龔雷鋒++趙一亭++劉動(dòng)++盛露晨

摘 要：鑒于人工爬壁進(jìn)行高空作業(yè)的危險(xiǎn)性過高等問題，設(shè)計(jì)了一款新型組合式可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人。該機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)靈活、運(yùn)動(dòng)速度快、體積小巧，能夠在較大曲面上工作等特點(diǎn)，可大大減少因爬壁工作造成人身安全事故發(fā)生，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

關(guān)鍵詞：組合式可轉(zhuǎn)角爬壁比機(jī)器人；結(jié)構(gòu)靈活；體積小巧

1 作品研制背景

爬壁機(jī)器人是能夠在垂直陡壁上進(jìn)行作業(yè)的機(jī)器人，它作為高空極限作業(yè)的一種自動(dòng)機(jī)械裝置，越來越受到人們的重視。

但現(xiàn)有的爬壁機(jī)器人只能在一個(gè)單獨(dú)的平整墻面上運(yùn)動(dòng)，不能轉(zhuǎn)角，更不能吸附在曲面上，導(dǎo)致爬壁機(jī)器人的工作空間受到很大限制。

2 作品實(shí)現(xiàn)功能

該作品可實(shí)現(xiàn)如下功能：

（1）組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使機(jī)器人從一個(gè)墻面轉(zhuǎn)過任何角度到達(dá)另一個(gè)墻面。

（2）爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)靈活、運(yùn)動(dòng)速度快、體積小巧，能夠在較大曲面上工作。

（3）集成度高，設(shè)計(jì)新穎，可應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，方便實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，其易于推廣。

（4）實(shí)現(xiàn)近距離穩(wěn)定的視覺偵查與檢測(cè)。

3 作品研制意義

該新型組合式可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人打破了傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人工作空間的局限性，擴(kuò)大了爬壁機(jī)器人的活動(dòng)范圍。通過新穎巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更靈活，增強(qiáng)了其實(shí)用性。同時(shí)，集成設(shè)計(jì)使爬壁機(jī)器人更具產(chǎn)品化，增添了其推廣的可行性。爬壁機(jī)器人實(shí)物圖如圖1所示。

圖1 新型組合式可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人實(shí)物圖

4 整體方案

組合式可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人主要是由兩個(gè)經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化的爬壁機(jī)器人通過在兩個(gè)爬壁機(jī)器人連接處增加一個(gè)自由度并具有主動(dòng)轉(zhuǎn)角能力的構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角功能。

當(dāng)組合式可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到外墻90度直角時(shí)，一個(gè)爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到墻壁外緣直到懸空，接下來通過轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)作用使一個(gè)機(jī)器人吸附在另一面墻上，緊接著停留在原來墻面上的機(jī)器人停止工作，轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)再次作用使停留在原來墻面的機(jī)器人懸空，停留在另一面墻壁的機(jī)器人開始運(yùn)動(dòng)，隨后兩個(gè)爬壁機(jī)器人都移動(dòng)到另一面墻壁。

5 細(xì)節(jié)方案

機(jī)器人通過裝配體圖中的機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)過直角的方案，并通過采用“徑流式負(fù)壓機(jī)”結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在墻壁上貼附。此結(jié)構(gòu)具有低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，選用此結(jié)構(gòu)可為爬壁機(jī)器人的進(jìn)一步應(yīng)用提供基礎(chǔ)，如警事偵查，要求低噪聲等。通過裝在爬壁機(jī)器人上的四個(gè)伺服減速電機(jī)的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)或組合聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)爬壁機(jī)器人的整體運(yùn)動(dòng)。爬壁機(jī)器人裝配體圖如圖2所示。

6 創(chuàng)新性

在機(jī)器人的每個(gè)模塊上加裝4個(gè)壓力傳感器組，以使負(fù)壓機(jī)能夠智能調(diào)節(jié)產(chǎn)生的壓力。這樣不僅可以保證機(jī)器人安全工作，還可以使機(jī)器人在保證安全工作的前提下，使耗能達(dá)到最低。為擴(kuò)大機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用范圍，在機(jī)器人上加裝了攝像頭和夜間照明燈。通過獨(dú)特、簡(jiǎn)潔的轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)，使得機(jī)器人的兩個(gè)模塊可以折疊在一起，大大提高了機(jī)器人的便攜性。通過組合式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使機(jī)器人能從一個(gè)墻面轉(zhuǎn)過90度墻角到達(dá)另一個(gè)墻面，擴(kuò)大了爬壁機(jī)器人的工作范圍。由于機(jī)器人具有集成度高、體積小等特點(diǎn)，以此可以在大橋橋柱這樣較大的曲面上工作。此外，該款機(jī)器人還具有運(yùn)動(dòng)快速平穩(wěn)、噪聲低、隱蔽性強(qiáng)、更靠近檢測(cè)對(duì)象等特點(diǎn)，具有較高的工作精準(zhǔn)度。

7 市場(chǎng)前景

由于可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人具有設(shè)計(jì)巧妙新穎以及運(yùn)動(dòng)靈活、體積小巧等特點(diǎn)，極具趣味性，可應(yīng)用于益智娛樂玩具模型領(lǐng)域。該機(jī)器人具有低噪聲低的特點(diǎn)，隱蔽性強(qiáng)，在機(jī)器人上加裝攝像頭等傳感裝置后可來進(jìn)行警事偵查，對(duì)于維護(hù)社會(huì)安全具有重要意義。且該機(jī)器人的吸附力度可根據(jù)不同場(chǎng)合，配合相應(yīng)專業(yè)傳感器應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

（1）核工業(yè)：對(duì)核廢液儲(chǔ)罐進(jìn)行視覺檢查、測(cè)厚、探傷等；

（2）石化企業(yè)：對(duì)儲(chǔ)罐的內(nèi)表面進(jìn)行檢查、除銹等處理；

（3）電力行業(yè)：電站鍋爐水冷管壁厚的檢測(cè)等。

（4）建筑行業(yè)：多種橋梁等建筑的檢測(cè)。

此外，近年來化工廠及建筑工地的安全事故使我們損失慘重，對(duì)這些場(chǎng)所的安全監(jiān)測(cè)必不可少，可轉(zhuǎn)角爬壁機(jī)器人具有智能化、檢測(cè)穩(wěn)定、精準(zhǔn)度高、工作安全可靠等特點(diǎn)，市場(chǎng)前景廣闊。