履式爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)【履帶式 真空吸附壁面清洗機(jī)器人】
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XXX 大 學(xué)
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
論 文 題 目：XXXXXX
學(xué) 院：
專 業(yè) 、班 級(jí)：
學(xué) 生 姓 名：
指導(dǎo)教師（職稱）：
20**年 03 月 18 日填
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求
開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1.論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域；
2.論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）；
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）；
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1.開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成；
2.開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3.開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯；
4.開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5.開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù)
1. 論文（設(shè)計(jì)）題目
XXXXXX
2. 研究領(lǐng)域
本題目運(yùn)用所學(xué)的材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)電控制等知識(shí)，參考文獻(xiàn)資料進(jìn)行探測(cè)攀行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，用來(lái)替代人類進(jìn)行危險(xiǎn)領(lǐng)域的攀行探測(cè)作業(yè)。
3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
大型鋼結(jié)構(gòu)如電力鐵塔、橋梁、船舶中的板梁結(jié)構(gòu)的探傷，檢查，油漆，清掃等工作往往是高空危險(xiǎn)作業(yè)，適合由機(jī)器人來(lái)完成，以實(shí)現(xiàn)高效，安全自動(dòng)化生產(chǎn)。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
爬壁機(jī)器人是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,可在垂直壁面上靈活移動(dòng),代替人工在極限條件下完成多種作業(yè)任務(wù),是當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。它把地面移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)與吸附技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),可在垂直壁面上附著爬行,并能攜帶工具完成一定的作業(yè)任務(wù),大大擴(kuò)展了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。自從1966年日本大阪府立大學(xué)工學(xué)部的成功研制出第一個(gè)垂直壁面移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī)以來(lái)爬壁機(jī)器人領(lǐng)域取得了豐碩的成果得到了長(zhǎng)足的發(fā)展如：1975年西亮教授又采用單吸盤結(jié)構(gòu)制作出以實(shí)用化為目標(biāo)的第二代爬壁機(jī)器人樣機(jī)。1990年以來(lái),西班牙馬德里CSIC大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化研究所研制出一種6足式爬壁機(jī)器人。1997年俄羅斯莫斯科機(jī)械力學(xué)研究所研制出的用于大型壁面和窗戶清洗作業(yè)的爬壁機(jī)器人也采用單吸盤結(jié)構(gòu)。自1988年以來(lái),在國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃的支持下,哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所先后研制成功了采用磁吸附和真空吸附兩個(gè)系列的5種型號(hào)壁面爬行機(jī)器人。1995年研制成功的金屬管防腐用磁吸附爬壁機(jī)器人, 1997年研制的水冷壁清洗、檢測(cè)爬壁機(jī)器人,呈圓弧形永磁吸附塊與罐壁圓弧相吻合,提高了吸附力,也提高了作業(yè)的效率等。
這些豐碩的研究成果,在一些領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用,取得了良好的社會(huì)效益。仿生學(xué)、微機(jī)電一體化、新型驅(qū)動(dòng)器、高分子材料等新技術(shù)、新理論的應(yīng)用極大地推動(dòng)了爬壁機(jī)器人的發(fā)展,使其功能越來(lái)越強(qiáng)大。爬壁機(jī)器人的研究正向著采用新型吸附方式、多功能化、小型化、無(wú)纜化、智能化、可重構(gòu)化等方向發(fā)展。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外都非常重視攀行檢測(cè)機(jī)器人的研制，主要是因?yàn)樗兄鴱V泛的用途，特別是它可以在一些危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。攀行檢測(cè)機(jī)器人是一種新型特種機(jī)器人，能在危險(xiǎn)工作狀態(tài)下代替人工作業(yè)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1 重點(diǎn)解決的問(wèn)題
結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有爬壁機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，通過(guò)所學(xué)知識(shí)初步設(shè)計(jì)針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)。
2 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面
2.1吸附機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1.1查閱現(xiàn)有吸附機(jī)構(gòu)的種類
2.1.2針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的吸附機(jī)構(gòu)選擇
2.1.3初步設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的吸附機(jī)構(gòu)
2.1.4確定吸附機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)
2.2移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.2.1查閱現(xiàn)有移動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類
2.2.2針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的移動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇
2.2.3初步設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的移動(dòng)機(jī)構(gòu)
2.2.4確定移動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)
2.3、探測(cè)裝置的設(shè)計(jì)
2.3.1查閱現(xiàn)有探測(cè)裝置的種類
2.3.2針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用機(jī)器人的探測(cè)裝置選擇
2.3.3初步設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的探測(cè)裝置
2.3.4確定探測(cè)裝置的主要參數(shù)
2.4鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用的機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)
2.5結(jié)論及參考文獻(xiàn)
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)書籍和文獻(xiàn)制定鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用機(jī)器人總體方案，并且完善鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終完成鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用機(jī)器人的總體裝配圖、部分零件圖以及詳細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)探測(cè)攀行用機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
三、論文（設(shè)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）
查閱相關(guān)資料結(jié)合學(xué)過(guò)的機(jī)器人方面的知識(shí)，聯(lián)系已有的知識(shí)發(fā)揮自我的創(chuàng)新意識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
1~4周： 明確畢業(yè)設(shè)計(jì)主要任務(wù)和相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，期刊，學(xué)位論文等查閱相關(guān)資料完成開(kāi)題報(bào)告。
5~7周： 進(jìn)行初步的方案設(shè)計(jì)選定。
8~12周： 確定最終方案并進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
13~14周：撰寫畢業(yè)論文，外文翻譯。
15~16周：準(zhǔn)備和參加答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
[1] 徐澤亮馬培蓀永磁吸附履帶式爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)靈活性分析[J] 《上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)》 ISTIC EI PKU -2003年z1期
[2] 田蘭圖.油罐檢測(cè)爬壁機(jī)器人技術(shù)及系統(tǒng)研究[J],2004,(5).
[3] 桂仲成陳強(qiáng)孫振國(guó)多體柔性永磁吸附爬壁機(jī)器人[J]《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》 -2008年6期
[4] 潘煥煥，趙言正，王炎.鍋爐水冷壁清掃、檢測(cè)爬壁機(jī)器人的研制[J].中國(guó)機(jī)械工程，2000，11(4):372—376.
[5] 桂仲成陳強(qiáng)孫振國(guó)張文增劉康爬壁機(jī)器人永磁吸附裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J] 《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》 ISTIC EI PKU -2006年11期 .
[6] 衣正堯弓永軍王祖溫王興如新型船舶壁面除銹爬壁機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模與分析[J] 《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》 -2010年15期
[7] 衣正堯弓永軍王祖溫王興如張?jiān)雒?用于搭載船舶除銹清洗器的大型爬壁機(jī)器人[J] 《機(jī)器人》 -2010年4期
[8] 楊化樹(shù),曲新峰.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2004,(4).
[9] 陳一民.工業(yè)機(jī)器人通用控制器研究開(kāi)發(fā)[J].上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ，1998，(5).
[10] 佟仕忠，肖立，丁啟敏，吳俊生.爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].遼寧石油化工大學(xué),2004,(8)
[11]付宜利,李志海爬壁機(jī)器人的研究進(jìn)展機(jī)械設(shè)計(jì)第25卷第4期
[12] Wang, W.Wang, K.Zong, G.-H.Li, D.-Z.《Vacuum》, EI SCI 2010 1
[13] Hwang KimDongmok KimHojoon YangKyouhee LeeKunchan SeoDoyoung ChangJongwon Kim《Journal of Mechanical Science and Technology》, EISCI 2008 8.
[14] HOUXIANG ZHANGJIANWEI ZHANGGUANGHUA ZONGWEI WANGRONG LIU《IEEE Robotics & Automation Magazine》, EI SCI 2006 1.
[15] Yanzheng ZhaoZhuang FuQixin CaoYan Wang《Robotica》, EI SCI 2004 0
[16] Zheng HaojunLi TieminWang Jinsong《Chinese Journal of Mechanical Engineering》, EI SCI 2002 supplement
附：文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
1.引言：
爬壁機(jī)器人是移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要分支,可在垂直壁面上靈活移動(dòng),代替人工在極限條件下完成多種作業(yè)任務(wù),是當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。它主要應(yīng)用于核工業(yè)、石化工業(yè)、造船業(yè)、消防部門及偵查活動(dòng)等,如對(duì)高樓外壁面進(jìn)行清洗,對(duì)石化企業(yè)中的儲(chǔ)料罐外壁進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù),對(duì)大面積鋼板進(jìn)行噴漆,以及在高樓事故中進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)等，并且取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的發(fā)展前景。
經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,爬壁機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出一大批豐碩的成果,特別是20世紀(jì)90年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外在爬壁機(jī)器人領(lǐng)域中的發(fā)展尤為迅速。近年來(lái),由于多種新技術(shù)的發(fā)展,爬壁機(jī)器人的許多技術(shù)難題得到解決,極大地推動(dòng)了爬壁機(jī)器人的發(fā)展。在我國(guó)各高校機(jī)器人設(shè)計(jì)活動(dòng)也已經(jīng)很廣的開(kāi)展起來(lái)，這種氛圍對(duì)我國(guó)機(jī)器人的研制開(kāi)發(fā)特別以及專業(yè)方面人才的培養(yǎng)是具有積極意義的。
2.國(guó)外爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀
1966年日本的西亮教授首次研制成功壁面移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī),并在大阪府立大學(xué)表演成功。這是一種依靠負(fù)壓吸附的爬壁機(jī)器人。隨后出現(xiàn)了各種類型的爬壁機(jī)器人,到80年代末期已經(jīng)開(kāi)始在生產(chǎn)中應(yīng)用。日本在開(kāi)發(fā)爬壁機(jī)器人方面發(fā)展最為迅速,主要應(yīng)用在建筑行業(yè)與核工業(yè)。如：日本清水建設(shè)公司開(kāi)發(fā)了建筑行業(yè)用的外壁涂裝與貼瓷磚的機(jī)器人,他們研制的負(fù)壓吸附清洗玻璃面的爬壁機(jī)器人,曾為加拿大使館清洗。東京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)了無(wú)線遙控磁吸附爬壁機(jī)器人。在日本通產(chǎn)省"極限作業(yè)機(jī)器人"國(guó)家研究計(jì)劃支持下,日暉株式會(huì)社開(kāi)發(fā)了用于核電站大罐的負(fù)壓吸附壁面檢查機(jī)器人等。
其他各國(guó)也加入到爬壁機(jī)器人研究的熱潮中如：美國(guó)西雅圖的Henry R Seemann在波音公司的資助下研制出一種真空吸附履帶式爬壁機(jī)器人“AutoCrawler”。其兩條履帶上各裝有數(shù)個(gè)小吸附室,隨著履帶的移動(dòng),吸附室連續(xù)地形成真空腔而使得履帶貼緊壁面行走。美國(guó)CaseWestern Reserve University研制的采用4個(gè)“腿輪”的爬壁機(jī)器人樣機(jī)。與前兩種機(jī)器人相似,該機(jī)器人依靠4個(gè)“腿輪”上的仿生粘性材料來(lái)吸附,樣機(jī)不同的是這4個(gè)腿輪上腳掌的特殊分布更有利于機(jī)器人在壁面上穩(wěn)定爬行。該機(jī)器人質(zhì)量?jī)H有87 g。20世紀(jì)90年代初,英國(guó)樸次茅斯工藝學(xué)校研制了一種多足行走式的爬壁機(jī)器人。采用模塊化設(shè)計(jì),機(jī)器人由兩個(gè)相似的模塊組成,每個(gè)模塊包括兩個(gè)機(jī)械腿和腿部控制器?？筛鶕?jù)任務(wù)需要來(lái)安裝不同數(shù)量的腿,可重構(gòu)能力強(qiáng)。機(jī)械腿采用仿生學(xué)機(jī)構(gòu),模擬大型動(dòng)物臂部肌肉的功能,為兩節(jié)式,包括上、下兩個(gè)桿和3個(gè)雙作用氣缸,具有3個(gè)自由度。穩(wěn)定性好,承載能力大,利于機(jī)器人的輕量化,并能跨越較大的障礙物。除腿端部各有一真空吸盤外,機(jī)器人腹部設(shè)有吸盤, 使機(jī)器人具有較大的負(fù)載質(zhì)量比,可達(dá)2∶1。
3.國(guó)內(nèi)爬壁機(jī)器人研究現(xiàn)狀
中國(guó)也于20世紀(jì)90年代以來(lái)進(jìn)行類似的研究。1988年在國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃的支持下,哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所先后研制成功了采用磁吸附和真空吸附兩個(gè)系列的5種型號(hào)壁面爬行機(jī)器人。研制成功的我國(guó)第一臺(tái)壁面爬行遙控檢測(cè)機(jī)器人,采用負(fù)壓吸附,全方位移動(dòng)輪,用于核廢液儲(chǔ)存罐罐壁焊縫缺陷檢測(cè)。1994年開(kāi)發(fā)的用于高樓壁面清洗作業(yè)的爬壁機(jī)器人CLR-Ⅰ,采用全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu),機(jī)器人在原地就可以任意改變運(yùn)動(dòng)方向。之后開(kāi)發(fā)的CLR-Ⅱ,采用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式———同軸雙輪差速機(jī)構(gòu), 通過(guò)對(duì)兩輪速度的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的全方位移動(dòng),機(jī)器人本體和地面控制站之間采用電力線載波通訊方式。上述3款爬壁機(jī)器人均采用單吸盤結(jié)構(gòu),彈簧氣囊密封,保證了機(jī)器人具有較高爬行速度和可靠的附著能力。1995年研制成功的金屬管防腐用磁吸附爬壁機(jī)器人,采用永磁吸附結(jié)構(gòu),靠?jī)蓷l履帶的正反轉(zhuǎn)移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。該機(jī)器人可以為石化企業(yè)金屬儲(chǔ)料罐的外壁進(jìn)行噴漆、噴砂,以及攜帶自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)罐壁涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)。1997年研制的水冷壁清檢測(cè)爬壁機(jī)器人,呈圓弧形永磁吸附塊與罐壁圓弧相吻合,提高了吸附力,也提高了作業(yè)的效率。上海大學(xué)也較早開(kāi)展高樓壁面清洗作業(yè)機(jī)器人的研究,先后研制出垂直壁面爬壁機(jī)器人和球形壁面爬壁機(jī)器人。該球形壁面爬壁機(jī)器人采用多吸盤、負(fù)壓吸附、6足獨(dú)立驅(qū)動(dòng)腿足行走方式,可用于不同曲率半徑的球形外壁1996年以來(lái),北京航空航天大學(xué)先后研制成功WASH2 MAN,CLEANBOT 1,SKYCLEAN,“吊籃式擦窗機(jī)器人”和“藍(lán)天潔寶”等幕墻清洗機(jī)器人樣機(jī)。為全氣動(dòng)擦窗機(jī)器人;吊籃式清洗機(jī)器人,機(jī)器人依靠樓頂上的安全吊索牽引移動(dòng),利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓使機(jī)器人貼附在壁面上以國(guó)家大劇院橢球形頂棚清洗為應(yīng)用背景研制的適用于復(fù)雜曲面的自攀爬式機(jī)器人樣機(jī),由攀爬機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、清機(jī)器人有許多相似之處,但由于其特殊的工作環(huán)境和任務(wù)要求,在理論和技術(shù)等方面又有一些特殊性。
4. 爬壁機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)：
4.1吸附機(jī)構(gòu)：吸附機(jī)構(gòu)的作用是產(chǎn)生一個(gè)向上的力來(lái)平衡機(jī)器人的重力,使其保持在壁面上。目前,吸附方式主要有真空負(fù)壓吸附、磁吸附、螺旋槳推力及粘結(jié)劑等幾種方式。由于這些吸附方式各自都有局限性,所研制的爬壁機(jī)器人往往針對(duì)性較強(qiáng),只適用于某種特定任務(wù),較難通用化。機(jī)器人的設(shè)計(jì)需要針對(duì)工作任務(wù)、環(huán)境,選取合適的吸附方式。近年來(lái),人們通過(guò)研究壁虎等爬行動(dòng)物腳掌的吸附機(jī)理,制作出高分子合成的粘性材料,這些材料利用分子與分子之間的范德華力,在很小的接觸面積上就可獲得巨大的吸附力,而且具有吸附力與表面材料特性無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。但目前這些材料的使用壽命較短, 使用一定次數(shù)之后就失去粘性,難以實(shí)用化,需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。
4.2移動(dòng)機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：移動(dòng)機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)爬壁機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有輪式、多足式、履帶式等,其中,輪式和足式使用較為廣泛,履帶式多用于磁吸附方式。越障能力是爬壁機(jī)器人壁面適應(yīng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)工作面上有凸起、溝槽時(shí),機(jī)器人要通過(guò)這些障礙物,就必須有足夠的越障能力。各種移動(dòng)機(jī)構(gòu)中,多足式機(jī)器人的越障能力較強(qiáng),其每個(gè)腿部都置有小吸盤,當(dāng)遇到障礙物時(shí),可控制各個(gè)“腿”,使小吸盤逐個(gè)跨過(guò)障礙物。壁面機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以使機(jī)器人在可靠吸附的前提下能夠在壁面上靈活移動(dòng)。由于爬壁機(jī)器人工作于壁面的特殊性,移動(dòng)機(jī)構(gòu)常和吸附機(jī)構(gòu)存在耦合,這給機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)了一些困難。如多吸盤足式爬壁機(jī)器人,腿末端各有一個(gè)吸盤,每移動(dòng)一個(gè)腿需要完成“消除吸力—抬腿—邁腿—落腿—產(chǎn)生吸附力”一系列動(dòng)作。在此過(guò)程中,機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作要和吸附機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào),才能保證機(jī)器人在壁面上的靈活移動(dòng)。此外,也有移動(dòng)機(jī)構(gòu)與吸附機(jī)構(gòu)分離的,如單吸盤爬壁機(jī)器人,吸盤可持續(xù)吸附,驅(qū)動(dòng)輪連續(xù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng),運(yùn)動(dòng)控制較為簡(jiǎn)單。
4.3能源供應(yīng)及驅(qū)動(dòng)方式：能源供應(yīng)及驅(qū)動(dòng)方式能源供應(yīng)方式有通過(guò)電線管路為機(jī) 器人提供電、氣等能源的方式,也有自帶電池、氣瓶等方式。驅(qū)動(dòng)方式主要有電機(jī)氣動(dòng)等幾種方式。爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì)盡量采用具有高功效質(zhì)量比的驅(qū)動(dòng)器和動(dòng)力源,特別是采用無(wú)線控制情況下。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí),能源供應(yīng)主要有聚合物鋰電池、鎳氫電池、電化學(xué)電池和燃料電池。此外,由于內(nèi)燃機(jī)的能源———汽油、氫等燃料具有較高的能重比,先進(jìn)的微型內(nèi)燃機(jī)也可應(yīng)用于爬壁機(jī)器人。
4.4安全問(wèn)題：機(jī)器人在受到外界干擾、環(huán)境變化情況下,如何保證機(jī)器人安全附著于壁面而不至于墜落,或墜落后如何盡量減小機(jī)器人的損傷。過(guò)去所研制的高樓清洗爬壁機(jī)器人, 大都采用由置于高樓頂上的運(yùn)載小車、卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)和系在機(jī)器人上的鋼絲繩組成保險(xiǎn)系統(tǒng)。而對(duì)于一些其他用途的機(jī)器人,比如偵查用的小型爬壁機(jī)器人,其目標(biāo)并不確定,不能采用保險(xiǎn)繩的方式,因而需要研究新的防墜落方式?？梢钥紤]采用降落傘、小功率螺旋降落漿、快速撐起阻降板等,這些可能會(huì)成為未來(lái)爬壁機(jī)器人安全措施的發(fā)展方向。
5.爬壁機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)
驅(qū)動(dòng)、傳感、控制等硬軟件技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了爬壁機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,實(shí)際應(yīng)用的需求也對(duì)爬壁機(jī)器人的發(fā)展提出了挑戰(zhàn),爬壁機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾方面。(1)新型吸附技術(shù)的發(fā)展。吸附技術(shù)一直是爬壁機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)瓶頸,它決定了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。(2)爬壁機(jī)器人的任務(wù)由單一化向多功能化方向發(fā)展。過(guò)去所研制的爬壁機(jī)器人大多用于清洗、噴涂、檢測(cè)等作業(yè),作業(yè)任務(wù)往往只局限于單一的任務(wù)。而目前人們則希望爬壁機(jī)器人能夠裝備多種工具,在不同的場(chǎng)合進(jìn)行工作。(3)小型化、微型化是當(dāng)前爬壁機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)。在滿足功能要求的前提下,體積小、質(zhì)量輕的機(jī)器人可較小能耗,具有較高靈活性,并且在某些特殊場(chǎng)合也需要機(jī)器人具有小的體積。(4)由帶纜作業(yè)向無(wú)纜化方向發(fā)展。由于爬壁機(jī)器人的作業(yè)空間一般都較大,帶纜作業(yè)極大地限制了機(jī)器人的作業(yè)空間,所以,為了提高機(jī)器人的靈活性和擴(kuò)大工作空間,無(wú)纜化成為現(xiàn)在和未來(lái)爬壁機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。(5)由簡(jiǎn)單遠(yuǎn)距離遙控向智能化方向發(fā)展。與人工智能相結(jié)合,使機(jī)器人在封閉環(huán)境中能夠具有一定的自主決策能力, 完成任務(wù),并具有自我保護(hù)能力,是移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的重要方向,也是爬壁移動(dòng)機(jī)器人的重要發(fā)展方向。(6)可重構(gòu)是機(jī)器人適應(yīng)能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了使機(jī)器人能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)合,根據(jù)任務(wù)需求,在不需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)條件下,充分利用已有的機(jī)器人系統(tǒng),應(yīng)使機(jī)器人具有可重構(gòu)性,即具有模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)任務(wù)需求,把需要的模塊直接連接起來(lái)組成新的機(jī)器人。
6 結(jié)束語(yǔ)
綜上所述,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,爬壁機(jī)器人領(lǐng)域取得了豐碩的研究成果,并且在一些領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用,取得了良好的社會(huì)效益。仿生學(xué)、微機(jī)電一體化、新型驅(qū)動(dòng)器、高分子材料等新技術(shù)、新理論的應(yīng)用極大地推動(dòng)了爬壁機(jī)器人的發(fā)展,使其功能越來(lái)越強(qiáng)大。爬壁機(jī)器人的研究正向著采用新型吸附方式、多功能化、小型化、無(wú)纜化、智能化、可重構(gòu)化等方向發(fā)展。在21世紀(jì)的今天隨著對(duì)生產(chǎn)力要求的不斷提高，爬壁機(jī)器人將會(huì)出現(xiàn)在越來(lái)越多的新領(lǐng)域中如反恐排爆、偵察救災(zāi)及空間作業(yè)等，具有無(wú)限的市場(chǎng)前景。也可以這樣說(shuō)21世紀(jì)是機(jī)器人大爆炸的時(shí)代誰(shuí)先掌握這種技術(shù)誰(shuí)就把握住了時(shí)代的脈搏走在了世界的前端。而爬壁機(jī)器人作為移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要分支應(yīng)給予高度的重視。
審 核 意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱）
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教研室主任意見(jiàn)
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學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)
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