四足攀爬機器人的研制

王新 王雪微

摘 要：研制了一種四足結構的墻壁爬升機器人，通過吸盤實現在較光滑的墻體上或天花板上行走，通過自身攜帶的監視裝置實現對高空墻體或玻璃的檢驗，從而避免人親自工作帶來的危險。鏤空式機械臂以及超薄底板減輕重量；二級活動式關節、球關節與懸浮支架的結合，實現了機器人的穩定與靈活行動；十字交叉式吸盤增大與物體接觸的面積，更有利于表面吸附，更利于機器人的行走。

關鍵詞：總體結構；工作原理；十字吸盤

攀爬機器人是指可以在垂直壁上進行作業的機器人，作為高空極限作業的一種自動機械裝置，越來越受到人們的重視。目前攀爬機器人在各個領域中得到了廣泛的應用和發展：對核廢液儲罐進行視覺檢查、維修；對石油罐內外壁面的日常維護以及防銹除銹處理；高層建筑壁面清洗、玻璃清潔；消防作業中救援物資的傳遞，現場勘查等。隨著微機械電子技術、微驅動器技術、高分子材料技術和能源供給方面等高科技領域的發展，各種攀爬機器人的功能都會更加先進，也必將深入到國民生產的各個部門和人們日常生活的各個方面。

1 總體結構

四足吸盤機器人由支架、底盤、一級關節、二級關節、球關節、電動推桿、懸浮支架、氣動系統、電氣系統、勘測系統、吸盤足組成。在吸盤足的末端“腳”上裝有3個吸盤，每個吸盤上都裝有換氣閥，每個足上的3個吸盤采用可調節懸浮式支架以及負壓傳感器，這樣設計是為了“腳”能更好地貼合接觸面，避免3個吸盤中有未吸住接觸面的吸盤而使機器人掉落情況的發生，足的“膝蓋”是球關節，每個足的根部配有兩個舵機，一個控制橫向位移，一個控制縱向位移，四足交替向前行進，在較為光滑的物體表面上爬行。

2 工作原理

四足攀爬機器人中間的平臺搭載電源、氣泵以及電控裝置，在其平臺前方放置所需的監視檢測裝置，裝置可以上下、左右移動，平臺外側通過4個臂梁連接到四足，一端固定平臺，另一端連接到固定舵機，舵機要連接另一個舵機，從而實現四足前后以及左右的運動。另外，通過舵機連接電動推桿，完成吸盤的伸縮功能，電動推桿下方連接的是球關節，球關節可以使機器人的足更具有靈活性。球關節內部為空，連接導氣桿，球關節下部為可調節懸浮式支架座，連接懸浮式支架，支架另一端連接到吸盤，吸盤上通過導管和支架座連接，球關節以及可調節懸浮式支架可以更好地完成吸盤與墻面或天花板的貼合以及轉彎時的靈活轉動。吸盤內部采用十字交叉式吸盤，從而實現當吸盤接觸墻面或者天花板后，氣泵吸盡吸盤內的空氣時，達到更穩定固定的作用，并且吸盤上帶有負壓傳感器，可以判斷吸盤是否完全貼合到接觸面上。

3 創新性

在設計爬墻機器人時考慮到：由于墻面不是比較光滑的，天花板上的灰塵分布不均，所以采用一足多個吸盤的設計，保證其行走時的穩定性，再加上足部的可調節懸浮式支架，保證機器人在跨越障礙時更加穩定。另外，每個足上的球關節保證行走轉彎時的靈活機動性。對于監視問題，機器人的平臺上搭載所需裝置，可以實現平穩行走，并實現其勘測功能。

4 應用前景及推廣

在四足吸盤機器人上添加某些裝置，如監視裝置，實現對高處墻體以及高空玻璃或天花板的勘查，檢測其安全性，避免人在高空作業時出現危險。該機器人可以在高空墻體、玻璃、天花板等一些較為光滑的表面上行走，利用機器人上所攜帶的裝置進行一系列的工作，如監視裝置可以檢測玻璃表面或天花板是否松動，換上其他裝置可以完成其他任務，具有良好的開發和利用價值。四足吸盤機器人可以替代人對高層建筑上的玻璃以及天花板進行清理，從而減少人在高空上作業的危險性，大大增加了安全性，確保人的生命安全，具有良好的市場前景。

參考文獻

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