磁吸式爬壁机器人设计研究

钟帅 居士奇 谢宇 陈道硕 李元龙

【摘 要】本文设计了一种磁吸式爬壁机器人为复杂环境下的检测提供一种解决方法，主要对爬壁机器人的轮子及原动件、电源部分、磁力吸附系统进行设计与校核。在此基础上，对爬壁机器人的控制结构的具体组成部分进行了设计，实现了爬壁机器人的无缆化运行。

【关键词】爬壁机器人;结构;控制;磁吸式

Abstract：In this paper，a magnetic wall-climbing robot is designed to provide a solution for detection in complex environments. It mainly designs and checks the wheels and original moving parts of the wall-climbing robot，the power supply part，and the magnetic adsorption system. On this basis，the specific components of the control structure of the wall-climbing robot are designed，and the cable-free operation of the wall-climbing robot is realized.

Key words：wall-climbing robot;structure;control;magnetic suction

前言

爬壁机器人（Wall-Climbing Robot）是一种可以在近乎垂直或完全垂直的墙壁、管道、玻璃、甚至是脚手架、防护网等面上完成相关作业的自动化或半自动化机器人，在国外称为极限作业机器人（Extreme Operating Robot）。

本文根据多数罐体，管道以及钢铁高墙等场景的实际，通过对磁吸式爬壁机器人的机械结构，控制结构，等方面研制出一款实用的小型四轮驱动爬壁机器人，用来解决客户对庞大的罐体，管道等检测的需求。

1 机器人的机械结构

1.1 轮子及原动件

要求最大载荷为20千克，一般的小型电机的额定扭矩都很小（一般30g重的电机额定扭矩为200g·cm）如果选用较大扭矩的电机，其占用空间会很大，甚至要比预计的爬壁机器人大小还要大，不符合占用體积小的要求。考虑到以上要求，采用小型直流无刷减速电机，此类电机的寿命较长，扭矩一般较大。考虑设计要求，一般的工业设计能选型则选型，无法选到则自行设计，最大载荷为20kg时，越障高度需要超过5mm，试选用车轮直径80mm，则所需输出扭矩为：

要想达到如此大的扭矩，还要限制电机的大小，一般的小型直流电机额定转矩为100g·cm～220g·cm，减速比超过100，由于停驻后要求自锁，因此用蜗轮蜗杆减速电机，其机械效率为40%～60%，则所需减速比为606～2000。……