新型多履带全向爬壁机器人结构设计

王明强，陈 锦，方海峰，范纪华

（江苏科技大学机械工程学院，江苏 镇江 212003）

1 引言

目前，将可以在船体壁面上工作的机器人，即机器人有机结合地面移动技术和壁面吸附技术，称之为爬壁机器人，其结构与控制的设计成为了当下机器人领域研究的热点之一[1]。爬壁机器人的行走方式有：履带式、足式、轮式以及轮履复合式；吸附方式主要分为真空吸附式、磁吸附式和仿生吸附式。其中，履带式相比轮式有着行走更加稳定的优势。磁吸附分为电磁吸附和永磁吸附两种，而电磁吸附相较永磁吸附而言，有着“断电即断磁”的安全隐患[2]。永磁吸附履带式机器人的主要优势有对壁面良好的适应能力，行走稳定性出众，可以广泛应用于恶劣工况下[3]。因此，国内外对此展开了大量的研究。早在上世纪70 年代，日本及欧美等国的学者便在履带式爬壁机器人的结构方面和试验方面做了大量研究。文献[4]学者也于上世纪90 年代开展了用于壁面爬行的检测机器人和高楼壁面清洗作业的爬壁机器人。

履带式爬壁机器人的转向方式是通过采用左右两条履带的差速实现的，这样不仅会使转向效率变低，达不到精确转向，学者在对履带的运动过程进行动力学分析中也会遇到难点。文献[5]论述了爬壁机器人的动力学建模、仿真和试验，但忽略了机器人转向中心会在转向时出现偏移的影响，不能准确地反映出机器人的转向规律。文献[6]建立了履带式爬壁机器人转向运动学模型，虽然模型中考虑了转向中心偏移的情况，但偏移量并未给出具体计算公式，且理论研究结果与相关文献的实验结果相差较大。……