基于磁吸附的爬壁机器人现状
壁面移动机器人需具有两大功能:贴附功能和移动功能。实现贴附的方法一般有两种:真空吸附法和磁吸附法.真空吸附法具有不受壁面材料限制等优点,但不太安全,易受掉电影响.而磁吸附法结构简单,吸附力较大,对壁面凹凸适应性强,当壁面材料是导磁材料时,使用磁吸附法有很多优点。轮船船体上的各种作业,石油化工,煤气等各种钢储罐维修,检测,大直径钢制管道内外各种作业等场合,使用磁吸附机器人都很便利,开发这种机器人具有很大的经济效益【1】。
国外研究现状：日本石川岛播磨重工业公司研制成功一种磁吸附爬壁机器人，该机器人用于核电站对核反应堆压力容器进行无损壁厚检查。它采用电磁吸附方式，移动方式采用轮式——四轮行走机构，其移动速度为 2.4m/min，最大负重为 100kg。轮式磁吸附爬壁机器人中还有一类是轮式运动系统与磁性吸附系统各自独立工作。如英国伦敦南岸大学研制的 NDT 爬壁机器人，该机器人用于焊缝的检查，主体结构两段铰接，机动性优良，运动速度快，且使机器人具有良好的越障能力【2】。1990 年以来，西班牙马德里 CSIC 大学工业自动化研究所的 Juan Carlos Grieco 等人研制成功了一种磁吸附爬壁机器人。它吸附方式采用的是永磁吸附加电磁吸附，移动方式采用脚式【3】。在吸附脚上安装有混合永磁铁和电磁铁的阵列，这么做的好处是，静止时永磁铁提供机器人在壁面上最基本的吸附力，即使断电机器人也不会从壁面脱离；而在移动时，则采用电磁吸附方式，便于移动。Hagen Schempfi 等人研制成功的爬壁机器人，吸附方式采用电磁吸附，移动方式采用履带式，控制方式为无线遥控，PID 控制[4]。之所以采用电磁吸附是因为导磁金属壁面上杂质过多时，机器人的吸附力不会大幅下降，而且其姿态控制、运动控制都比永磁吸附时要容易。
国内研究现状：上海交通大学研制了用于油罐容积检测的爬壁机器人【5】。油罐是钢质材料，所以该爬壁机器人采用永磁吸附方式，吸附安全性好；内壁表面上有一层油膜，并且有凸起的焊缝，所以采用履带式的移动方式；控制方式采用两层计算机控制。 清华大学机器人与自动化实验室研制的爬壁机器人是作为大型油罐自动检测系统TH_Climber I 的一部分，是系统的载体【6】。此爬壁机器人，采用履带作为移动方式，吸附方式采用的是永磁吸附，控制采用的是有线遥控，工控机加运动控制卡两层控制。此爬壁机器人还采用了抗倾覆机构，由一条支撑杆和支撑杆末端的支撑轮组成，保证机器人在内壁表面移动跨越焊缝和一些不规则凸起时不会从壁面上脱离下来。1995 年研制成功的金属罐防腐用磁吸附爬壁机器人，是我国第一台用于喷漆防腐的磁吸附履带式爬壁机器人，它采用永磁吸附方式，双履带移动方式和有线遥控控制方式【7】。它在石化企业的金属罐壁上移动，其转弯靠双履带的正反移动实现【8】。
爬壁机器人的发展趋势大致分为以下几点： ① 新型吸附机制的应用。爬壁机器人的一个关键技术就是吸附机制，它决定了机器人的应用范围。目前比较成熟的吸附机制都有很大的局限性，在很多情况下难以满足实际需求。因此，开发研究新型吸附机制是当前爬壁机器人领域的一个重要方向。仿壁虎爬壁机器人就是当前吸附机制研究的热点。②功能多样化。现有爬壁机器人大多用于清洗、喷涂和检查等任务，作业任务较单一。能够装备多种工具在不同场合进行工作的爬壁机器人有待开发。③ 微型化。在满足功能要求的前提下，体积小、质量轻的机器人能耗较小，灵活性较高，并且在某些特殊场合也需要机器人具有小的体积。各种微型驱动元件、控制元件及能源供应方式的发展为微型化奠定了基础。④无缆作业。爬壁机器人作业空间一般较大，由于动力传输和信号交互等原因，爬壁机器人通常有与地面相连接的线缆，但线缆的存在在一定程度上限制了机器人的运动，无缆化也是发展需求。 ⑤ 智能化。爬壁机器人高空作业难免遇到意料之外的情况，为了避免高空坠落等危险情况的发生，机器人需要具有一定的人工智能。 ⑥ 重构性能。为了充分利用现有结构以适应不同工作环境，可对机器人进行模块化设计，根据环境进行不同的形态组装【9】。
参考文献
[1]门广亮赵言正王炎磁吸附爬壁机器人控制系统的研究[J].基础自动化.1995(05):40-42
[2] J. Shang, B. Bridge, T. Sattar, S. Mondal, A. Brenner, Development of a climbing robot for inspection of long weld lines, Industrial Robot: An International Journal 35 (3) (2008) 217–223.
[3]Juan Carlos Grieco, Manuel Prieto, Manuel Armada, et al. A six-legged climbing robot for high payload[C].Proceedings of IEEE International Conference on Control Applications, Trieste, Italy, 1998,4:446-450.
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