【正文】 人爬行可靠、移動(dòng)靈活、控制簡(jiǎn)單，同時(shí)在玻璃接縫處能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)越障的功能；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步使系統(tǒng)輕量、小型化，操作方便，并且具有較高的爬壁越障能力。設(shè)計(jì)程序時(shí)以編碼器回饋為最高優(yōu)先級(jí)，不會(huì)對(duì)位置出錯(cuò)，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，需要專門的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。設(shè)計(jì)程序的時(shí)候要算好每個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的脈沖數(shù)，而且可靠性差，如果大負(fù)載驅(qū)動(dòng)丟步，但系統(tǒng)便宜。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)現(xiàn)有適合小型機(jī)器人控制的主要電機(jī)包括：步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。一般用于小型普及型機(jī)器人。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器便于控制，能實(shí)現(xiàn)快速精確的位置和速度控制，信號(hào)處理方便，比較清潔。需液壓動(dòng)力源設(shè)備，內(nèi)部漏油容易污染機(jī)器人及場(chǎng)地，油溫影響驅(qū)動(dòng)特性，液壓 系統(tǒng)噪音大，管理、維修技術(shù)要求髙，一次性投資較髙等。一般用于控制要求不高、出力要求不大的輕負(fù)載機(jī)器人或末端執(zhí)行器。其中各種驅(qū)動(dòng)方式優(yōu)缺點(diǎn)如下：類型/優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)氣壓驅(qū)動(dòng)器成本低廉，工作效率高，可靠性好，維修管理容易，無(wú)污染，不會(huì)失火，可在髙溫、粉塵等惡劣環(huán)境中工作。 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通常包括驅(qū)動(dòng)器、減速及傳遞機(jī)構(gòu)。多唇邊式真空吸盤的特點(diǎn)有：第一，由于多唇邊的存在,各唇邊之間可形成獨(dú)立的密封范圍，其中，某一個(gè)密封范圍發(fā)生泄漏并不影響其余范圍的吸附效果。的擺動(dòng)角度，可以更好的適應(yīng)壁面。結(jié)合以上四點(diǎn)，我們采用內(nèi)半鉸接的方式，每個(gè)吸盤單獨(dú)連接FESTO角度補(bǔ)償器ESWA系列（），具有177。第三要求吸附機(jī)構(gòu)有一定的承載能力，保證吸附的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)需要吸盤在工作中穩(wěn)定吸附在工作表面上，有足夠的強(qiáng)度和剛度。（2）小吸盤吸附結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 新型越障式高空清潔衛(wèi)士采用真空吸盤的吸附方式，在設(shè)計(jì)吸盤布置結(jié)構(gòu)時(shí)，主要考慮了如下幾個(gè)方面的問(wèn)題。而采用噴射器作為真空發(fā)生器的機(jī)器人能效低、噪音大而且需要附加供氣裝置，但是可以達(dá)到高真空度，對(duì)壁面的適應(yīng)性強(qiáng)。其中，以真空泵作為真空發(fā)生器的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)小型、輕量化，無(wú)需附加供氣裝置。對(duì)于高層建筑物壁面清冼作業(yè)而言，一般壁面結(jié)構(gòu)均有窗框、導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)，壁面上或壁面之間交錯(cuò)的障礙，構(gòu)成了對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的約束。當(dāng)然，對(duì)于導(dǎo)磁性壁面，優(yōu)先選用磁力吸附式機(jī)器人。d)磁力吸附磁力吸附壁面攀爬機(jī)器人利用磁體產(chǎn)生吸附力，使機(jī)器人吸附在壁面上。采用螺旋槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的推動(dòng)力將機(jī)器人緊貼在壁面表面上的思路新穎，此方式可以適合任何介質(zhì)的墻面，降低了機(jī)器人對(duì)作業(yè)表面屬性的依賴程度。c)旋翼吸附根據(jù)蜜蜂飛行懸停原理研制了螺旋槳推進(jìn)輪式載體結(jié)構(gòu)壁面移動(dòng)機(jī)器人，它首次利用了空氣推進(jìn)的原理產(chǎn)生壁面附著力，該機(jī)器人的推進(jìn)螺旋槳軸線與壁面成45176。b)負(fù)壓吸附負(fù)壓吸附技術(shù)也是利用真空原理進(jìn)行吸附的，由于采用離心式或涵道式風(fēng)機(jī)作為真空發(fā)生源，所能達(dá)到的真空度較低，通常在2kpa?15kpa之間，因此稱為負(fù)壓吸附。所以，應(yīng)避免拉一切組合，盡量采取壓一切組合。通常吸盤可以承受軸向力（包括拉力和壓力)、切向力以及兩者的組合力。由于建筑壁面通常采用非金屬的致密結(jié)構(gòu)材料，適用于壁面清洗機(jī)器人的附著方式主要有真空吸附、負(fù)壓吸附、磁力吸附、旋翼吸附和機(jī)械力抓持5種。（1） 吸附方式的選擇目前壁面機(jī)器人應(yīng)用較多的附著方式有真空吸附、負(fù)壓吸附、旋翼吸附、磁力吸附、機(jī)械力抓持。由此可知，高空清潔衛(wèi)士的雙平行四桿機(jī)構(gòu)（），在AD上建立機(jī)器人工作平臺(tái)，機(jī)器人工作運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，而且運(yùn)動(dòng)的范圍較大。在此機(jī)構(gòu)中，AD為機(jī)架，AB/CD兩構(gòu)件與機(jī)架相連稱為連桿架，BC為連桿. 平行四桿機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)有：（1）兩曲柄以相同的速度同向轉(zhuǎn)動(dòng)；（2）連桿作平動(dòng)。　　根據(jù)新型越障式高空清潔衛(wèi)士輕量化和承載能力的要求，機(jī)器人采用四足對(duì)稱布置形式（）： (C)連桿運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)前面論述，高空清潔衛(wèi)士采用簡(jiǎn)單的四足連桿作為越障系統(tǒng)機(jī)構(gòu)之一，因平行四桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械機(jī)構(gòu)中具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用廣泛。（a）直線布置 （b）環(huán)形布置 （c）矩形布置 （d）三角形布置（B）腿的數(shù)量及其配置現(xiàn)有的越障機(jī)器人的足數(shù)分別為一足、二足、三足、四足、六足、八足甚至更多（）。其中,環(huán)形吸盤組各個(gè)方向的特性近似相等；矩形吸盤組兩個(gè)正交方向的抗傾覆性能相差較大；三角吸盤組兩個(gè)相反方向的抗傾覆能力相差很大,適合于一邊受壓一邊受拉的場(chǎng)合。(2) 腿的結(jié)構(gòu)及其配置(A)腿的結(jié)構(gòu) 根據(jù)課題的要求，吸盤與腿桿，腿桿與腿桿之間通過(guò)鉸鏈連接。承載能力的要求。 從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求看，腿部機(jī)構(gòu)還不能過(guò)于復(fù)雜，桿件太多的腿部機(jī)構(gòu)會(huì)存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)的困難。 根據(jù)課題的具體要求，腿部結(jié)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的越障功能，且機(jī)器人越障過(guò)程中必須始終有可靠的吸附力維持工作連續(xù)性。開鏈機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是工作空間大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但承載能力小。 機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，一般不能簡(jiǎn)單使用步行動(dòng)物的腿機(jī)構(gòu)。利用布進(jìn)電機(jī)分別控制，轉(zhuǎn)向和移動(dòng)靈活性增強(qiáng)。（2） 新型越障式高空清潔衛(wèi)士行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 鑒于壁面越障清洗機(jī)器人工作環(huán)境較差，對(duì)壁面的適應(yīng)性要強(qiáng)。（4）足腳式壁面攀爬機(jī)器人 足腳式壁面攀爬機(jī)器人通過(guò)多個(gè)腳按照一定的次序?qū)Ρ诿孢M(jìn)行吸附與脫離，可以適應(yīng)不同形狀的壁面，有較強(qiáng)的越障能力等。當(dāng)一組吸盤吸附工作時(shí)，另一組吸盤可以移動(dòng)行走或轉(zhuǎn)動(dòng)方向。（2）履帶式壁面攀爬機(jī)器人 履帶式壁面攀爬機(jī)器人由電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)或多個(gè)無(wú)軌道履帶推動(dòng)機(jī)器人行走，該類機(jī)器人接觸面積大，對(duì)于壁面的適應(yīng)性強(qiáng)，但體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜,且運(yùn)動(dòng)時(shí)不易轉(zhuǎn)彎。（e）具有較高的安全性，因?yàn)闄C(jī)器人以壁面爬行和越障為主，必須嚴(yán)格保證機(jī)器人的工作穩(wěn)定性和安全性，否則將對(duì)機(jī)器人造成嚴(yán)重?fù)p壞。如果機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)干涉或驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)法設(shè)置，機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題。 (b) 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍要盡可能大這樣可大大增加機(jī)器人的工作空間，增強(qiáng)其適應(yīng)能力。新型越障式高空清潔衛(wèi)士從功能、用途講屬于服務(wù)機(jī)器人的范疇，其工作部必須符合服務(wù)所規(guī)定的要求，但其作業(yè)環(huán)境是垂直或近似垂直的壁面，對(duì)機(jī)器人工作的可靠性與安全性要求更高。機(jī)器人的行走方式取決于對(duì)機(jī)器人工作環(huán)境、移動(dòng)速度、移動(dòng)連續(xù)性、行走控制難易程度的要求；越障方式取決于避障能力以及承載能力；吸附方式取決于有吸附力、結(jié)構(gòu)重量、壁面適應(yīng)性、密封性要求、尺寸要求以及避障要求；而影響驅(qū)動(dòng)方式的因素主要有控制距離、信號(hào)轉(zhuǎn)換、技術(shù)成熟性、構(gòu)造難度、可靠性及可控性等。因而，根據(jù)要求，設(shè)計(jì)一種能實(shí)現(xiàn)高效率、可靠行走，大范圍越障的壁面清潔機(jī)器人具有重要的意義。這些不同的吸附方式和不同的移動(dòng)方式構(gòu)成多種風(fēng)格的多足式爬壁機(jī)器人。壁面機(jī)器人因移動(dòng)方式的不同，又包括：輪式多足式爬壁機(jī)器人、履帶式多足式爬壁機(jī)器人、腳步行走式多足式爬壁機(jī)器人等。 (a)WASHMAN (b)SKYCLEAN (c)藍(lán)天潔寶圖116北京航空航天大學(xué)研制的部分壁面清洗機(jī)器人根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外爬壁機(jī)器人的研宄狀況分析，爬壁機(jī)器人能在壁面或復(fù)雜接觸面上進(jìn)行作業(yè)，大多依賴一下三種吸附方式作為保障：真空吸附、磁力吸附和推力吸附。并可廣泛應(yīng)用于探險(xiǎn)、搜救、 火山監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。該機(jī)器人采用仿生學(xué)原理，模仿動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行控制，具有二十四個(gè)自由度，可類似人體關(guān)節(jié)曲伸，通過(guò)遙控方式可實(shí)現(xiàn)爬行功能。此外還研制了五足步行機(jī)WZ2。此外還研制了仿哺乳動(dòng)物關(guān)節(jié)的 的四足步行機(jī)器人，它能以對(duì)角線步態(tài)行走，通過(guò)上位機(jī)利用模糊神經(jīng)反饋信息 進(jìn)行處理，調(diào)整步行參數(shù)，提高了步行的穩(wěn)定性。1991年，上海交通大學(xué)電力學(xué)院潘俊民教授研制的四足機(jī)器人通過(guò)鑒定，這是我國(guó)第一臺(tái)具有多功能的四足步行機(jī)器人。我國(guó)的機(jī)器人事業(yè)起步較晚，主要起步于在20世紀(jì)80年代術(shù)90年代初，但通過(guò)多年的努力，但也取得了不少的成績(jī)”近些年來(lái)，多足步行機(jī)器人技術(shù)也有了較大的發(fā)展。但是，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)速度僅有 。(4) 韓國(guó) 圖 110 ROBUGII 機(jī)器人 圖 111MRWALLSPECTIII 機(jī)器人 圖110為英國(guó)的Portsmouth大學(xué)研制的ROBUGII壁面移動(dòng)機(jī)器人，采用了4足結(jié)構(gòu)，每條腿具有3個(gè)自由度，軀干具有1個(gè)自由度，由氣缸驅(qū)動(dòng)，重12Kg，負(fù)載12Kg，具有壁面過(guò)渡能，采用分布式控制方法。如圖18所示為ROBUIII機(jī)器人，腿長(zhǎng)1m，負(fù)載25Kg，行走速度6m/min，拖纜（包括電源線、氣管、通訊線及視頻信號(hào)線），半自主控 制，每條腿為3桿機(jī)構(gòu)，具有4個(gè)自由度，由氣缸驅(qū)動(dòng)，具有壁面過(guò)渡功能。圖19為針對(duì)核反應(yīng)堆冷卻管焊接檢查研制的機(jī)器人SADIE，該機(jī)器人在借鑒NERO機(jī)器人的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，尺寸為 640mmx400mmx 180mm。該機(jī)器人248mm，寬45mm，重335g，裝備小型攝像機(jī)、溫度及紅外傳感器、麥克風(fēng)，能在人不能到達(dá)或不宜到達(dá)的地方搜集有用信息。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式可以減輕機(jī)器人的重量，減少能耗，但控制復(fù)雜而且減少了機(jī)器人的自由度，因而降低了機(jī)器人的靈活性，只能以空翻的方式運(yùn)動(dòng)。圖a)所示的第一代機(jī)器人FLIPER為由3個(gè)直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)關(guān)節(jié)的欠驅(qū)動(dòng)雙足機(jī)構(gòu)，膝關(guān)節(jié)與具有兩自由度的踝關(guān)節(jié)中的1個(gè)自由度耦合。該機(jī)器人采用直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)器，真空吸盤為吸附機(jī)構(gòu)，具有4自由度，踝關(guān)節(jié)類似于ROBIN，但膝關(guān)節(jié)為移動(dòng)副，能實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)的三維運(yùn)動(dòng)，但其運(yùn)動(dòng)空間較膝關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)副的