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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 多腔體負(fù)壓式爬壁機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作A類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 本產(chǎn)品區(qū)別于以往同類(lèi)型機(jī)器人，利用連續(xù)負(fù)壓原理，采用多腔體吸附結(jié)構(gòu)，具有對(duì)壁面結(jié)構(gòu)形狀適應(yīng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，不受壁面材料限制，移動(dòng)靈活等特點(diǎn)。有很好的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 隨著城市高層建筑不斷出現(xiàn),隨之而來(lái)的是高層作業(yè)的問(wèn)題。由于爬壁機(jī)器人工作的特殊性，受到世界各國(guó)科研工作者的關(guān)注。 區(qū)別與以往的爬壁機(jī)器人，我們采用連續(xù)負(fù)壓原理可以很好的克服機(jī)器人對(duì)墻體的適應(yīng)問(wèn)題，同時(shí)采用輪式驅(qū)動(dòng)和差動(dòng)轉(zhuǎn)向的方式，使機(jī)器人具有很好的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性；受章魚(yú)多吸盤(pán)的啟發(fā)，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了多腔體結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人工作過(guò)程的可靠性和適應(yīng)性。真空補(bǔ)氣閥裝置的創(chuàng)新構(gòu)想使機(jī)器人行走驅(qū)動(dòng)力更加穩(wěn)定，增加了機(jī)器人對(duì)不同壁面的適應(yīng)能力。從而拓寬了爬壁機(jī)器人的應(yīng)用范圍。 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，將有更多的涉及到高空作業(yè)的工作，爬壁機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)有著越來(lái)越廣闊的前景。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 隨著高層建筑不斷出現(xiàn)，高層建筑作業(yè)問(wèn)題凸現(xiàn)重要。研制一種對(duì)壁面結(jié)構(gòu)形狀適應(yīng)能力強(qiáng)、移動(dòng)靈活的新型爬壁機(jī)器人具有重要的意義。本項(xiàng)目利用高速電機(jī)帶動(dòng)的風(fēng)扇，抽取機(jī)器人與壁面之間密封腔內(nèi)的氣體。使密封腔內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)負(fù)壓。使機(jī)器人完成吸附的過(guò)程。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、多腔體負(fù)壓結(jié)構(gòu)。將機(jī)器人單一的密封腔體化為多個(gè)獨(dú)立、密閉的腔體增加機(jī)器人工作穩(wěn)定性。當(dāng)某個(gè)腔室失效時(shí)，其余腔室仍保持一定的吸附力。2、真空補(bǔ)氣閥結(jié)構(gòu)。不同墻體，吸附力大小不同。當(dāng)密封腔內(nèi)形成的真空度達(dá)到設(shè)定數(shù)值時(shí)，補(bǔ)氣壓閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，使機(jī)器人產(chǎn)生合適的吸附力。3、連續(xù)負(fù)壓原理。利用連續(xù)負(fù)壓原理，采用輪式行走，解決了傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人移動(dòng)連續(xù)性差，控制復(fù)雜的缺點(diǎn)。 技術(shù)的關(guān)鍵： 1、多腔體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì):密封腔體的數(shù)量、形狀、排列等對(duì)整機(jī)吸附力的產(chǎn)生有重要的影響，通過(guò)仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)測(cè)試優(yōu)化密封腔結(jié)構(gòu)是本項(xiàng)目的關(guān)鍵。2、密封形式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):密封機(jī)構(gòu)通過(guò)自身形變與墻體上的障礙、縫隙相適應(yīng)，使機(jī)器人可在粗糙壁面上完成吸附功能。密封機(jī)構(gòu)的形式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。3、機(jī)器人結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì):優(yōu)化結(jié)構(gòu)、合理選材、降低重量，對(duì)于降低能耗，提高機(jī)器人負(fù)載能力十分重要。4、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì):設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)調(diào)速，行走轉(zhuǎn)向遙控系統(tǒng)，提高機(jī)器人的控制可靠性。 主要技術(shù)指標(biāo)： 最大負(fù)壓40KPa，整機(jī)質(zhì)量1.8kg，吸附電機(jī)轉(zhuǎn)速11000rpm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)牽引力>32N，負(fù)載力>14N。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 傳統(tǒng)爬壁機(jī)器人主要有真空吸附和磁吸附兩種形式：真空吸附式機(jī)器人的缺點(diǎn)是當(dāng)壁面凸凹不平時(shí)，容易使吸盤(pán)漏氣，從而使吸附力下降，承載能力降低，當(dāng)遇到壁面有大的裂紋和磚縫時(shí)，機(jī)器人不能完成吸附動(dòng)作。磁吸附方式對(duì)壁面的凸凹適應(yīng)性強(qiáng)，且吸附力大，但要求壁面必須是導(dǎo)磁材料。這兩種機(jī)器人又同時(shí)具有移動(dòng)連續(xù)性差，工作效率低等問(wèn)題。以上兩種爬壁機(jī)器人由于使用條件的要求，嚴(yán)重地限制了爬壁機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境。 區(qū)別與以往的爬壁機(jī)器人，我們采用連續(xù)負(fù)壓原理可以很好的克服機(jī)器人對(duì)墻體的適應(yīng)問(wèn)題，同時(shí)采用輪式驅(qū)動(dòng)和差動(dòng)轉(zhuǎn)向的方式，使機(jī)器人具有很好的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性；受章魚(yú)多吸盤(pán)的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了具有創(chuàng)新性的多腔體結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器人工作過(guò)程的可靠性和適應(yīng)性。真空補(bǔ)氣閥裝置的創(chuàng)新構(gòu)想使機(jī)器人行走驅(qū)動(dòng)力更加穩(wěn)定，增加了機(jī)器人對(duì)不同壁面的適應(yīng)能力。從而拓寬了爬壁機(jī)器人的應(yīng)用范圍。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本作品于2009年6月在2009年“挑戰(zhàn)杯”吉林省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽中取得特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、磁盤(pán)、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本產(chǎn)品區(qū)別于以往同類(lèi)型機(jī)器人，利用連續(xù)負(fù)壓原理，采用多腔體吸附結(jié)構(gòu)，具有對(duì)壁面結(jié)構(gòu)形狀適應(yīng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，不受壁面材料限制，移動(dòng)靈活等特點(diǎn)。機(jī)器人控制利用遙控器操作，控制靈活方便，有很好的應(yīng)用前景。 隨著城市高層建筑不斷出現(xiàn),隨之而來(lái)的是高層作業(yè)的問(wèn)題。目前爬壁機(jī)器人應(yīng)用主要集中于以下幾個(gè)領(lǐng)域：在核工業(yè)中，用于對(duì)核廢液罐、反應(yīng)堆壓力罐進(jìn)行裂縫檢查，測(cè)厚及焊縫探傷等；建筑行業(yè)中，用于對(duì)巨型壁面的噴涂，玻璃壁面的清洗，磁磚安裝，橋梁探傷等；消防部門(mén)中，用于輸送救助物資；石化行業(yè)中，用于對(duì)圓形大罐或球形罐的內(nèi)外壁面進(jìn)行檢查、測(cè)量和保養(yǎng)；造船行業(yè)中，用于對(duì)船體的除銹、噴涂等。 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，將有更多的涉及到高空作業(yè)的工作，爬壁機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)有著越來(lái)越廣闊的前景。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 爬壁機(jī)器人作為機(jī)器人的一個(gè)特殊分支，其特點(diǎn)是能克服重力作用在墻壁、天花板上自由運(yùn)動(dòng)。由于爬壁機(jī)器人工作的特殊性，受到世界各國(guó)科研工作者的關(guān)注。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，世界各發(fā)達(dá)國(guó)家相繼研制出各具特色的爬壁機(jī)器人。如何實(shí)現(xiàn)有效吸附，是爬壁機(jī)器人最為關(guān)鍵的研究?jī)?nèi)容。目前主要采用負(fù)壓吸附、磁吸附和仿生吸附三種吸附技術(shù)。 仿生吸附方式爬壁機(jī)器人:一些昆蟲(chóng)在光滑表面能抵抗超過(guò)它們自身重力百倍的分離力并在這些表面上自由行走，給爬壁機(jī)器人的吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了啟示。如美國(guó)斯坦福大學(xué)研制的“粘蟲(chóng)”爬壁機(jī)器人stickybot，其足底裝有人造毛，能確保足底和墻體接觸面積增加。 磁吸附方式爬壁機(jī)器人:磁吸附式爬壁機(jī)器人，可產(chǎn)生很大的吸附力，但只適合在導(dǎo)磁面上吸附工作。1984年，日本日立制作所研制出足式磁吸附式爬壁機(jī)器人。東京工業(yè)大學(xué)研制的Disk Rover永磁吸附輪式爬壁機(jī)器人。我國(guó)上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制開(kāi)發(fā)出履帶移動(dòng)方式和永磁吸附方式爬壁機(jī)器人。 負(fù)壓吸附方式爬壁機(jī)器人:負(fù)壓吸附爬壁機(jī)器人是通過(guò)吸盤(pán)內(nèi)外負(fù)壓差作用，在壁面產(chǎn)生吸附力，但負(fù)壓發(fā)生裝置的類(lèi)型具有多樣性，其機(jī)理也各不相同。進(jìn)行研究工作較早的有外接負(fù)壓源的爬壁機(jī)器人，日本東京工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的NINJA系列4足關(guān)節(jié)式爬壁機(jī)器人，北京航空航天大學(xué)研制的Sky cleaner 3機(jī)器人等，機(jī)器人通過(guò)吸盤(pán)組的交替吸附和臂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 真空泵應(yīng)用在本體中的機(jī)器人用的一般是微小型往復(fù)式真空泵，由于真空泵可產(chǎn)生較高的真空度，面積較小的吸盤(pán)產(chǎn)生的吸附力就足以使機(jī)器人吸附在光滑的壁面上。美國(guó)密執(zhí)根大學(xué)、哈工大研制的微小型尺蠖式機(jī)器人樣機(jī)都采取了微型真空泵吸附足機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用離心風(fēng)扇的爬壁機(jī)器人是利用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，抽出機(jī)器人負(fù)壓腔內(nèi)的空氣形成負(fù)壓提供吸附力。在粗糙壁面上具有較大的吸附力和較好的運(yùn)動(dòng)能力。由于其良好的壁面適應(yīng)能力，受到了廣泛的關(guān)注。意大利研制的ALICIA爬壁機(jī)器人， 負(fù)載為15kg，能跨越10mm高障礙。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)研究的爬壁機(jī)器人，性能存在相類(lèi)似之處。機(jī)器人采用了吸塵器的風(fēng)機(jī)作為負(fù)壓發(fā)生裝置，具有良好的墻壁適應(yīng)能力， 此外還有文丘里管式和模擬龍卷風(fēng)式等。
