[發明專利]鉤爪抓取式爬壁機器人

無效

• 申請號: 201010290721.2
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN101973321A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 徐豐羽;王興松
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B62D57/024
• 分類號: B62D57/024
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術領域

本發明專利涉及一種斜拉橋索塔檢測機器人，具體的說，是涉及一種用于斜拉橋索塔、高架橋橋墩等粗糙墻面故障檢測的機器人，屬于機器人技術領域。

背景技術

隨著我國交通事業的迅速發展，斜拉橋和偏遠山區高架橋在我國已經得到了廣泛的應用。在組成斜拉橋的三部分(索塔、拉索和主梁)中，除主梁可應用養護工程車檢測外，高達幾百米的索塔和斜拉索都存在一個難以檢查的現實，橋梁養護工程師很難近距離觀察他們的每一處，甚至無法接近需檢查的部位，這種現狀已經持續多年，仍未改變。隨著更大跨度橋梁的不斷出現，人工檢測的周期將更長、危險性更高、難度更大，開發用于橋梁索塔安全檢測的自動化裝置，成為必然要求。

在實際應用中，爬壁機器人應具有吸附和移動兩大基本功能，目前的吸附方式主要有磁吸附、真空吸附、負壓吸附和仿生粘性吸附等方式。磁吸附方式吸力較大，噪音小，控制也比較方便，但要求壁面為導磁材料；真空和負壓吸附方式不受壁面材料限制，但當壁面存在較大裂縫、凹凸不平時，吸盤容易發生氣體泄漏現象，導致吸附力不足。近年來，通過研究壁虎等爬行動物腳掌的吸附機理，國內外學者研制出高分子合成的粘性吸附材料，這些材料利用分子之間的范德華力，在很小的接觸面積上就可獲得較大的吸附力，具有吸附力與表面材料特性無關的優點，但目前這些材料存在受壁面灰塵影響較大，加工較困難，使用壽命較短，使用一定次數之后就失去粘性等缺點，仍需要進一步研究。

由于混凝土墻壁的裂縫容易導致吸盤漏氣現象，表面不確定的灰塵對仿生粘結劑吸附有較大影響，傳統的吸附方式難以滿足在帶有裂縫的混凝土、水刷石、磚塊和巖石等多孔或粗糙的表面上爬升的要求。特別是斜拉橋索塔和偏遠山區的高架橋橋墩，表面積灰嚴重，受高空風載影響較大，過往車輛引起索塔的隨機振動，導致機器人爬升時隨索塔一起振動，這對機器人的吸附裝置提出了更高的要求。

針對此類壁面的特殊性，哈爾濱工程大學所提出的鉤爪式爬壁機器人，利用鉤刺掛附于粗糙墻壁表面通過對手臂伸縮實現爬行，其技術方案公布在專利號為200710072237.0的專利文件中。

南京航空航天大學的仿生結構與材料防護研究所，還對大黃蜂、甲蟲等昆蟲腳爪的微結構與其生存環境表面形貌進行了研究，設計了仿生腳掌，其腳爪前端的尖爪能鉤到粗糙壁面上的凹凸點，將機器人掛在墻壁上，實現爬升動作。

另外，國外也有一些關于鉤爪式爬壁機器人的報道，如：

1.Asbeck?A?T，Kim?S，Cutkosky?M?R，Provancher?W?R，M.Lanzetta.Scaling?hard?vertical?surfaces?with?compliant?microspine?array[J].International?Journal?of?Robotics?Research，2006，25(12)：1165-1179

2.M.J.Spenko，G.C.Haynes，J.A.Saunders.Biologically?Inspired?Climbing?with?a?Hexapedal?Robot[J].Journal?of?Field?Robotics，2008，25(4-5)：223-242

在以上所述的機器人可應用于一般的墻壁表面，但所應用的細小鋼鉤不能提供指向壁面的“吸附”力，墻壁對機器人鉤爪的約束較小，在300米高空的斜拉橋索塔表面爬升過程中，機器人易受高空風載、索塔振動等影響，產生不穩定現象，不適用于斜拉橋索塔和室內頂篷的檢測工作。

隨著斜拉橋的跨度越來越大，索塔高度不斷增大，受風振的影也響越來越大，以蘇通大橋為例，其索塔高達300m，如仍然使用卷揚機拖動吊籃小車以人工的方式搭載檢測傳感器對其進行檢測，存在費用較高、工作環境惡劣、工作效率低等嚴重問題；另外，吊籃小車很難對索塔進行全方位檢測，只能利用斜拉索檢查容易到達的索塔正面部分，很難達到沒有拉索的側面部分。針對斜拉橋拉索的檢測工作，本課題組已經申請過多種檢測機器人(申請號為200810019166.2，200810142308.4，2006101576019.9，200620016413.X)。此專利主要針對索塔設計了檢測機構，機構同樣實用于高架橋橋墩，普通建筑的混凝土壁面的檢測工作。