[实用新型]钩爪抓取式爬壁机器人

说明书

技术领域

本实用新型专利涉及一种斜拉桥索塔检测机器人，具体的说，是涉及一种用于斜拉桥索塔、高架桥桥墩等粗糙墙面故障检测的机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

随着我国交通事业的迅速发展，斜拉桥和偏远山区高架桥在我国已经得到了广泛的应用。在组成斜拉桥的三部分(索塔、拉索和主梁)中，除主梁可应用养护工程车检测外，高达几百米的索塔和斜拉索都存在一个难以检查的现实，桥梁养护工程师很难近距离观察他们的每一处，甚至无法接近需检查的部位，这种现状已经持续多年，仍未改变。随着更大跨度桥梁的不断出现，人工检测的周期将更长、危险性更高、难度更大，开发用于桥梁索塔安全检测的自动化装置，成为必然要求。

在实际应用中，爬壁机器人应具有吸附和移动两大基本功能，目前的吸附方式主要有磁吸附、真空吸附、负压吸附和仿生粘性吸附等方式。磁吸附方式吸力较大，噪音小，控制也比较方便，但要求壁面为导磁材料；真空和负压吸附方式不受壁面材料限制，但当壁面存在较大裂缝、凹凸不平时，吸盘容易发生气体泄漏现象，导致吸附力不足。近年来，通过研究壁虎等爬行动物脚掌的吸附机理，国内外学者研制出高分子合成的粘性吸附材料，这些材料利用分子之间的范德华力，在很小的接触面积上就可获得较大的吸附力，具有吸附力与表面材料特性无关的优点，但目前这些材料存在受壁面灰尘影响较大，加工较困难，使用寿命较短，使用一定次数之后就失去粘性等缺点，仍需要进一步研究。

由于混凝土墙壁的裂缝容易导致吸盘漏气现象，表面不确定的灰尘对仿生粘结剂吸附有较大影响，传统的吸附方式难以满足在带有裂缝的混凝土、水刷石、砖块和岩石等多孔或粗糙的表面上爬升的要求。特别是斜拉桥索塔和偏远山区的高架桥桥墩，表面积灰严重，受高空风载影响较大，过往车辆引起索塔的随机振动，导致机器人爬升时随索塔一起振动，这对机器人的吸附装置提出了更高的要求。

针对此类壁面的特殊性，哈尔滨工程大学所提出的钩爪式爬壁机器人，利用钩刺挂附于粗糙墙壁表面通过对手臂伸缩实现爬行，其技术方案公布在专利号为200710072237.0的专利文件中。

南京航空航天大学的仿生结构与材料防护研究所，还对大黄蜂、甲虫等昆虫脚爪的微结构与其生存环境表面形貌进行了研究，设计了仿生脚掌，其脚爪前端的尖爪能钩到粗糙壁面上的凹凸点，将机器人挂在墙壁上，实现爬升动作。

另外，国外也有一些关于钩爪式爬壁机器人的报道，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

在以上所述的机器人可应用于一般的墙壁表面，但所应用的细小钢钩不能提供指向壁面的“吸附”力，墙壁对机器人钩爪的约束较小，在300米高空的斜拉桥索塔表面爬升过程中，机器人易受高空风载、索塔振动等影响，产生不稳定现象，不适用于斜拉桥索塔和室内顶篷的检测工作。

随着斜拉桥的跨度越来越大，索塔高度不断增大，受风振的影也响越来越大，以苏通大桥为例，其索塔高达300m，如仍然使用卷扬机拖动吊篮小车以人工的方式搭载检测传感器对其进行检测，存在费用较高、工作环境恶劣、工作效率低等严重问题；另外，吊篮小车很难对索塔进行全方位检测，只能利用斜拉索检查容易到达的索塔正面部分，很难达到没有拉索的侧面部分。针对斜拉桥拉索的检测工作，本课题组已经申请过多种检测机器人(申请号为200810019166.2，200810142308.4，2006101576019.9，200620016413.X)。此专利主要针对索塔设计了检测机构，机构同样实用于高架桥桥墩，普通建筑的混凝土壁面的检测工作。