超耐蚀高耐磨微晶玻璃窑炉设计技术初探

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摘要：本文通过对国内外磁吸附爬壁机器人以及控制系统的研究进行分析，探讨国内外在爬壁机器人研究中的新技术，洞察爬壁机器人未来的发展趋势，从而为我国爬壁机器人的进一步研究提供可靠的参考依据。

关键词：爬壁机器人；磁吸附；控制系统；现状；发展趋势

中图分类号： TP242 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（a）-0000-00

一、磁吸附爬壁控制系统的研究意义

随着现代技术的不断发展和人的观念的更新，对于一些高危工作和繁重劳动人们逐渐开始用科技的眼光审视，因此爬壁机器人便应用而生。爬壁机器人作为一种特种机器人，能够在高、陡的壁面上作业，替代了人的工作，实现了人类的解放。爬壁机器人于1966年由日本的西亮教授研制成功，并且实现了地面的移动和吸附技术两者之间的融合，提高机器人在垂直墙壁上的运动功能，爬壁机器人应用的领域十分的广泛，主要分为6个重要的行业。在核工业中的应用主要是检测核反应堆，对核废液储罐的壁厚和焊缝进行检查。在石化工业中的应用主要是在立式和球形的金属罐表面以及内壁进行喷漆和喷砂作业，目的是为了防腐和除锈在建筑行业的应用主要是对高层建筑外表面的瓷砖、玻璃进行清洗。在造船业中的应用主要是在大型的船舶表面进行喷漆和除锈等作业。在消防部门的应用主要是传送救援的物资等。在侦查活动中主要用于军事的反恐，能够嵌入到敌人的内部进行环境的监测。

二、磁吸附爬壁控制系统国内外研究现状

自从日本第一个爬壁机器人诞生以来，爬壁机器人便获得了良好的发展前景。之后在一些发达国家相继被研究。我国爬壁机器人的研制是从20世纪80年代开始的，国内的许多高等院校和研究结构开始投入对爬壁机器人的研究，并且出现了多种型号的爬壁机器人，有些在一些生产行业中应用十分广泛。

（一）国外研究综述

爬壁机器人主要分为真空吸附和磁吸附两种方式，其中我国对真空吸附爬壁机器人的研究比较多，但缺少对磁吸附爬壁机器人的研究，并且与日本等发达国家相比明显落后。日本在掌握了真空吸附技术的前提下，研制出一种真空吸附爬壁机器人（VACS），并且在生产领域中广泛应用。该类型的机器人主要采用履带式的移动方式，在履带上安装了多个的吸盘室。在真空吸附爬壁机器人研制成功之前，日本的公司还研制出一台Wall Cleaner的真空吸附移动机器人，主要用于核电站中。日本国际机器人公司成功研制出一台能够清洗窗户的爬壁机器人――“真空勇士”，该机器人主要采用的也是真空吸附的方式，采用脚式移动方式。（如图1所示）

日本的石川岛播磨重工业公司研制的磁吸附爬壁机器人，采用磁吸附和轮式――四轮行走的移动方式，主要包含两个永磁盘式轮和吸附结构，在运行时最大的速度为每分钟达到10厘米，负载能够最大可以达到25千克。Hagen Schempfi等研制出的爬壁机器人主要采用履带式的移动方式，采用无线遥控以及PID进行控制。在机器人的控制系统中主要设定了机器人的移动轨迹，并且具有简单的人机操作界面，能够将机器人自身的工作状态和情况显示出来，这样能够更加方便对机器人的运动进行合理的规划和控制。

（二）国内研究综述

我国对爬壁机器人的研究开始于20世纪80年代，已经被广泛应用于生产当中，发挥了重要的作用和价值。国内爬壁机器人主要应用于油罐的检测以及船舶的喷漆和除锈等，替代人的高空作业。哈尔滨工业大学机器人研究所自1988年以来研制出多种类型的爬壁机器人，吸附方式多种多样。BF-I型爬壁机器人主要用于清理工作中，检测核废液储罐罐壁厚的情况，主要的吸附方式为负压吸附，控制系统采用遥控，能够在储罐壁上自由移动，检查油罐的焊缝以及壁厚情况。该机器人还配备了许多的功能设备，如照明系统和清扫系统等，能够对机器人的运行状态进行检查，完成清理工作。CLR-I型爬壁机器人采用的是负压吸附方式，由遥控和OLC进行控制操作。CLR-II型爬壁机器人是专门为了清理高层建筑外观玻璃而设计的，采用负压吸附和两轮移动，采用计算机、电力载波通信以及遥控盒作为控制系统的重要组成部分，并且配备了喷雾、擦洗等装置，提高工作的效率。1995年研制出我国第一台磁吸附履带式爬壁机器人，主要用于喷漆和防腐，如图2所示。

该类型机器人采用双履带以及永磁吸附和遥控控制方式相结合，能够在重金属的罐壁上移动，依靠双履带的正反移动进行转弯，主要的任务是在重金属罐壁上进行喷漆、清理和除锈等。哈尔滨大学还研制出一种水冷壁清扫和检查的爬壁机器人，该机器人主要采用双履带式和永磁吸附方式相结合，控制系统采用PLC和有线遥控组成，运行中主要对管壁进行清理和除渣，超声探头还能够测量管壁的厚度。

清华大学实验室研制出一种爬壁机器人主要用于对油罐的自动检测，采用遥控控制系统，永磁吸附方式，工控机加上两层的运动控制，能够在油罐壁上自由的移动，对油罐壁进行清理和除锈。上海交通大学研制出爬壁机器人能够检测油罐的容积状况，该机器人根据油罐的性质采用履带式移动方式，主要是油罐的内壁上有一层油膜，且具有凸起的焊缝，采用永磁吸附的方式具有较高的吸附能力。该机器人能够检测到油罐的容积，在罐壁上自由行走。

三、爬壁机器人发展趋势

随着科技发展进步，爬壁机器人呈现出多元化的发展趋势。从吸附的方式上来看，目前主要有磁吸附和真空吸附。但英美等发达国家在研究壁虎爬行原理的基础上研究出一种壁虎脚趾的仿生物质，这样爬壁机器人的吸附方式就不会受限。从移动的方式上看，目前主要广泛应用的有履带式和轮式，在未来的发展中将会大力研发足式移动方式，该方式与壁面的接触面积较小，且支撑点较多，如果能够深入的研究，足式移动方式将会获得良好的发展前景。从控制系统上看，呈现出小型化和微型化的发展趋势。无缆化将会成为爬壁机器人未来的主要发展方向之一，无缆化能够实现对爬壁机器人的灵活控制，接受的装置也有更大的选择余地。

结语：爬壁机器人作为科技进步和发展的重要研究成果之一，在国内外都得到过不同的研究和应用，并且随着科技的不断发展，爬壁机器人的控制系统将会更加的完善，也会更加程度上将人类从繁重的劳动中解放出来。

参考文献：

[1]吕琼莹，王晓博，焦海坤等.针对风电维护任务的小型磁力爬壁车的设计[J].长春理工大学学报（自然科学版），2013，（3）：88-91.

[2]张小松.轮式悬磁吸附爬壁机器人研究（应用研究型）[D].哈尔滨工业大学，2012.