爬墻機器人如何兼顧吸附和攀爬？城市管道鋪設量增加，在人工難以維修的管道內，機器人如何更好作業？7月2日，記者從西南大學計算機與信息科學學院智能機器人研發團隊獲悉，該團隊率先提出并試驗成功了一種全新攀爬機器人，爬墻穩不說還很高效，同時，還研發了一款適用于管道內作業的新型非磁性弧面攀附移動機器人。目前，相關技術已申請國家發明專利，研發成果后續也將考慮應用于實際生產生活當中。
▲攀爬機器人實物圖
以墻角為通道 同時實現吸附和攀爬
西南大學計算機與信息科學學院智能機器人研發團隊介紹，爬墻機器人在消防救災、軍事偵察、探險救援、航空航天等方面具有廣泛的應用。
現有爬墻機器人可大致分為真空吸盤式爬墻機器人、風壓式爬墻機器人和粘膠式爬墻機器人。
然而，現有技術中，對上述這些爬墻機器人的研究主要集中在垂直墻面的吸附功能上，但所有的類型都存在一些缺陷：采用液壓吸盤方式的爬墻機器人需要大功率部件來產生負壓；采用風機抽壓式的爬墻機器人對材料要求極高，造價較高；采用粘膠式的爬墻機器人除對粘性材料的要求較高外，移動效率和能源利用率不高。
近日，西南大學計算機與信息科學學院機器人研發團隊首次提出并試驗成功了一種全新的攀爬機器人，其利用在建筑中廣泛存在的垂直外墻角作為攀爬通道，實現對建筑物的垂直攀爬。在攀爬機理上，擯棄了現有的所有存在形式，而是用一對（組）主動輪，同時實現“吸附”和“攀爬”兩個功能，通過滿足一定角度的主動輪布置，主動輪所產生的摩擦力可以同時形成機器人本體對墻面的吸附力和向上運動的推動力，由于完全通過摩擦力運作，因此對墻面材料的要求不高，也無需氣壓或者風壓式的額外氣壓源。
據悉，這種全新的攀爬機器人在進一步完善后，具有較為廣泛的用途。
▲管道機器人實物圖
管道弧面360度運動 更好進行作業
記者還了解到，隨著管道技術在生產生活中的普及和利用，管道早已成為工業生產中不可缺少的重要組成部分。然而，隨著管道鋪設量的增加，管道問題也逐漸暴露，如管壁破損、管內異物堵塞等，影響著正常的工業生產。此外，一些管道內部結構復雜且空間狹小，人工難以進入對其進行檢測維修，因此，針對不同行業的專用性管道機器人研究逐漸成為管道機器人領域的熱點內容。
據介紹，在諸如GIS（氣體絕緣開關設備）管道中，應用機器人具有很大挑戰：第一，管道內有多種設備和部件，所以內部空間狹小；第二，管道壁面的弧面壁為圓柱的內曲面；第三，管道壁面材料不是磁吸附材料。因此，針對氣體絕緣封閉開關內部空間的獨特結構，迫切需要研究一種能夠在GIS管道內部攀爬的非磁性弧面攀附移動機器人，該機器人需要高效實用，成本低，操作簡單并易于控制，期望它能夠穩定地爬行在變電站GIS管道內部并進行各種作業。目前，存在的管道機器人有輪式管道機器人、螺旋式管道機器人、仿生管道機器人、步行管道機器人、壓壁式管道機器人。但是，它們要么不能適應類似GIS管道這樣的狹小環境，要么不能實現360度環形運動，特別是無法攀爬抵達管道的上表面或者側面，或者能夠攀爬但是效率和可靠性低下。
根據GIS管壁的特殊作業環境，需要研究一款具有一定弧面適應性，小于管道內曲面直徑并能在弧面壁上吸附、行走和轉向的管道機器人，同時，在保證機器人的各項作業任務完成前提下，其整體結構應該盡可能簡單輕便，控制容易。
為此，該團隊研發了一款小于管道內曲面直徑的新型非磁性弧面攀附移動機器人，機器人機體主要由前向驅動模塊、后向驅動模塊和機身三大模塊組成，前向驅動模塊為單驅動雙輪結構，即由一個電機驅動兩個行動輪轉動；后向驅動模塊為雙驅動結構，即兩個電機分別驅動兩個行動輪運動，兩個行動輪的差速可以調整機體姿態和實現轉向；機身由兩個寬桿、連接軸和支撐桿三部分組成。“通過彈性（液壓、氣壓或者彈簧）支撐桿的作用，機體外張使得輪組對管壁產生足夠的壓力，從而滿足攀爬和運動的需求。”團隊表示，機器人機身整體形狀像一段圓弧，弧狀的形態學優勢更有利于機器人在狹窄的GIS內壁運動，并可以360度環向運動和前后移動，抵達任意需要的位置。可用于輸油、輸氣管道的大型勘測。
▲GIS管道內部
這個團隊已獲三十余項國家發明專利授權
據介紹，該研發團隊長期從事應用于非結構化環境、易燃易爆環境以及其它特殊工農業應用場景下的機器人研究與開發工作。目前，已經獲得三十余項國家發明專利授權，初步形成了自有知識產權體系。
近年來，研究團隊作為主要研究成員，先后參與了國家科技支撐計劃“農村物聯網綜合信息服務關鍵技術集成與示范”（完成）、重慶市重點產業共性關鍵技術創新專項重點研發項目“礦山及地下工程危險環境應急探測機器人開發與產業化”（在研）等重大項目。研究室具有完備的越障機器人、特種機器人的開發、測試、驗證條件，可以為相關機器人開發提供技術保障。
未來，研究團隊將繼續持續開發易燃易爆環境下應用的本質安全型救援探測機器人，繼續提升其性能、可靠性和完成度，實現商業化生產。
