近年來 ，機器人 在各個域 中得到廣泛的應用。爬壁機器人作為高空作業(yè)的種 自動裝置，已在高強度、高危險環(huán)境中得以應用。這種作業(yè)方式替代了人的高空作業(yè)，降低了操作的危險性 ，大大提高了檢測率。因此爬壁機器人的研究和應用有著其重要的工程應用背景和非常廣泛的應用前景，受到各學者的廣泛重視。
壁面移動機器人主要用于核工業(yè)、石油化工業(yè) 、建筑業(yè)、造船業(yè)、消防等行業(yè)，作為能夠在垂直陡壁上進行作業(yè)的高空限作業(yè)的自動裝置，越來越受到人們的重視。
吸附裝置是壁面移動機器人完成壁面移動的核心，吸附裝置的發(fā)展直接影響著壁面移動機器人的研發(fā)。對于壁面移動機器人有兩個問題必須要處理好，壁面吸附問題，二是移動能力，壁面吸附和壁面移動是個矛盾問題，有良好的移動能力就損失了吸附能力。吸附能力過強又給移動帶來困難。正確的處理吸附和移動的矛盾是壁面吸附機器人的關鍵，目前比較成熟的吸附方式主要有三種：磁吸附、真空吸附和推力吸附。此三種技術經過幾十年發(fā)展 ，在各種各樣的壁面機器人上得到了很好 的應用。隨著對壁面機器人新的要求，此三種吸附方式局限性 日益凸顯 ，所以新的吸附方式的研究開發(fā)直接關系著壁面機器人的發(fā)展。
本文從三種吸附方式出發(fā)，對三種吸附方式的發(fā)展進行了分析 ，通過分析三種吸附方式和結合今后對壁面吸附機器人的新要求，對吸附方式的發(fā)展趨勢進行了展望，并提出了壁面機器人發(fā)展的關鍵所在。
1 吸附方式類型及點
壁面移動機器人能夠實現(xiàn)在壁面上 自由移動必須具備吸附功能和移動功能。吸附方式按吸附功能來分有真空吸附、磁吸附和推力吸附三類。三種吸附方式的優(yōu)缺點比較如表 1所示。
2 吸附方式的研究現(xiàn)狀
2．1 磁吸附磁吸附式爬 壁機器人 雖然只適 用于導磁性材料構成的壁面，但能產生較大的吸附力，并且不受壁面凹凸或裂縫的限制。目前，研究的磁吸附壁面移動機器人多為永磁式。磁吸附方式的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下三種爬壁機器人。

車輪式磁吸附爬壁機器人 ，1988年 日本鋼管株氏會社開發(fā) 了車輪式磁吸附爬壁機器人 ，它可以吸附在油罐、球形煤氣罐和船舶等的壁面上，由兩臺直流伺服電機分別驅動左右兩組車輪單元，磁性輪達到吸附的目的。具有行走穩(wěn)定、移動速度快的點 ， 大速度可以達到9 m ／m in，適用于各種形狀的壁面。該車輪式磁吸附爬壁機器人如圖 1所示。

表 1 壁面移 動機器人吸附方式的比較

加拿大研制的 M agnetic C raw ler磁力吸附爬行器如圖2 所示，該裝置是雙履帶結構，可在水下 30 m 的深度工作 ，爬行速度為 0～9m ／m in，可在垂直的鋼板上爬行 ，可對罐體和壓力容器等進行電視檢測。

車輪式磁吸附爬壁機器人雖然移動速度較快 ，但有的吸附只是車輪的小部分。步行式磁吸附爬壁機器人雖然吸附面增大了，但移動速度慢。為了提高吸附力和移動速度。l989年店漱茂男等研制了吸盤式磁吸附爬壁機器人 ，如圖 3 所示。吸盤與壁面之間有個小的傾角，但吸盤對壁面的吸力依然很大。每個吸盤分別由個 電動機驅動 ，與壁面線接觸的吸盤旋轉，機器人就隨著向前移動。在越障時，可讓吸盤依次翻越。這種吸附機構總吸力可達 2730 N ，可使機器人在承受 200 N 的載荷下，在各方向自由行走。

此三類機器人的設計充分地體現(xiàn)了磁吸附優(yōu)點，磁吸附在壁面爬壁機器人上得到了充分的應用。
2．2 真空吸附
真空吸附的單吸盤的研究先歸根于，日本大阪府立大學工學部的西亮在 1 966 年研制的世界上 臺垂直壁面移動機器人的原理樣機。該機器人采用單個 大吸盤結構 ，利用 電風扇進氣測低壓作用產生吸附力。使機器人可靠吸附在壁面上，利用履帶機構實現(xiàn)機器人在垂直壁面上的移動功能。
對于多吸附盤機器人，日本化工機械技術服務株式會社研制多吸附盤履帶式真空吸附爬壁機器人“VACS”，它的主要技術點是在履帶上做出多個立的吸附室，當某個吸附室與壁面相接處時，他就 自動與真空管路相連而形成真空腔 ，而當吸附室與壁面脫離時，能自動與真空管路斷開，每個吸附室的真空均由各自的真空發(fā)生器產生。
香港城市大學研制的 “Cleanbot．2”采用了北航“Cleanbot1”原理 ，該機器人采用多個吸附盤組成的吸附機構和單鏈條爬行及轉向機構，如圖4 所示。

綜上所述 ，單吸附盤都有個共同的點，即皆有與壁面見存在相對滑動的單真空吸附盤或者是機器人 自身機殼的密封裝置通壁面形成個真空室，這種形式的爬壁機器人可實現(xiàn)小型化，輕量化，結構簡單易于控制，但是對壁面有定的平滑度的要求，越障能力差，對于復雜壁面環(huán)境或者遇到較大的溝槽 ，凸凹時，吸附盤負壓難以維持，且由于存在相對滑動，吸盤磨損厲害，對于多吸附盤，克服了單吸附盤的適應性差的問題，并且有較大的負載能力，但是結構比較復雜 ，控制不便，不易實現(xiàn)小型化 。

2.3 推力吸附
1990 年西亮教授推出了推 力型爬壁機器人 ，如圖5(a) 所 示。它利用直升機原理 ，由螺旋槳產生的高速氣流帶動機器人高速移動，螺旋槳的軸線與壁面大約成 200。夾角，始終有指向壁面的推力，從而實現(xiàn)了機器人的吸附功能，使機器人可以緊貼壁面移動，且具有定的越障能力。由掌舵機構控制機器人的移動方向和傾斜角度 ，用4 通道的無線控制器來控制機器人的運動。由于使用柴油機，不帶電源線，則使用起來很方便。

北京航空航天大學的機器人研究所研制出的推力型爬壁機器人，如圖5(b) 所示 ，利用涵道風扇產生的推力作用，使機器人吸附于壁面。機器人本身不具有自主移動功能，由裝在樓頂?shù)睦|車通過纜繩拉動機器人上下移動，移動機構不帶動力僅為 4 只導向輪控制機器人的行進路線，由地面上的設備控制機器人的運動。

3 吸附方式的發(fā)展趨勢
經過對壁面移動機器人內外現(xiàn)狀的分析與研究，并且結合機器人技術發(fā)展的總體趨勢，我們認為壁面移動機器人吸附方式的發(fā)展具有如下趨勢。
3．1 吸附方式將更多地采用干性粘合劑
真空吸附方式和磁吸附方式技術發(fā)展已經相對成熟 ，并伴隨著商用化產品的出現(xiàn)，在定范圍內得到較大的應用，但其缺點限制了進步的推廣與應用。干性粘合劑作為種仿生智能材料 ，能夠適應各種材質壁面，無噪音，雖然目前其吸附能力還比較差，但隨著MEMS加工技術和新材料的發(fā)展，人造壁虎腳掌的性能將會有明顯提升。目前 ，西方發(fā)達家都很重視對壁虎腳掌仿生材料的研究，我南京航空航天大學也已經開展相關方面的研究。
3．2 向適應微小型化機器人發(fā)展
21世紀的尖 技術之是微型機器人。仿生微型機器人可以用于小型管道檢測作業(yè)，可以進入人體腸道進行檢查和實施治療而不傷害人體，也可以進入狹小的復雜環(huán)境進行各種作業(yè)。在滿足功能要求的前提下，體積小、質量輕的機器人可較小能耗 ，具有較高靈活性，并且在某些殊場合也需要機器人具有小的體積。各種微型驅動元件 、控制元件及能源供應方式的發(fā)展，為小型化 、微型化奠定了基礎。因此 ，壁面移動機器人的小型化和微型化是未來非常重要的個發(fā)展趨勢。小型化 、微型化是當前爬壁機器人發(fā)展的趨勢。為了適應爬壁機器人的微小化 ，新的吸附方式正在開發(fā)研究。仿生微型機器人是今后吸附方式發(fā)展的個必然趨勢。
4 結語
壁面移動機器人吸附方式的研究日益趨近成熟 ，在原有吸附方式的基礎上經不斷的研究與開發(fā)相繼出現(xiàn)了適合各種情況的吸附方式，如間隙永磁吸附、永磁吸附和真空吸附復合等，目前正在探討其它的吸附方式，如干性粘合劑，高分子合成的粘性材料等新材料的新型吸附方式 ，各個域都在尋找適合自己的吸附方式。吸附技術直是爬壁機器人發(fā)展的個瓶頸，它決定了機器人的應用范圍。由于 目前應用比較成熟的吸附技術都有很大的局限性，在很多情況下難以滿足實際應用的要求，因此，開發(fā)和研究新型吸附技術是當前爬壁機器人域的個重要方向。吸附方式的發(fā)展正朝著適應微小化爬壁機器人的迅速發(fā)展 ，模仿壁虎等動物腳掌的仿生粘性材料的發(fā)展是當前新型吸附技術發(fā)展的熱點。