摘要:全向攀登者攀爬机器人具有很高的机动性，用于检查铁磁性弯曲人造结构。全向攀登者使用全向轮子来增加机器人在结构上的可操作性。本文研究了全向轮在攀爬机器人中的应用以及振动等相关问题。攀爬机器人上的这种振动比地面机器人更成问题。 在这项研究中，我们评估了车轮的设计参数，以减少这种振动，增加车轮的牵引力并减少其质量。 作为这项研究的结果，设计和开发了一种新型磁性全向车轮。这个轮子被集成到全向攀登者中并进行测试。本文还介绍了研究和测试的结果。

1.介绍

在过去的二十年里，攀爬机器人已经开发出来，以便于定期检查裂缝，腐蚀，材料退化和坦克和管道焊接缺陷等工作。其他感兴趣的应用包括船体美容，清洁和绘画这些结构。为了将机器人固定在平滑的表面上，主要使用的系统是：吸盘（例如，参见例如[1]），负压[2] 或磁铁[3,4] 或尺寸管道机制[5,6]。

气体和油罐，风力涡轮机，管道和海洋船只是这项研究工作的目标结构的例子。这种结构通常由铁磁材料制成并具有凸起的周边，因此磁性粘附系统的利用是自然选择。过去几年，攀爬机器人受到了越来越多的关注，因为它们在检查管道和类似结构方面的应用。 在机械结构上取得一些进展之后，最近这种机器人的其他方面，例如自校准[7,8]，本地化和制图[9–12] 正在调查中。 但高机动性是应该解决的一个重要目标。例如，许多爬杆机器人的限制之一是它们不能围绕杆旋转[13,14]或者为了围绕杆旋转，因为这些方式需要高能量和时间成本[15–17]。

全向攀登者开发的主要目标是实现一个能够攀爬并在铁磁结构上导航的机器人，考虑到：

 高机动性和速度。

 对结构材料，厚度和曲率的合理范围的适应性（即在结构以及管道和柱子上以及几乎在结构上运行）。

 简单。

基于轮子的攀爬机器人比其他类型的攀爬机器如双足机器人和多腿机器人具有更高的速度和更低的复杂性。最近开发了几种基于轮子的磁性攀爬机器人。Magnebike[18] 是铁磁结构检测机器人的成功实施。 它的重量为3.5千克，最大爬升速度可达2.7厘米/秒。 另一个以轮子为基础的磁性攀爬机器人的例子可以在图中看到[19]，一种用于铁磁表面的两自由度简单攀爬机器人。

还开发了带磁轨的攀爬机器人[20,21]。由于它们的轨道系统较大，这些机器人在垂直表面上提供了良好的稳定性，但与轮式机器人相比，它们在弯曲结构中具有较小的可操作性和适应性。为了在垂直表面上获得更好的可操作性，Schmidt等人开发了一种具有负压粘附机制的全向攀爬机器人。该机器人集成了3个车轮，每个车轮都配有2个用于驾驶和转向的执行器[22]。虽然在每个车轮上使用主动驾驶和转向可以更好地控制机器人的轨迹，但它也增加了机器人的轨迹的系统复杂性。Oliveira等人共同开发了一款带轮子的磁性攀爬机器人，可从地面调节动态距离[23]。该机器人包括4个驱动电机和4个电机，用于改变磁体与结构的距离。这种架构可以很好地控制磁力，但它增加了机器人的重量和复杂性。然而，磁轮式攀爬机器人的许多方面还有许多改进空间。

1.1  全向攀登者

在目前的研究中，我们试图专注于各种结构的可操作性，适应性和简单性。 这里我们简要描述全向攀登者概念。 更详细的描述可以在这里找到[24]。全向攀登者涉及以下主要新奇事物（请参阅图1对于全向攀登者-I的3D模型）：

1. 利用全方位车轮以提高机动性。

2. 带有侧面磁铁的灵活底盘，用于非驱动式适应曲率。

如上所述[25] 全向攀登者-I是一款3自由度机器人，由3个旋转式执行器和3个置于120°的全向车轮组成。通过使用全方位轮子，我们实现了一个具有最小可能自由度的简单机器人，它提供全向运动。它还包括一个中心磁铁作为粘附力的主要提供者。这项工作背后的另一个概念是全向攀登者适应曲面和表面。 三侧磁铁和一个灵活的底盘提供了一个非驱动的曲率适应系统。最后在靠近车轮处安装环形磁铁以增加车轮牵引力（图。1).