17、曲面柔性静电吸附吸盘的设计与研究

曲面柔性静电吸附吸盘的设计与研究

1. 引言

管道在石油化工、电力、建筑等众多领域都发挥着重要作用。然而，在使用过程中，管道容易出现开裂、脆化等安全问题，这可能会导致经济损失、环境污染，甚至造成人员伤亡。在电力行业中，气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）管道是一种重要的电气管道，其内部空间狭窄且管壁无磁性，现有的机器人吸附结构难以满足这类管道的需求。

早期，日本大阪大学的A. NISHI团队在1966年开发出世界上最早的壁面爬行机器人，这是一种使用离心风机的负压吸附履带式机器人，1975年又在此基础上开发出单吸盘结构的第二代机器。此后，葡萄牙科英布拉大学的Mahmoud等人研究了使用铁磁吸附的爬行机器人；中国香港中文大学的Tin开发了基于爬树动物运动特性的连续操作结构的爬树机器人；美国的Kathryn受爬行动物足部化学成分的启发，设计了能在光滑墙壁上行走的小型机器人。但这些现有的壁面爬行机器人因空间狭窄、表面曲率大等问题，难以适应管道内壁，还存在运动不灵活、电缆易缠绕等问题。

为解决这些问题，本文提出了一种用于曲面的柔性静电吸附吸盘，为管道爬行机器人提供稳定支撑。

2. 总体设计

根据GIS管道的特点，设计的管道爬行机器人需要在管道内壁实现稳定吸附和全区域移动，并具备无线控制系统。吸盘的吸附能力需提供300g的吸附力，以支撑机器人自身重量。

吸盘可分为支撑结构和控制硬件两部分。硬件系统主要包括控制器、高压发生器、蓝牙模块、舵机、电源等模块。在硬件选择上，会在满足需求的前提下，优先选择轻便小巧的设备，使吸盘整体重量控制在300g以内。为适应管道内的狭窄空间，整体尺寸也设计得很小。在两个吸盘之间设置了旋转关节，以实现吸盘在