早在上世纪七十年代初,国外学者就己经开始进行了管外攀爬机器人的研究,并己经研制出了多种爬杆机器人[1]。九十年代,一位西班牙学者基于Stewart-Gough并联机构平台研制出了一种新型管道攀登机器人(图1),可以在水平管道上和垂直管道上攀爬[2],标志着爬杆机器人的研究有了快速的发展。

图1并联机构爬管机器人
21世纪,斯坦福大学、美国伊利诺伊理工学院等联合研发了仿生学六足攀爬机器人RISE系列[3]。如图2所示,从仿生学角度,采用六足式仿生攀爬方式,钩爪可以牢固地攀附于物体表面。2009年,Haynes等[4]在此基础上有设计出RISE V3机器人,该机器人根据力反馈改变腿部四杆机构传动比,增加了运动的可靠性。

图2RISE系列机器人
2005年,为辅助林业工人作业,日本早稻田大学成功研制WOODY-1爬树机器人(图3),该机器人通过两个环形夹持器交替运动,使得机器人沿着树干上下移动[5]。因为该机器人存在笨重、不易控制等问题,随后该大学对其进行了改进,研制出WOODY-2爬树机器人(图4),不仅简化了夹持机构,而且由原来的电机驱动变为多关节协调运动的移动方式[6], 能够躲避树干的突起,并且可以变换方向,在攀爬速度上有很大提升。

图3WOODY-1爬树机器人

图4WOODY-2爬树机器人
2006年,由德黑兰大学的机器人技术与人工智能实验室研制出一款轮式抱管爬行机器人(UT-PCR) [7],用于高速路的路灯清洁。如图5所示,该爬杆机器人结构由本体框架和三组均匀分布的轮子组成,主动轮和从动轮支撑臂用拉伸弹簧相连,对管径变化有一定的适用能力,可以稳定的爬行。

图5环抱式爬管机器人
同年,*耐基卡**梅隆大学Biorobotics Lab实验室也研发了一种仿生蛇形攀爬机器人[8],如图6所示,该机器人采用正交连接的方式来实现机器人各种攀爬动作,并且利用自身张力也实现了在管道内壁攀爬。

图6蛇形攀爬机器人
2007年,日本东京大学研制出了一种由两个夹持手爪、中间关节和翻转电机组成的关节式行走机器人[90-10](图7)。该机器人一手爪加持,另一手爪翻转后夹持,交替夹持,完成攀爬动作,具有一定的越障能力。

图7关节行走机器人
2009年,Haynes等人开发出一款四足爬杆机器人[11],该机器人爬杆速度比同类型的爬杆机器人有较快的提升。2011年,Polchankajorn等人设计一种轮式的模块化蛇形机器人[12]。2013年,Othman等人提出一种基于滑块曲柄的爬杆机器人设计方案[13。同年,葡萄牙科英布拉大学Tavakoli等[14]提出的一种用磁吸附式转轮结构的敏捷型机器人,如图8所示,具有高机动性的。

图8OmniClimber II敏捷型机器人
2015年,Megalingam等人,在无线控制爬杆机器人上又走出一步,研究出一种Android控制的无线爬杆机器人[15]。2016年,Kim等人设计出一种带有激光线束的视觉摄像头自动识别爬杆机器人[16]。同年,Agrawal等人开发一种生物启发式爬杆机器人[17]。2018年,Khan等人又设计出一种具有高负载能力的轮式爬杆机器人[18]。
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