第**卷第**期 20**年*月
机 械 工 程 学 报
Vo l. ** No. * ***
20**
DOI ：10.3901/JME.20**.**.***
攀爬机器人研究现状*
张子健
(北京航空航天大学机械学院 北京 100191)
摘要：近年来随着城市发展，高空领域的作业任务不断增加，攀爬机器人的应用前景得到广泛关注，各国学者都对此进行了相关研究提出方案并研制样机。本文首先综述了国内外攀爬机器人的研究现状，分类介绍了几种有代表性的攀爬机器人的研究成果，总结了其中存在的主要问题。 关键词：攀爬机器人；攀爬机构；夹持机构 中图分类号：TP312
Climbing Robot Research Status
ZHANG ZiJian
(Beihang university institute of machinery Beijing 100191)
Abstract ：In recent years, with the development of city, homework tasks in the field of high altitude increasing, the application prospect of climbing robot widely attention, scholars from all over the world are carried out to study and put forward related solutions and develop a prototype. This paper first summarizes the research status of climbing robots at home and abroad, classification, this paper introduces several kinds of representative climbing robot research, summarizes the main problems existing among them.
Key words：Climbing robot; Climbing agencies; Holding mechanism
0 前言
随着现代社会的发展，人们在高空进行作业的情况也越来越多，如果实采摘、路灯更换、管道检修、军事侦察等。在高空作业时，工作人员的劳动强度大、危险程度高，其人身安全难以得到可靠的保证，同时劳动效率也不高[1-5]。因此，攀爬机器人近些年逐渐成为国内外机器人领域的研究热点。在城市中，有大量的安装及维修等工作需要爬杆作业。对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。应用带升降机的工程车进行作业，作业成本较高，而且对于狭窄的胡同，工程车难以进入，造成作业困难，因此爬杆机器人的研制是市政工程研究的热点。由此，本文综述了国内外攀爬机器人的研究现状，分类介绍了几种典型的攀爬机器人的研究成果，总结了存在的主要问题。
1 攀爬机器人研究现状
攀爬机器人与一般在地面上移动的机构有着很大的不同，从水平爬行“跃迁”到竖直方向爬行，首先要克服重力的作用，而其与垂直壁面的爬行又有着较大的区别，不能采用吸附式或粘性物质提供抓紧力，只能依靠柱杆的表面提供升力[8]。攀爬机器人主要由攀爬机构和夹持机构组成，攀爬机构很大程度上决定了攀爬机器人的运动速度和承载能力，夹持机构则影响攀爬机器人的运动范围。多年来，学者们投入了大量的精力进行了研究探索，根据各自的研究目的和实际条件，得出了以下几种比较有代表性的攀爬机器人。本文依据攀爬机器人的工作方式，将其划分为3 大类：连续运动式攀爬机器人、步进式攀爬机器人和冗余自由度攀爬机器人，其中步进式攀爬机器人又可细分成串联式、并联式和串并联混合式。
1.1 连续运动式攀爬机器人
连续运动式攀爬机器人利用轮子或履带与被爬杆件表面的摩擦力来完成快速攀爬运动，德黑兰大
学的M. Nili Ahmadabad 等人对该类攀爬机器人进行了深入地研究，目前已研制三代样机：UT-PCR1，UT-PCR2 和UT-PCR3，如图1 所示。研究者的设计初衷是在降低机器人复杂程度的同时增加其承载能力，摩擦轮式攀爬机器人相对于大部分仿生式攀爬机器人的优势在于其为连续运动方式，攀爬效率更高。第一代摩擦轮式攀爬机器人 UT-PCR1 的主体结构为三对轮子呈圆周均布，下部三个轮子为主动轮，上部三个轮子为从动轮，起导向作用并提高机器人运动稳定性，上下两组轮子通过弹簧相连，使机器人始终紧贴杆件。该机器人具备自锁功能，当电机停止工作时不至于滑落[9-10]。此外，UT-PCR1 还能完成绕杆件旋转运动，其缺点是机械结构和控制部分比较复杂。
(a)UT-PCR1（b ）UT-PCR2（c ）UT-PCR2 模型图 (d)UT-PCR3
图1 UT 爬杆机器人的演变过程
UT-PCR2 的研发受人爬树杆的启发，其机械结构为主动轮与从动轮上下分布在杆件两70 侧，通过连杆连接，机器人的重心落在上部从动轮上，故将工作平台加装在主动轮侧从而保持机器人平衡，主动轮为橡胶材料以增大与杆件表面的摩擦力。为增大主动轮上的接触力，在从动轮下方再增加一个从动轮，通过弹簧与连杆相连，进一步提高整个装置的稳定性，防止意外滑落，并使机器人具备攀爬变直径杆的能力。实验表明该机器人能安全承受5倍于自身重量的载荷[11]。总结UT-PCR2 的优势是运动稳定性好，控制简单，攀爬速度快，机械系统精简，舍去了在实际应用中不常用的绕杆旋转运动，承载能力高。
UT-PCR3 用履带代替了UT-PCR2 中的主动轮，增加了与杆件的接触面积，从而大大提高运动稳定性和承载能力，并省去UT-PCR2 中后来加上去的从动轮，简化了机械结构[12]。
总的来说，该系列机器人满足设计目的，具备
快速攀爬与良好的承载能力，但是对于非圆杆件或圆形杆件表面存在较大障碍物或者树木等复杂攀爬对象时则显得无能为力。 1.2 步进式串联攀爬机器人
步进式串联攀爬机器人是目前使用最多、发展最完善的一类攀爬机器人，专家学者们对其进行了多年的研究，各类试验样机层出不穷。尽管在设计思路、攀爬机构的选择以及机器人攀爬步态等方面各有不同，但归根结底都可认为是步进式串联攀爬机器人。
图2 武汉理工大学曲柄滑块机构攀爬机器人
图2 所示的是武汉理工大学陈明森设计并研制的一款爬杆机器人，适应杆径为100mm~140mm。在设计过程中分析了爬杆机器人功能机构的协调配合、攀爬力的变化与结构参数之间的关系，通过在凸轮夹紧机构上添加预紧拉力弹簧解决了变直径杆爬行的难题。在变直径杆爬行基础上考虑了攀爬手臂夹持的重合度问题，即保证机器人在攀爬杆件最小直径时能够夹紧不跌落，攀爬杆件最大直径时能够不锁死，根据这些极限位置从而确定机器人的尺寸。整机结构简单紧凑，组装灵活，控制简单，试验时机器人攀爬平稳[13]。
该机器人选择曲柄摇杆机构作为攀爬机构，通过躯干的伸缩往复运动从而达到攀爬目的，实现往复运动的机构还有：不完全齿轮齿条双侧停歇结构、圆柱齿轮齿条机构、螺旋丝杆机构等[14]。作为一个工作平台，该机器人只需根据实际工作需要搭载相应的执行器，即可在杆状建筑上完成作业。不足之处是该机器人攀爬速度低，且只能向上攀爬，需加装换向机构或修改凸轮使之满足正反转条件；攀爬对象仅为杆状城市建筑，不具备越障能力，缺少智能控制部分，无法适应复杂工况的要求。
哈尔滨工程大学的史冬岩教授提出了基于 TRIZ 创新设计理论的攀爬机器人设计思路，由此
设计了一种新型翻转式攀爬机器人，如图3 所示。该机器人的机械系统主要由躯干、安装在躯干上的2 个翻转臂、安装在翻转臂上的旋转臂、安装在旋转臂上的夹紧手爪和控制器组成。该机构的运动由控制器控制5 个电机的正反转来完成。翻转运动是由机器人躯干两端关节处的翻转电机输出力矩，经过传动装置传递后输出带动翻转臂和躯干翻转。
图3 哈尔滨工程大学智能式翻转攀爬机器人
该机器人的特点是爬行速度快，能够在弯曲或水平的杆状物上爬行，也能够在相邻的杆状物之间进行迁移爬行，很好地克服了适应性差的缺点；通过安装在夹手上的压力传感器反馈夹紧力，使爬行更加可靠；通过遥控装置和智能控制，爬行方式灵活，智能化程度高[15]。图 4 所示对其进行改进，将躯干部分改为伸缩式，由此进一步扩展了机器人的运动范围，并且具有两种攀爬步态，可根据实际情况选择更快速、稳定、节能的运动方式[16]。然而，翻转式攀爬运动主要由翻转电机驱动，这就制约了机器人的整体质量和承载能力。同时，受限于自由度，翻转式攀爬机器人仅适合在2D 管道等规则攀爬对象上运动。
3DCLIMBER 是一款用于管道检测的串联攀爬机器人，包括1个四自由度的攀爬模块(2个旋转自由度和2个移动自由度) 和2个夹持模块，能实现攀爬弯管、T 型管等2D 结构，绕杆状物轴线旋转等3D 环境中的作业并通过法兰等障碍物。研究人员在设计时分析认为攀爬处于同一平面内的管道需要2个移动自由度，实际场合下存在法兰等障碍物和管道直径变化的情况，需要再增加一个旋转自由度，在三自由度躯干底部加装一个旋转机构由此构成了3DCLIMBER 的主体结构[17]。该旋转机构对攀爬机器人具有重要意义，不仅增强了可操作性，而且扩展了工作空间，使其能够快速围绕杆状物轴线旋转并探测杆状物表面。
在设计过程中，考虑到质量对机器人具有重要的影响，所有非标准零件的材料均采用7075-T6铝。
图 5 管道攀爬机器人—3DCLIMBER
相对与其他攀爬机器人的设计，3DCLIMBER 的研究人员着手解决机器人攀爬过程中产生的误差
问题。首先分析认为误差主要来自于两方面，一方
面由于节点处的大转矩导致杆件存在细小的变形，这种细小的变形经多次传递到末端执行器时就会被放大。另一方面，两对夹手在攀爬过程中的作用既是基座也是执行器，可以互相转换，基座的误差将引起执行器产生误差，进而影响到整个攀爬路线。考虑在夹手上加装传感器并采用自校准算法补偿误差，改进的实验结果显示机器人系统的定位精度得到了显著提高[18]。
尺蠖是一种无脊椎昆虫，它的幼虫身体细长，行动时向前一屈一伸像个拱桥，如图7(a)所示。华南理工大学管贻生教授据此提出了一种 5 自由度步进式串联攀爬机器人Climbot ，如图7（b ）所示。该攀爬机器人由3个摆动关节、2个回转关节依次串接而构成机器人本体，两端分别连接夹持器，两端对称，首尾互置，能满足杆上攀爬和圆柱状杆件过渡的需要，在结构上采用模块化设计方法，具有研发成本低，结构和功能的扩展性强等优点[19-21]。
（a ）尺蠖运动方式
(b)爬杆机器人Climbot 样机
图7 华南理工大学Climbot 爬杆机器人的设计灵感与实物
样机
Climbot 采用了仿生学原理，具备攀爬杆、桁架等圆杆的能力。多达5个的自由度使其
能够使用尺蠖步态、扭转步态、翻转步态在杆件上攀爬移动，如图8所示。考虑到在使用不同攀爬步态攀爬同一杆件时最大关节转矩和所消耗的能量可能不同，研究人员在ADMAS 环境下对机器人不同攀爬步态进行了仿真，并改变杆件倾斜角度进行
多次实验，对比结果表明，针对不同方位的杆件应选用不同的攀爬步态，这对攀爬规划和控制具有重要的指导意义[22-23]。
尺蠖攀爬步态
扭转攀爬步态
翻转攀爬步态
图 8 Climbot 爬杆机器人的三种运动步态
图9 所示的是西班牙卡洛斯三世大学研制的ROMA 攀爬机器人，该机器人是一款典型的拥有步进式攀爬机构的3D 复杂梁架环境攀爬机器人，共有八个自由度，四个用来控制两爪子的运动和方向，两个用来张开和闭合爪子，一个控制爪子的旋转，一个用来延伸本体，它既可以沿着梁或桁架做1D 运动，也可以在两个呈一定角度的位面间做2D 运动，还可以实现在复杂环境中从一个平面到其他平面的3D 运动。
该机器人有非常巧妙的运动机构，允许其在复杂环境中做各种运动和自由行走，并且安全级别较高。但数量众多的自由度也使其控制变得复杂，并且采用两爪结构，对旋转电机的要求很高；机器人整体移动速度很慢，在实际中应用中效率不高。
图9 卡洛斯三世大学ROMA 攀爬机器人
1.3 步进式并联攀爬机器人
并联机器人在工业领域的应用越来越广，其同样也适用于管道、树木等攀爬作业。图10中的基于S-G 平台的并联机器人由两个圆环通过万向节和球面副与六个线性驱动连接构成，圆环上设计有一对可伸缩径向夹紧装置，可以将攀爬对象围在中间，也可在攀爬对象表面爬行。相对于3DCLIMBER 管道攀爬机器人，并联机器人的优势在于虽然运动学和动力学求解复杂，但是机械结构简单，重量轻，运动精度高，不需要提供大转矩的电机。六个线性驱动共同承受外加载荷和自重，使得机器人结构牢固，具有较大的有效载荷比，运动速度快，稳定性更好且驱动机器人运动所需的力矩更小。值得注意的是，每个线性驱动都为独立运动且各自重量只对自身起作用。
并联机器人也存在着一些缺点，其作业空间较串联机器人显得略小。并联机器人同样能完成绕杆旋转运动，但是其运动缓慢，需要多步完成，每步旋转一定小角度。
(a) (b) (c) 图10 基于S-G 平台的并联攀爬机器人
1.4 步进式串联攀爬机器人
Vossoughi 和Bagheri 等人开始也分析了攀爬机构所需自由度的个数，认为串联式机器人的结构笨重，定位控制困难，精度低，而并联式机器人的工作空间小，不能满足实际使用要求，所以考虑综合串联、并联攀爬机器人的各自优势，构造了一种新型 4 自由度串并联混合式攀爬机器人，其不仅具有并联机器人的高刚度，而且能达到串联机器人的大工作空间，如图11所示。该机器人具有两个旋转自由度和两个移动自由度，使其能够在不同横截面和几何形状的杆状物上攀爬，主要结构包括3自由度
的平面并联机构、绕z 轴旋转的串联机构和夹手3 部分，其中夹手部分为V 型多手指结构，能夹持不同截面形状和直径的杆件，且只需一个电机驱动，即使出现断电情况，夹手仍将紧紧抱住杆状物而不掉落。混合攀爬机器人样机重量为16kg ，铝合金材质，由三只直流电机和三只电动气缸驱动，比气压和液压气缸驱动更为安全，运动精度更高，结构更简化。虽然6自由度的并联机器人能完成同样的操作，但是混合攀爬机器人需要的驱动电机更少，重量更轻，机构更简单。
图11 4自由度串并联混合式攀爬机器人模型
1.5 步进式串联攀爬机器人
蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支，大部分样机已具备抬头、爬台阶、翻越低障碍等三维空间运动能力，近几年研制的蛇形机器人样机功能更加具有针对性和多样性，有的已经能够垂直攀爬到数米的高度。对于蛇形攀爬机器人，要求既具备灵活的三维运动能力，又能够附着在攀爬对象上而不下落。
在攀爬过程中，蛇形机器人通过缠绕附着在攀爬对象外表面，然后采用一定的步态上下攀爬。上海交通大学研制的CRS 蛇形攀爬机器人（图12(a)）沿等距螺旋线方向，采用尺蠖般的蠕动步态，以纵波的形式通过部分关节的起伏向上传递运动波，其他部分的关节则缠绕在树干上，产生摩擦力以抵消整体所受重力，攀爬始终沿着一条固定的轨迹。此种步态离开树干的关节较少，需要产生的额外摩擦力就较小，只是攀爬速度会比较慢，一个运动波从尾部传递到头部，蛇形机器人只向上攀爬一个步距。如在机器人身体中传递多个运动波，则需要保证与树干接触部分能产生足够的摩擦力以推动整体的向上攀爬。
卡内基梅隆大学的生物机器人技术实验室近几年研究的蛇形机器人样机都基于正交连接。除了具
备其他正交连接方式的蛇形机器人所能实现的各种步态外，该实验室针对蛇形机器人的攀爬做了很多工作。其蛇形机器人样机如M 系列的M1~M3，能实现竖直方向的攀爬，M3 还可以呈螺旋状缠绕在竖直或水平管道外部，并以翻滚的运动方式向上攀爬，如图12(b)所示。
(a)CSR蛇形攀爬机器人
(b)M3 蛇形攀爬机器人 图12 不同攀爬步态的蛇形机器人
以“大狗”机器人闻名全球的Boston Dynamics 公司联合几所名校提出了另一种思路，从多足移动角度开展攀爬机器人项目RiSE 的研究，目前已研发出第三代样机——RiSE V3(图13) 。该机器人重达 5.4kg ，长约 70cm ，不包括 28cm 长的尾巴。对机器人的腿部连杆机构进行创新设计使其能快速攀爬电线杆等均匀圆柱结构，速度可达21cm/s，目前同规模的机器人无法达到这样的速度。RiSE V3 具备一般的攀爬结构再加上其自身的特殊能力使它能够迅速攀爬到一定垂直高度并以最小能耗停留在杆件表面，显示出其具备完成搜索、监视等任务的潜在应用价值。
图13 Boston Dynamics 等研制的RiSE V3 机器人
研究者后续将进一步提升 RiSE V3 的攀爬速度，通过研究手爪与被爬杆件表面的相互作用来确定可靠的手爪安装及拆卸方法，并减小机器人倾覆的可能性。此外，将进一步拓展机器人的攀爬对象，不局限于均匀圆柱结构的物体，并且增加机器人地面水平运动和垂直攀爬运动之间自动转换的功能。
2 总结
从以上所述的攀爬机器人研究可以看出，攀爬机器人已经初步具备了代替人类完成某些高空作业的能力，但把攀爬机器人的应用范围扩展到农业作业领域时，仍面临许多待解决的问题。
1) 整体质量和承载能力
目前，攀爬机器人大多都存在整体质量较重的问题，在动力一定的情况下，质量过大将导致机器人无法完成攀爬动作，还会出现重心不稳的问题，甚至在攀爬过程中发生倾覆，这对于进行高空作业的攀爬机器人来说是十分危险的。此外，质量过大亦可能对攀爬对象造成表面凹陷、弯曲、折断等破坏。承载能力是评价攀爬机器人优劣的一项重要指标，攀爬机器人在执行任务时通常需要搭载不同的工作机构，这些额外增加的质量将改变其重心的位置，影响运动的平稳性。过低的承载能力降低了攀爬机器人的实用性，超负荷工作存在安全隐患并缩短机器人的工作寿命。
2) 运动速度 快速、精确地到达作业点是机器人的一大优势，而现有的攀爬机器人普遍存在攀爬速度较慢的缺陷。攀爬机器人的运动速度首先取决于其行走方式，其次，作为一个集机构、电子和软件的综合系统，攀爬机器人各部分的协调控制性不高同样对其运动速度造成很大的影响。多方面因素综合造成了攀爬机器人效率低下的现状，严重制约了其应用和推广。
3) 导航技术
机器人导航技术包括了路径规划和定位技术。目前，对攀爬机器人的控制基本上采用的是遥控技术，操作者通过观察、分析攀爬对象后人为规划机器人攀爬路径，但是当攀爬对象不能直接观察时，遥控技术不再可行。在复杂动态环境中，移动机器人的运动规划是一个比较棘手的问题。如何让攀爬机器人在环境地图中寻找一条路径，保证其沿该路径移动时不与外界发生碰撞、如何处理传感器感知的环境模型中的不确定因素和路径执行中出现的误差、如何按照需要找寻最优路径等方面还尚待研究。此外，在攀爬机器人的应用中，精确的位置信息是一个基本问题，攀爬机器人的准确定位是保证其正确完成导航、控制任务的关键之一，但是当前仅有少数文献研究攀爬机器人的定位和误差问题。
参 考 文 献
[1] 蔡传武. 爬杆机器人的攀爬控制[D]. 广州：华南理工大
学硕士学位，2011.
Cai Chuanwu. Climb the pole climbing robot control [D]. Guangzhou: south China university of technology, master's degree in 2011.
[2] Ma L X, Tan B X, Shen J, Liu W. The study of pole
climbing robot [J]. 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering, 2010, 6 : 2451-2454.300
[3] 程光明，朱志伟，孙姚飞，等. 仿尺蠖步态的爬杆机器
人的动态仿真研究[J]. 世界科技研究与发展，2013，31（4）：635-637.
Freddd guang-ming cheng, zhi-wei zhu, sun, etc. Imitation inchworm gait pole robot dynamic simulation [J]. Journal of world science and technology research and development, 2013, 31 (4) : 635-637.
[4] 李楠，纪小刚，徐凯. 一种适应不同导杆直径的多姿态
爬杆机器人[J]. 现代制造工程，2015（9）：58-61. Misia JiXiaoGang, this superb drama. A more adapted to different guide rod diameter attitude pole robot [J]. Modern manufacturing engineering, 2015 (9) : 58-61. [5] 吴伟国，徐峰琳. 空间桁架用双臂手移动机器人设计与
仿真分析[J]. 机械设计与制造，2007（3）：110-112. Wei-guo wu, Xu Fenglin. Space truss with both arms hand mobile robot design and simulation analysis [J]. Journal of mechanical design and manufacturing, 2007 (3) : 110-112.
[6] 赵匀，武传宇，胡旭东，俞高红. 农业机器人的研究进
展及存在的问题[J]. 农业工程学报，2013,19（1）：305 20-24.
Zhao yun, chuan-yu wu, xu-dong hu yu high. Research progress and existing problems of agricultural robot [J]. Journal of agricultural engineering, 2013, 12 (1) : 20 to 24, 305.
[7] 陈度，杜小强，王书勤，等. 振动式果品收获技术机理
分析及研究进展[J]. 农业工程学报，2011，27（8）：195-200.
Chen, Du Xiaojiang, shuqing wang, et al. Mechanism analysis and the research progress on vibrating fruit harvest [J]. Journal of agricultural engineering, 2011, 27 (8) : 195-200.
[8] 石先杰，史冬岩，邓波，等. 基于TRIZ 理论的攀爬机
器人创新设计[J]. 应用科技，2011，38（3）：61-64. Shi Xianjie Shi Dongyan, attraction, and etc. Climbing robot innovation design based on TRIZ theory [J]. Journal of applied science and technology, 2011, 20 (3) : 61-64.
[9] Noohi E, Mahdavi S S, Baghani A. Wheel-based climbing
robot: modeling and control [J]. Advanced Robotics 310 24 (2010): 1313-1343.
[10] 陈丽，王越超，李斌. 蛇形机器人研究现状与进展. 机
器人，2002，24（6）：559-563.
Chen, yue-chao wang, li bin. Snake robot research status and progress. Robot, 2002, 24 (6) : 559-563.
[11] Ahmadabadi M N, Moradi H, Sadeghi A. The evolution
of UT pole climbing robots [A]. 1st International
315 Conference on Applied Robotics for the Power Industry[C], Montreal: CARPI, 2010. 1-6.
[12] Sadeghi A, Moradi H, Ahmadabadi M N. Analysis,
simulation, and implementation of a human-inspired pole climbing robot [J]. Robotica, 2012, 30(2): 279-287.
[13] 刘桂珍. 爬树机器人机构设计及运动分析[D]. 哈尔滨：
哈尔滨工程大学硕士学位论文，2015.
Gui-zhen liu. Tree climbing robot mechanism design and motion analysis [D]. Harbin: Harbin engineering university master's degree thesis, 2015.
[14] 王晓光，陈明森，赵锋，等. 蠕行式仿生变直径杆爬行
机器人的设计[J]. 机械制造，2008，46（532）：
Wang xiaoguang, ming-sen Chen, zhao feng, wait. Crawl type bionic variable diameter pole climbing robot design [J]. Journal of mechanical manufacturing, 2008 46-48 (532) : [15] 史冬岩，石先杰，邓波. 一种智能翻转式攀爬机器人[P].
中国[1**********]8.2，2009.
Shi Dongyan Shi Xianjie, attraction. An intelligent tilting climbing robot [P]. [1**********]8.2 in China, 2009. [16] 刘少刚，郭云龙，鱼展. 夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机
器人[P]. 中国[1**********]0.4，2012.
Liu Shaogang, yun-long guo, fish show. Clampon telescopic flip integrated climbing robot [P]. [1**********]0.4 in China, 2012.
[17] 王吉岱，卢坤媛，徐淑芬. 四足步行机器人研究现状及
展望[J]. 制造业自动化，2009，31（2）：4-6.
Shu-feng shi ji-dai wang, Lu Kunyuan. Quadruped walking robot research status and prospects of [J]. Journal of manufacturing automation, 2009, 31 (2) : 4 to 6.
[18] 陶敏，陈新，孙振平. 移动机器人定位技术[J]. 火力与
指挥控制，2010，35（7）：1243-1246.
TaoMin, Chen xin, zhen-ping sun. Mobile robot localization technology [J]. Journal of fire and command
control, 2010, 35 (7) : 1243-1246.
[19] 张佳帆，杨灿军. 蠕动式机器蛇的研究与开发[J]. 机械
工程学报，2010，41（5）：205-209.
Zhang Jiafan can-jun Yang. Snake crawling machine research and development [J]. Journal of mechanical engineering, 2010, 9 (5) : 205-209.
[20] 李红卫，赵世平，陆小龙. 攀爬电力铁塔机器人的爬行
方案设计[J]. 制造业自动化，2010，32（11）：100-104. Li Gongwei, shi-ping zhao, xiao-long lu. Climb the tower of the robot crawling design [J]. Journal of manufacturing automation, 2010, 32 (11) : 100-104.
[21] 郭戈，胡征峰，董江辉. 移动机器人导航与定位技术
[J]. 微计算机信息，2013，8（19）：10-12.
Guo Ge Hu Zhengfeng, jiang-hui dong. Mobile robot navigation and positioning technology [J]. Microcomputer information, 2013, 8 (19) : 10-12.
[22] 王志文，郭戈. 移动机器人导航技术现状与展望[J]. 机
器人，2003，25（5）：470-474.
Zhi-wen wang, Guo Ge. Mobile robot navigation technology present situation and prospect [J]. Robot, 2003, 25 (5) : 470-474.
[23] 陶敏，陈新，孙振平. 移动机器人定位技术[J]. 火力与
指挥控制，2010，35（7）：1243-1246.
TaoMin, Chen xin, zhen-ping sun. Mobile robot localization technology [J]. Journal of fire and command control, 2010, 35 (7) : 1243-1246.
作者简介：张子健，男，1994年出生，本科生。 E-mail
第**卷第**期 20**年*月
机 械 工 程 学 报
Vo l. ** No. * ***
20**
DOI ：10.3901/JME.20**.**.***
攀爬机器人研究现状*
张子健
(北京航空航天大学机械学院 北京 100191)
摘要：近年来随着城市发展，高空领域的作业任务不断增加，攀爬机器人的应用前景得到广泛关注，各国学者都对此进行了相关研究提出方案并研制样机。本文首先综述了国内外攀爬机器人的研究现状，分类介绍了几种有代表性的攀爬机器人的研究成果，总结了其中存在的主要问题。 关键词：攀爬机器人；攀爬机构；夹持机构 中图分类号：TP312
Climbing Robot Research Status
ZHANG ZiJian
(Beihang university institute of machinery Beijing 100191)
Abstract ：In recent years, with the development of city, homework tasks in the field of high altitude increasing, the application prospect of climbing robot widely attention, scholars from all over the world are carried out to study and put forward related solutions and develop a prototype. This paper first summarizes the research status of climbing robots at home and abroad, classification, this paper introduces several kinds of representative climbing robot research, summarizes the main problems existing among them.
Key words：Climbing robot; Climbing agencies; Holding mechanism
0 前言
随着现代社会的发展，人们在高空进行作业的情况也越来越多，如果实采摘、路灯更换、管道检修、军事侦察等。在高空作业时，工作人员的劳动强度大、危险程度高，其人身安全难以得到可靠的保证，同时劳动效率也不高[1-5]。因此，攀爬机器人近些年逐渐成为国内外机器人领域的研究热点。在城市中，有大量的安装及维修等工作需要爬杆作业。对于较粗的杆件，人工攀爬和工程车作业都比较方便，但是对于一些直径较细，强度较小的杆件比如路灯杆等，人工攀爬较为困难。应用带升降机的工程车进行作业，作业成本较高，而且对于狭窄的胡同，工程车难以进入，造成作业困难，因此爬杆机器人的研制是市政工程研究的热点。由此，本文综述了国内外攀爬机器人的研究现状，分类介绍了几种典型的攀爬机器人的研究成果，总结了存在的主要问题。
1 攀爬机器人研究现状
攀爬机器人与一般在地面上移动的机构有着很大的不同，从水平爬行“跃迁”到竖直方向爬行，首先要克服重力的作用，而其与垂直壁面的爬行又有着较大的区别，不能采用吸附式或粘性物质提供抓紧力，只能依靠柱杆的表面提供升力[8]。攀爬机器人主要由攀爬机构和夹持机构组成，攀爬机构很大程度上决定了攀爬机器人的运动速度和承载能力，夹持机构则影响攀爬机器人的运动范围。多年来，学者们投入了大量的精力进行了研究探索，根据各自的研究目的和实际条件，得出了以下几种比较有代表性的攀爬机器人。本文依据攀爬机器人的工作方式，将其划分为3 大类：连续运动式攀爬机器人、步进式攀爬机器人和冗余自由度攀爬机器人，其中步进式攀爬机器人又可细分成串联式、并联式和串并联混合式。
1.1 连续运动式攀爬机器人
连续运动式攀爬机器人利用轮子或履带与被爬杆件表面的摩擦力来完成快速攀爬运动，德黑兰大
学的M. Nili Ahmadabad 等人对该类攀爬机器人进行了深入地研究，目前已研制三代样机：UT-PCR1，UT-PCR2 和UT-PCR3，如图1 所示。研究者的设计初衷是在降低机器人复杂程度的同时增加其承载能力，摩擦轮式攀爬机器人相对于大部分仿生式攀爬机器人的优势在于其为连续运动方式，攀爬效率更高。第一代摩擦轮式攀爬机器人 UT-PCR1 的主体结构为三对轮子呈圆周均布，下部三个轮子为主动轮，上部三个轮子为从动轮，起导向作用并提高机器人运动稳定性，上下两组轮子通过弹簧相连，使机器人始终紧贴杆件。该机器人具备自锁功能，当电机停止工作时不至于滑落[9-10]。此外，UT-PCR1 还能完成绕杆件旋转运动，其缺点是机械结构和控制部分比较复杂。
(a)UT-PCR1（b ）UT-PCR2（c ）UT-PCR2 模型图 (d)UT-PCR3
图1 UT 爬杆机器人的演变过程
UT-PCR2 的研发受人爬树杆的启发，其机械结构为主动轮与从动轮上下分布在杆件两70 侧，通过连杆连接，机器人的重心落在上部从动轮上，故将工作平台加装在主动轮侧从而保持机器人平衡，主动轮为橡胶材料以增大与杆件表面的摩擦力。为增大主动轮上的接触力，在从动轮下方再增加一个从动轮，通过弹簧与连杆相连，进一步提高整个装置的稳定性，防止意外滑落，并使机器人具备攀爬变直径杆的能力。实验表明该机器人能安全承受5倍于自身重量的载荷[11]。总结UT-PCR2 的优势是运动稳定性好，控制简单，攀爬速度快，机械系统精简，舍去了在实际应用中不常用的绕杆旋转运动，承载能力高。
UT-PCR3 用履带代替了UT-PCR2 中的主动轮，增加了与杆件的接触面积，从而大大提高运动稳定性和承载能力，并省去UT-PCR2 中后来加上去的从动轮，简化了机械结构[12]。
总的来说，该系列机器人满足设计目的，具备
快速攀爬与良好的承载能力，但是对于非圆杆件或圆形杆件表面存在较大障碍物或者树木等复杂攀爬对象时则显得无能为力。 1.2 步进式串联攀爬机器人
步进式串联攀爬机器人是目前使用最多、发展最完善的一类攀爬机器人，专家学者们对其进行了多年的研究，各类试验样机层出不穷。尽管在设计思路、攀爬机构的选择以及机器人攀爬步态等方面各有不同，但归根结底都可认为是步进式串联攀爬机器人。
图2 武汉理工大学曲柄滑块机构攀爬机器人
图2 所示的是武汉理工大学陈明森设计并研制的一款爬杆机器人，适应杆径为100mm~140mm。在设计过程中分析了爬杆机器人功能机构的协调配合、攀爬力的变化与结构参数之间的关系，通过在凸轮夹紧机构上添加预紧拉力弹簧解决了变直径杆爬行的难题。在变直径杆爬行基础上考虑了攀爬手臂夹持的重合度问题，即保证机器人在攀爬杆件最小直径时能够夹紧不跌落，攀爬杆件最大直径时能够不锁死，根据这些极限位置从而确定机器人的尺寸。整机结构简单紧凑，组装灵活，控制简单，试验时机器人攀爬平稳[13]。
该机器人选择曲柄摇杆机构作为攀爬机构，通过躯干的伸缩往复运动从而达到攀爬目的，实现往复运动的机构还有：不完全齿轮齿条双侧停歇结构、圆柱齿轮齿条机构、螺旋丝杆机构等[14]。作为一个工作平台，该机器人只需根据实际工作需要搭载相应的执行器，即可在杆状建筑上完成作业。不足之处是该机器人攀爬速度低，且只能向上攀爬，需加装换向机构或修改凸轮使之满足正反转条件；攀爬对象仅为杆状城市建筑，不具备越障能力，缺少智能控制部分，无法适应复杂工况的要求。
哈尔滨工程大学的史冬岩教授提出了基于 TRIZ 创新设计理论的攀爬机器人设计思路，由此
设计了一种新型翻转式攀爬机器人，如图3 所示。该机器人的机械系统主要由躯干、安装在躯干上的2 个翻转臂、安装在翻转臂上的旋转臂、安装在旋转臂上的夹紧手爪和控制器组成。该机构的运动由控制器控制5 个电机的正反转来完成。翻转运动是由机器人躯干两端关节处的翻转电机输出力矩，经过传动装置传递后输出带动翻转臂和躯干翻转。
图3 哈尔滨工程大学智能式翻转攀爬机器人
该机器人的特点是爬行速度快，能够在弯曲或水平的杆状物上爬行，也能够在相邻的杆状物之间进行迁移爬行，很好地克服了适应性差的缺点；通过安装在夹手上的压力传感器反馈夹紧力，使爬行更加可靠；通过遥控装置和智能控制，爬行方式灵活，智能化程度高[15]。图 4 所示对其进行改进，将躯干部分改为伸缩式，由此进一步扩展了机器人的运动范围，并且具有两种攀爬步态，可根据实际情况选择更快速、稳定、节能的运动方式[16]。然而，翻转式攀爬运动主要由翻转电机驱动，这就制约了机器人的整体质量和承载能力。同时，受限于自由度，翻转式攀爬机器人仅适合在2D 管道等规则攀爬对象上运动。
3DCLIMBER 是一款用于管道检测的串联攀爬机器人，包括1个四自由度的攀爬模块(2个旋转自由度和2个移动自由度) 和2个夹持模块，能实现攀爬弯管、T 型管等2D 结构，绕杆状物轴线旋转等3D 环境中的作业并通过法兰等障碍物。研究人员在设计时分析认为攀爬处于同一平面内的管道需要2个移动自由度，实际场合下存在法兰等障碍物和管道直径变化的情况，需要再增加一个旋转自由度，在三自由度躯干底部加装一个旋转机构由此构成了3DCLIMBER 的主体结构[17]。该旋转机构对攀爬机器人具有重要意义，不仅增强了可操作性，而且扩展了工作空间，使其能够快速围绕杆状物轴线旋转并探测杆状物表面。
在设计过程中，考虑到质量对机器人具有重要的影响，所有非标准零件的材料均采用7075-T6铝。
图 5 管道攀爬机器人—3DCLIMBER
相对与其他攀爬机器人的设计，3DCLIMBER 的研究人员着手解决机器人攀爬过程中产生的误差
问题。首先分析认为误差主要来自于两方面，一方
面由于节点处的大转矩导致杆件存在细小的变形，这种细小的变形经多次传递到末端执行器时就会被放大。另一方面，两对夹手在攀爬过程中的作用既是基座也是执行器，可以互相转换，基座的误差将引起执行器产生误差，进而影响到整个攀爬路线。考虑在夹手上加装传感器并采用自校准算法补偿误差，改进的实验结果显示机器人系统的定位精度得到了显著提高[18]。
尺蠖是一种无脊椎昆虫，它的幼虫身体细长，行动时向前一屈一伸像个拱桥，如图7(a)所示。华南理工大学管贻生教授据此提出了一种 5 自由度步进式串联攀爬机器人Climbot ，如图7（b ）所示。该攀爬机器人由3个摆动关节、2个回转关节依次串接而构成机器人本体，两端分别连接夹持器，两端对称，首尾互置，能满足杆上攀爬和圆柱状杆件过渡的需要，在结构上采用模块化设计方法，具有研发成本低，结构和功能的扩展性强等优点[19-21]。
（a ）尺蠖运动方式
(b)爬杆机器人Climbot 样机
图7 华南理工大学Climbot 爬杆机器人的设计灵感与实物
样机
Climbot 采用了仿生学原理，具备攀爬杆、桁架等圆杆的能力。多达5个的自由度使其
能够使用尺蠖步态、扭转步态、翻转步态在杆件上攀爬移动，如图8所示。考虑到在使用不同攀爬步态攀爬同一杆件时最大关节转矩和所消耗的能量可能不同，研究人员在ADMAS 环境下对机器人不同攀爬步态进行了仿真，并改变杆件倾斜角度进行
多次实验，对比结果表明，针对不同方位的杆件应选用不同的攀爬步态，这对攀爬规划和控制具有重要的指导意义[22-23]。
尺蠖攀爬步态
扭转攀爬步态
翻转攀爬步态
图 8 Climbot 爬杆机器人的三种运动步态
图9 所示的是西班牙卡洛斯三世大学研制的ROMA 攀爬机器人，该机器人是一款典型的拥有步进式攀爬机构的3D 复杂梁架环境攀爬机器人，共有八个自由度，四个用来控制两爪子的运动和方向，两个用来张开和闭合爪子，一个控制爪子的旋转，一个用来延伸本体，它既可以沿着梁或桁架做1D 运动，也可以在两个呈一定角度的位面间做2D 运动，还可以实现在复杂环境中从一个平面到其他平面的3D 运动。
该机器人有非常巧妙的运动机构，允许其在复杂环境中做各种运动和自由行走，并且安全级别较高。但数量众多的自由度也使其控制变得复杂，并且采用两爪结构，对旋转电机的要求很高；机器人整体移动速度很慢，在实际中应用中效率不高。
图9 卡洛斯三世大学ROMA 攀爬机器人
1.3 步进式并联攀爬机器人
并联机器人在工业领域的应用越来越广，其同样也适用于管道、树木等攀爬作业。图10中的基于S-G 平台的并联机器人由两个圆环通过万向节和球面副与六个线性驱动连接构成，圆环上设计有一对可伸缩径向夹紧装置，可以将攀爬对象围在中间，也可在攀爬对象表面爬行。相对于3DCLIMBER 管道攀爬机器人，并联机器人的优势在于虽然运动学和动力学求解复杂，但是机械结构简单，重量轻，运动精度高，不需要提供大转矩的电机。六个线性驱动共同承受外加载荷和自重，使得机器人结构牢固，具有较大的有效载荷比，运动速度快，稳定性更好且驱动机器人运动所需的力矩更小。值得注意的是，每个线性驱动都为独立运动且各自重量只对自身起作用。
并联机器人也存在着一些缺点，其作业空间较串联机器人显得略小。并联机器人同样能完成绕杆旋转运动，但是其运动缓慢，需要多步完成，每步旋转一定小角度。
(a) (b) (c) 图10 基于S-G 平台的并联攀爬机器人
1.4 步进式串联攀爬机器人
Vossoughi 和Bagheri 等人开始也分析了攀爬机构所需自由度的个数，认为串联式机器人的结构笨重，定位控制困难，精度低，而并联式机器人的工作空间小，不能满足实际使用要求，所以考虑综合串联、并联攀爬机器人的各自优势，构造了一种新型 4 自由度串并联混合式攀爬机器人，其不仅具有并联机器人的高刚度，而且能达到串联机器人的大工作空间，如图11所示。该机器人具有两个旋转自由度和两个移动自由度，使其能够在不同横截面和几何形状的杆状物上攀爬，主要结构包括3自由度
的平面并联机构、绕z 轴旋转的串联机构和夹手3 部分，其中夹手部分为V 型多手指结构，能夹持不同截面形状和直径的杆件，且只需一个电机驱动，即使出现断电情况，夹手仍将紧紧抱住杆状物而不掉落。混合攀爬机器人样机重量为16kg ，铝合金材质，由三只直流电机和三只电动气缸驱动，比气压和液压气缸驱动更为安全，运动精度更高，结构更简化。虽然6自由度的并联机器人能完成同样的操作，但是混合攀爬机器人需要的驱动电机更少，重量更轻，机构更简单。
图11 4自由度串并联混合式攀爬机器人模型
1.5 步进式串联攀爬机器人
蛇形机器人是仿生机器人研究中很活跃的一支，大部分样机已具备抬头、爬台阶、翻越低障碍等三维空间运动能力，近几年研制的蛇形机器人样机功能更加具有针对性和多样性，有的已经能够垂直攀爬到数米的高度。对于蛇形攀爬机器人，要求既具备灵活的三维运动能力，又能够附着在攀爬对象上而不下落。
在攀爬过程中，蛇形机器人通过缠绕附着在攀爬对象外表面，然后采用一定的步态上下攀爬。上海交通大学研制的CRS 蛇形攀爬机器人（图12(a)）沿等距螺旋线方向，采用尺蠖般的蠕动步态，以纵波的形式通过部分关节的起伏向上传递运动波，其他部分的关节则缠绕在树干上，产生摩擦力以抵消整体所受重力，攀爬始终沿着一条固定的轨迹。此种步态离开树干的关节较少，需要产生的额外摩擦力就较小，只是攀爬速度会比较慢，一个运动波从尾部传递到头部，蛇形机器人只向上攀爬一个步距。如在机器人身体中传递多个运动波，则需要保证与树干接触部分能产生足够的摩擦力以推动整体的向上攀爬。
卡内基梅隆大学的生物机器人技术实验室近几年研究的蛇形机器人样机都基于正交连接。除了具
备其他正交连接方式的蛇形机器人所能实现的各种步态外，该实验室针对蛇形机器人的攀爬做了很多工作。其蛇形机器人样机如M 系列的M1~M3，能实现竖直方向的攀爬，M3 还可以呈螺旋状缠绕在竖直或水平管道外部，并以翻滚的运动方式向上攀爬，如图12(b)所示。
(a)CSR蛇形攀爬机器人
(b)M3 蛇形攀爬机器人 图12 不同攀爬步态的蛇形机器人
以“大狗”机器人闻名全球的Boston Dynamics 公司联合几所名校提出了另一种思路，从多足移动角度开展攀爬机器人项目RiSE 的研究，目前已研发出第三代样机——RiSE V3(图13) 。该机器人重达 5.4kg ，长约 70cm ，不包括 28cm 长的尾巴。对机器人的腿部连杆机构进行创新设计使其能快速攀爬电线杆等均匀圆柱结构，速度可达21cm/s，目前同规模的机器人无法达到这样的速度。RiSE V3 具备一般的攀爬结构再加上其自身的特殊能力使它能够迅速攀爬到一定垂直高度并以最小能耗停留在杆件表面，显示出其具备完成搜索、监视等任务的潜在应用价值。
图13 Boston Dynamics 等研制的RiSE V3 机器人
研究者后续将进一步提升 RiSE V3 的攀爬速度，通过研究手爪与被爬杆件表面的相互作用来确定可靠的手爪安装及拆卸方法，并减小机器人倾覆的可能性。此外，将进一步拓展机器人的攀爬对象，不局限于均匀圆柱结构的物体，并且增加机器人地面水平运动和垂直攀爬运动之间自动转换的功能。
2 总结
从以上所述的攀爬机器人研究可以看出，攀爬机器人已经初步具备了代替人类完成某些高空作业的能力，但把攀爬机器人的应用范围扩展到农业作业领域时，仍面临许多待解决的问题。
1) 整体质量和承载能力
目前，攀爬机器人大多都存在整体质量较重的问题，在动力一定的情况下，质量过大将导致机器人无法完成攀爬动作，还会出现重心不稳的问题，甚至在攀爬过程中发生倾覆，这对于进行高空作业的攀爬机器人来说是十分危险的。此外，质量过大亦可能对攀爬对象造成表面凹陷、弯曲、折断等破坏。承载能力是评价攀爬机器人优劣的一项重要指标，攀爬机器人在执行任务时通常需要搭载不同的工作机构，这些额外增加的质量将改变其重心的位置，影响运动的平稳性。过低的承载能力降低了攀爬机器人的实用性，超负荷工作存在安全隐患并缩短机器人的工作寿命。
2) 运动速度 快速、精确地到达作业点是机器人的一大优势，而现有的攀爬机器人普遍存在攀爬速度较慢的缺陷。攀爬机器人的运动速度首先取决于其行走方式，其次，作为一个集机构、电子和软件的综合系统，攀爬机器人各部分的协调控制性不高同样对其运动速度造成很大的影响。多方面因素综合造成了攀爬机器人效率低下的现状，严重制约了其应用和推广。
3) 导航技术
机器人导航技术包括了路径规划和定位技术。目前，对攀爬机器人的控制基本上采用的是遥控技术，操作者通过观察、分析攀爬对象后人为规划机器人攀爬路径，但是当攀爬对象不能直接观察时，遥控技术不再可行。在复杂动态环境中，移动机器人的运动规划是一个比较棘手的问题。如何让攀爬机器人在环境地图中寻找一条路径，保证其沿该路径移动时不与外界发生碰撞、如何处理传感器感知的环境模型中的不确定因素和路径执行中出现的误差、如何按照需要找寻最优路径等方面还尚待研究。此外，在攀爬机器人的应用中，精确的位置信息是一个基本问题，攀爬机器人的准确定位是保证其正确完成导航、控制任务的关键之一，但是当前仅有少数文献研究攀爬机器人的定位和误差问题。
参 考 文 献
[1] 蔡传武. 爬杆机器人的攀爬控制[D]. 广州：华南理工大
学硕士学位，2011.
Cai Chuanwu. Climb the pole climbing robot control [D]. Guangzhou: south China university of technology, master's degree in 2011.
[2] Ma L X, Tan B X, Shen J, Liu W. The study of pole
climbing robot [J]. 2010 International Conference on Electrical and Control Engineering, 2010, 6 : 2451-2454.300
[3] 程光明，朱志伟，孙姚飞，等. 仿尺蠖步态的爬杆机器
人的动态仿真研究[J]. 世界科技研究与发展，2013，31（4）：635-637.
Freddd guang-ming cheng, zhi-wei zhu, sun, etc. Imitation inchworm gait pole robot dynamic simulation [J]. Journal of world science and technology research and development, 2013, 31 (4) : 635-637.
[4] 李楠，纪小刚，徐凯. 一种适应不同导杆直径的多姿态
爬杆机器人[J]. 现代制造工程，2015（9）：58-61. Misia JiXiaoGang, this superb drama. A more adapted to different guide rod diameter attitude pole robot [J]. Modern manufacturing engineering, 2015 (9) : 58-61. [5] 吴伟国，徐峰琳. 空间桁架用双臂手移动机器人设计与
仿真分析[J]. 机械设计与制造，2007（3）：110-112. Wei-guo wu, Xu Fenglin. Space truss with both arms hand mobile robot design and simulation analysis [J]. Journal of mechanical design and manufacturing, 2007 (3) : 110-112.
[6] 赵匀，武传宇，胡旭东，俞高红. 农业机器人的研究进
展及存在的问题[J]. 农业工程学报，2013,19（1）：305 20-24.
Zhao yun, chuan-yu wu, xu-dong hu yu high. Research progress and existing problems of agricultural robot [J]. Journal of agricultural engineering, 2013, 12 (1) : 20 to 24, 305.
[7] 陈度，杜小强，王书勤，等. 振动式果品收获技术机理
分析及研究进展[J]. 农业工程学报，2011，27（8）：195-200.
Chen, Du Xiaojiang, shuqing wang, et al. Mechanism analysis and the research progress on vibrating fruit harvest [J]. Journal of agricultural engineering, 2011, 27 (8) : 195-200.
[8] 石先杰，史冬岩，邓波，等. 基于TRIZ 理论的攀爬机
器人创新设计[J]. 应用科技，2011，38（3）：61-64. Shi Xianjie Shi Dongyan, attraction, and etc. Climbing robot innovation design based on TRIZ theory [J]. Journal of applied science and technology, 2011, 20 (3) : 61-64.
[9] Noohi E, Mahdavi S S, Baghani A. Wheel-based climbing
robot: modeling and control [J]. Advanced Robotics 310 24 (2010): 1313-1343.
[10] 陈丽，王越超，李斌. 蛇形机器人研究现状与进展. 机
器人，2002，24（6）：559-563.
Chen, yue-chao wang, li bin. Snake robot research status and progress. Robot, 2002, 24 (6) : 559-563.
[11] Ahmadabadi M N, Moradi H, Sadeghi A. The evolution
of UT pole climbing robots [A]. 1st International
315 Conference on Applied Robotics for the Power Industry[C], Montreal: CARPI, 2010. 1-6.
[12] Sadeghi A, Moradi H, Ahmadabadi M N. Analysis,
simulation, and implementation of a human-inspired pole climbing robot [J]. Robotica, 2012, 30(2): 279-287.
[13] 刘桂珍. 爬树机器人机构设计及运动分析[D]. 哈尔滨：
哈尔滨工程大学硕士学位论文，2015.
Gui-zhen liu. Tree climbing robot mechanism design and motion analysis [D]. Harbin: Harbin engineering university master's degree thesis, 2015.
[14] 王晓光，陈明森，赵锋，等. 蠕行式仿生变直径杆爬行
机器人的设计[J]. 机械制造，2008，46（532）：
Wang xiaoguang, ming-sen Chen, zhao feng, wait. Crawl type bionic variable diameter pole climbing robot design [J]. Journal of mechanical manufacturing, 2008 46-48 (532) : [15] 史冬岩，石先杰，邓波. 一种智能翻转式攀爬机器人[P].
中国[1**********]8.2，2009.
Shi Dongyan Shi Xianjie, attraction. An intelligent tilting climbing robot [P]. [1**********]8.2 in China, 2009. [16] 刘少刚，郭云龙，鱼展. 夹紧式伸缩翻转一体化攀爬机
器人[P]. 中国[1**********]0.4，2012.
Liu Shaogang, yun-long guo, fish show. Clampon telescopic flip integrated climbing robot [P]. [1**********]0.4 in China, 2012.
[17] 王吉岱，卢坤媛，徐淑芬. 四足步行机器人研究现状及
展望[J]. 制造业自动化，2009，31（2）：4-6.
Shu-feng shi ji-dai wang, Lu Kunyuan. Quadruped walking robot research status and prospects of [J]. Journal of manufacturing automation, 2009, 31 (2) : 4 to 6.
[18] 陶敏，陈新，孙振平. 移动机器人定位技术[J]. 火力与
指挥控制，2010，35（7）：1243-1246.
TaoMin, Chen xin, zhen-ping sun. Mobile robot localization technology [J]. Journal of fire and command
control, 2010, 35 (7) : 1243-1246.
[19] 张佳帆，杨灿军. 蠕动式机器蛇的研究与开发[J]. 机械
工程学报，2010，41（5）：205-209.
Zhang Jiafan can-jun Yang. Snake crawling machine research and development [J]. Journal of mechanical engineering, 2010, 9 (5) : 205-209.
[20] 李红卫，赵世平，陆小龙. 攀爬电力铁塔机器人的爬行
方案设计[J]. 制造业自动化，2010，32（11）：100-104. Li Gongwei, shi-ping zhao, xiao-long lu. Climb the tower of the robot crawling design [J]. Journal of manufacturing automation, 2010, 32 (11) : 100-104.
[21] 郭戈，胡征峰，董江辉. 移动机器人导航与定位技术
[J]. 微计算机信息，2013，8（19）：10-12.
Guo Ge Hu Zhengfeng, jiang-hui dong. Mobile robot navigation and positioning technology [J]. Microcomputer information, 2013, 8 (19) : 10-12.
[22] 王志文，郭戈. 移动机器人导航技术现状与展望[J]. 机
器人，2003，25（5）：470-474.
Zhi-wen wang, Guo Ge. Mobile robot navigation technology present situation and prospect [J]. Robot, 2003, 25 (5) : 470-474.
[23] 陶敏，陈新，孙振平. 移动机器人定位技术[J]. 火力与
指挥控制，2010，35（7）：1243-1246.
TaoMin, Chen xin, zhen-ping sun. Mobile robot localization technology [J]. Journal of fire and command control, 2010, 35 (7) : 1243-1246.
作者简介：张子健，男，1994年出生，本科生。 E-mail