近年来，随着经济全球化的快速发展，国际海事纠纷仍然存在，船舶数量增加。但是，经过长时间的驾驶和靠泊后，船体表面将覆盖有海洋生物，如藤壶和藻类。
一些研究表明，当一艘带有海洋生物的船航行时，其速度将下降10％以上，其油耗将增加40％，从而造成严重的经济损失并降低安全性。
因此，各国和研究机构将继续跟进并创新，以替换不断更新和迭代的手动爬船机器人。
已经开发出各种类型的攀船机器人，例如不同的吸附方法，不同的移动方法和不同的驱动方法。
主要用于大型商船和军舰等，通过其吸附机理，吸附在船体表面，并由驱动机构驱动，船体表面被移动机构清洗，抛光和信任。
爬壁机器人可以大致分为三类：
吸附方式
仿生脚模式
驾驶模式
它们各自的特征如下：
吸附方式分为磁吸附（包括永磁吸附和电磁吸附），负压吸附（包括真空吸附等），仿生脚吸附（包括爬山吸附，干附着，振动吸附），推力吸附（包括转子吸附）。吸附）等。
磁性吸附具有大的吸附力，但是壁表面需要由磁性材料制成，并且能量消耗高。负压吸附具有广泛的应用范围。但是，为了确保密封性能，壁的光滑度非常高。
仿生脚吸附方法是相对较新的。吸附法具有广阔的应用前景，但在实际应用中仍存在差距。推力吸附不需要高的壁表面，但是成本高。
有履带式，车轮式和脚式可移动。履带式移动机构具有较大的地面面积和很强的承载能力，但是其尺寸和质量较大，并且难以控制转向。
轮式移动机构运动很快，但是其对壁表面积的平坦度的要求要比履带式的高。
脚踏式机器移动机构最突出的优点是，它可以适应更复杂的墙面条件，但它的缺点是最难控制。
驱动方式分为电动，液压，气动等。
电驱动器不需要能量转换，而是直接向机器人机构提供电能，从而节省了空间，提高了效率，加快了速度，并具有广泛的应用范围。但是，由此产生的吸附力是有限的。如果要获得大的吸附力，则必须增加成本。
液压驱动器通过液压泵将机械能转换为液体的压力能，并通过液压致动器将液体的压力能转换为机械能，然后驱动机器人的各种机构。
因此，它可以提供更大的推力并使吸附机构具有更大的吸附力，但是由于温度降低，液压驱动机构中的油的粘度会变稠，从而降低了工作效率。
由于需要防漏油，因此需要相应的防漏装置，这将增加机器人的尺寸并提高工作效率。
打折的是，液压驱动器很少用在爬壁机器人中。气动驱动器类似于液压驱动器。工作介质变为气体。
气源方便，使用后可直接排出。它是无污染的。空气粘度小。变速箱中的气体摩擦很小。因此，可以使用集中供气和长途运输。工作稳定性差和排气噪音。
国内外研究现状
从吸附方法的角度来看，海上爬壁机器人的发展源于日本的负压吸附。
后来，推力吸附，磁性吸附和仿生脚吸附相继出现。磁吸附虽然晚于负压吸附，但其吸附力强，控制相对简单，是目前使用最广泛的方法，其中永磁吸附方法使用最广泛。
负压吸附式爬壁机器人
世界上第一个壁式机器人原型采用负压吸附。它是由日本大阪府大学的讲师Xiliang于1966年开发的。
管道风扇将吸盘中的空气吸入，达到负压吸附的目的。分别在1975年，1982年和1982年，开发了轮式和步行式负压墙机器人。
随着负压技术的发展，重庆大学FESTO实验室于2018年开发了FFROBOT-III，与之前的FFROBOT-I和FFROBOT-II相比，采用真空多吸力。
其移动平台从H型并联机构变为十字型机构，其水平和垂直方向由各自的电机驱动。
独立控制互不影响，电机不存在同步问题
同时，十字形的移动平台改善了移动空间。当步进距离略微增加时，框架尺寸会大大减小，从而有效地降低了框架的自尊性。
支腿采用对称的平行结构，气动筋放置在两条平行支腿之间，以使气动肌腱的收缩平面与四边形支腿抬高平面位于同一平面上，以避免抬高支腿时产生侧向扭矩；以及大大增强了腿部的刚度和刚度。强度。
由于采用脚式运动方式，机器人具有良好的越障能力，但吸盘对墙壁的适应性较差。在壁面不平坦的情况下，吸盘很难完全关闭，这会削弱吸附力，并导致机器人脱离壁的危险。
FFROBOT-III机器人
推力吸附式爬壁机器人
推力吸附是正压吸附。通常，机器人主体的壁上有两个高速螺旋桨，一个用于产生向上的推力，另一个用于沿垂直壁的方向产生推力，以使其靠近壁并具有克服障碍的能力。
对墙壁的坚固，低要求，但由于外部风的影响，它为攀岩机器人占用了很大的空间，从而限制了工作形式
1995年，日本大阪府立大学的讲师习亮率先研究了这种推力吸收式墙机器人。之后，2013年，韩国首尔大学开发了ROPE RIDE。
采用履带移动方式，在20kg的载荷下，爬升速度可达到15m / min。国内对推力吸附式爬壁机器人的研究相对较晚，但近年来发展迅速。
北京石油化工学院的杨美强于2015年开发了一种水下推力吸附式爬壁机器人原型，主要用于水下结构。执行观察和测试。
履带式永磁吸附爬壁机器人
与电磁吸附相比，永磁体吸附的控制更为简单。早期，研究机构通常采用永磁吸附。
随着不断发展，电磁吸附的研究逐渐开始
加拿大的电磁履带车开发了一种履带式磁吸附壁机器人。永磁体嵌在机器人两侧的履带上，这是磁性吸附墙机器人最强的吸附方法。
它可以安全地吸附在墙壁上，以便在30 m的水下环境中移动
履带运动具有很强的吸附能力，但柔韧性差且转向困难。如今，履带式永磁吸附式爬壁机器人可以携带各种部件进行操作。
2018年，法国南特中央科学实验室的Olivier Kermorgant开发了一种电磁攀爬机器人，用于造船业中用于焊接任务的自主焊接，其机器人的控制算法是沿直线进行焊接的控制算法，是机器人的主要传感器是一种二维激光扫描仪，可在船体表面上提供信息，并用于执行多项任务。
它可以携带100公斤的有效载荷（包括其自重）。
可调磁力攀爬机器人
上述攀爬机器人的永磁体本身无法调节磁力。根据永磁体的性质，如果改变永磁体与壁表面之间的距离，则可以改变磁力，从而实现技术进步。
江苏科技大学的Chen Jin 2019年研究了一种永磁可调吸附多轨全向移动式爬壁机器人。
机器人通过自己的陀螺仪监视铁磁壁上的倾角，并将倾角信号传输到控制系统，以控制滚珠丝杠使Halbach方阵永磁吸附单元膨胀和收缩，以增加或减少永磁体和实时发货。
外壁表面的吸附距离以获得合适的吸附力。这样就实现了永磁力的调节，这是永磁吸附实现可变磁力调节的重大技术突破。
轮式永磁吸附式爬壁机器人
履带式爬壁机器人主要存在转向性能差和动作不灵活等问题。
除履带式机器人外，还有轮式攀岩机器人。轮式带来的最大优势是运动灵活，行进速度提高，而轮式永磁吸附式爬壁机器人可分为两种：
一种是直接使用磁轮，将永磁体直接安装在磁轮的表面，磁轮既作为运动机构，又作为吸附机构。
除锈机器人
清华大学史河科技、中国洛阳圣瑞智能公司主要研发磁吸附爬壁机器人及其除锈机器人，该除壁机器人主要用于大型船舶表面除锈。
与以前的高压水流除锈相比，它增加了抛丸或喷砂机以去除锈。考虑到磁力轮的磁吸引力较小，因此采用了绳索悬架。
提升方式可以平衡重力，防止其滑落和脱离，确保操作安全。
洛阳圣瑞智能公司除锈机器人
第二个是轮子没有吸附力。它们仅用作移动机制。吸附机制仍然使用永磁体。
永磁体安装在两个车轮之间的车身底部，与墙壁间隔一定距离。
这种机器人的动作非常灵活，但其抗倾覆能力却很弱
由地中海岛屿国家塞浦路斯的COMBIJET开发的RJE-1000船舶清洁机器人，该机器人的总重量仅为54千克，运行速度为5–20m / min。采用永磁间隙吸附法。
永磁体放置在一对驱动轮的中间，传动带用于传动。铁屑粘在永磁体上的问题，但也容易导致永磁体间隙过大，从而大大降低了吸附机理的可靠性。
在中国，中国船舶工业集团公司（CSIC）716成功完成了武昌造船公司的自动化激光除锈和除漆试验，为国产船舶涂装机器人系统提供了成熟的产品，为船舶智能制造的发展提供了保证。
壁挂机器人716
该吸附方法采用永磁间隙吸附，这对于永磁轨道吸附方法而言相对简单。
这种吸附方法使整个机器人结构更简单，并大大减轻了车身重量
MW-SR-01摆臂除锈机器人
此外，2018年由浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所的朱世强教授团队研发的除锈机器人，北京世和科技开发的MW-SR-01摆臂除锈机器人Co Ltd在2017年。
电磁吸附式爬壁机器人
永磁吸附的磁力本身无法调节，因此爬壁机器人的吸附力是单一的，工作形式是单一的，在平整墙壁和越过障碍物时吸附力是相同的，无法根据需要合理分配兵力。
引入了电磁吸附，该技术最初应用于脚踏式爬壁机器人。随着电磁技术的成熟，它逐渐应用于履带式爬壁机器人，突破了永磁主导的磁吸附爬壁机器人技术领域。
基于电磁吸附精确控制的海上爬壁机器人
如图所示，在中国，海军工程大学于2019年研发出了首款基于电磁吸附精确控制的家用海上爬壁机器人。
将电磁体安装在身体两侧的履带上，分别控制每个吸附单元，然后由主控制器控制每个吸附单元以精确控制磁力的大小，使其适用于各种工作方法。
当越过障碍物时，它可以提供比平壁更大的吸附力，从而大大提高了操作的安全性
但是，由于需要分别控制每个吸附单元，因此也增加了控制的难度。南京林业大学机电工程学院的洪晓伟和陈勇还于2020年开发了一种新型的电磁吸附式爬壁机器人，如下图所示，可用于大型钢结构壁的检查作业。
新型电磁吸附式爬壁机器人
通过电磁吸附单元的循环功率，可以实现机器人移动性与吸附的统一。总重量为6.7千克，最大移动速度可达到5厘米/秒。
它可以携带3公斤的有效载荷。
仿生脚踏机器人
这种类型的爬壁机器人具有较小的负载能力，并且通常很少用于船舶表面除锈和其他操作。
它主要用于检查操作
近年来，它蓬勃发展，并已被许多研究机构研究。随着3D打印技术的发展，2017年。
仿生爬壁机器人
韩国蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的研究人员使用3D打印技术开发了仿壁虎机器人UNIclimb，如图所示，身体由四条腿相连。
腿的尾巴是四个带有粘性垫的鞋底。伺服电机安装在身体和腿之间以及腿和鞋底之间。
机器人由这些电机驱动，并经过三角步态。在负表面上实现了稳定的粘附运动，并且以1 mm / s的运动速度使用的3D打印技术具有优缺点。
积极的一面是，被表面覆盖的SiO 2 -F纳米颗粒具有防水性能。
缺点是结构强度低，承载能力不强，对工作环境的要求较高。
转向干胶联动爬墙机器人
此外，韩国岭南大学和汉阳大学联合开发了一种可操纵的干胶联动爬墙机器人，将干式粘合方法与扁平弹性体相结合，并采用了一个连接主动内框架和被动内框架的平行四杆机构。框架设计。
平行四杆机构旋转以实现步行运动，该运动可以在垂直平面上执行。
移动运营商的移动速度为13.3 m / s，与UNIclimb相比有很大提高，但是其行走和转向运动存在耦合问题。
船用爬壁机器人的技术难点
从以上讨论可以看出，随着科学技术的发展，爬壁机器人的研究取得了长足的进步，但现有技术的局限性使其实际应用范围不广。
在以下三个方面仍有待突破的技术难题。
1，吸附方式
海上攀岩机器人通常在垂直地面或与地面成一定角度的墙壁表面上工作。这就要求吸附机构提供足够的吸附力，以便攀壁机器人可以安全地吸附在墙上，并且还可以正常执行操作。
以上讨论表明，目前的吸附方法各有优缺点，没有一个能够满足工程中广泛应用的要求。
磁吸附要求壁表面具有磁性，负压吸附要求壁表面不能具有较大的凸起或凹槽。
尽量不要泄漏空气，仿生脚吸附剂可以提供的吸附力很小，不能携带重型设备，承载能力有限，并且不能完成除锈等大规模操作。
2.如何移动
当海上爬壁机器人在墙上工作时，其运动方式在一定程度上决定了操作效率，船体壁通常具有凹凸不平等。
哪些不光滑，这要求船上攀岩机器人必须具备一定的障碍能力
在这三种运动方式中，脚式攀爬能力最强。当遇到障碍物时，脚踏式机器人将控制其每条腿分别越过障碍物，然后整体越过障碍物。
但这是以牺牲移动速度为代价的。与脚式相比，履带式和轮式机器人运动更快，但越障能力较差。
这引起运动速度和障碍物越过能力不一致的问题，即运动模式与吸附模式之间的耦合问题。
3.驱动方式
目前，在实际项目中，大多使用电驱动器。为了确保攀岩机器人能够稳定运行，通常通过有线方式为其供电，再加上操作机构所需的输送管，这也是重量的相当大的一部分，并且有线不方便。
机器人的操作容易引起纠缠等，甚至可能导致机器人掉落等危险。
当然，也有无线电源。机器人本身可以配备电池，包括镍氢电池，锂电池，燃料电池等，或者微型内燃机，但这会增加机器人本身的重量，并对吸附能力有更高的要求。
对于船舶而言，壁面积很大，并且爬壁机器人本身所承载的电源可能功能不足。
船用爬壁机器人的未来发展趋势
首先，吸附技术是海上爬壁机器人的关键技术问题，它决定了其运行的可靠性和稳定性。
经过上诉和讨论，许多吸附技术在工程应用过程中仍然存在缺陷。国内外研究机构对此进行了大量的投入。
尽管该技术问题尚未完全解决，但是已经取得了许多科学研究成果。随着聚合物材料的不断发展，将开发类似于壁虎脚趾的材料。
通过物理改进和精确处理，未来的仿生脚踏机器人将具有更大的负载能力。随着新材料的发现，以及仿生技术和控制技术的发展，吸附技术的关键问题也将得到解决。
其次，在有线能源供应方面，未来无线能源供应将得到大力发展。随着国内对新能源技术的重视，未来的电池能量密度将提高，电池体积将变小，电池寿命将变长，从而使机器人本身变得更轻，更宽。
机器人运行的空间和工作区域更宽，并且推动了有线供电的海上攀岩机器人向无线工作计划发展。
小型化，轻便，无线电源和无线控制将是未来的发展方向。
结论
作为代替人工作业的船用攀岩机器人，没有大力推广其实际工程应用，并且其作业内容受到限制，主要是清洗，喷涂，测试和除锈。
将解决运动模式与吸附模式之间的耦合问题。
随着传感技术和人工智能的发展，它将为爬壁机器人带来独立的决策能力。控制简单方便，智能化，工作稳定。
壁式机器人广泛用于实际工程中，以促进壁式机器人产业的发展。
