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南方农机2025，56（8）：102-105农业机械与装备AgriculturalMachineryandEquipment

一种小型爬壁除锈机器人设计*

孙贵斌，李开行，法志泽，李坤淑，齐子涵

（莱芜职业技术学院，山东济南271100）

摘要：【目的】钢结构建筑的型材规格各异、结构复杂，依靠人工对已建的钢结构进行检查时检测工作强度大、工作环境危

险，需要设计一种爬壁机器人替代人工进行除锈作业。【方法】针对型钢结构的材料形状及尺寸规格，设计了一种可由人工遥

控的小型可充电的四轮差速爬壁除锈机器人。根据现有爬壁除锈机器人的特点，对比分析了机器人的行走机构、驱动机构、

吸附机构、除锈方式、控制方式和视觉装置等组成部分的优缺点，确定了各组成部分的类型及规格，并用SolidWorks软件对该

机器人进行了设计，制造了样机。同时，对机器人除锈作业状态进行受力分析，计算了四轮驱动电机、机械臂运动电机、回转

舵机、钢丝刷转动电机的转矩及功率，确定了各个电机的具体参数，分析了可充电电池的工作时间，并通过样机对锈迹进行

了实际作业。【结果】该小型爬壁除锈机器人采用永磁吸附装置爬壁、直流伺服电动机四轮驱动行走，运动总功率为6.91W，

充电一次使用时间约50min，设计满足要求。【结论】该小型爬壁除锈机器人可在真实钢铁结构上稳定地进行除锈作业，本研

究可为类似产品的开发提供参考。

关键词：机器人；机械设计；除锈效果；受力分析；功率计算

中图分类号：TP242文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2025.08.028

0引言较小、比较轻的地方进行除锈作业。为了满足这些

钢结构厂房具有施工方便、成本低、施工快、维要求，机器人的尺寸要小，且能灵活行走。为了更好

修方便的特点。随着经济发展及国内钢铁产能的提地作业，尽量采用可充电电池作为动力来源，便于控

[1]制；同时，设计带有视频装置的机器人，可实现人工

高，我国钢结构建筑工程的建设数量也在逐年增加。

这些钢结构建筑长期暴露在大气环境里，容易出现表可视化遥控作业。

面积灰、氧化、锈蚀、断裂等现象，若不及时清除积1爬壁除锈机器人结构

灰及清扫锈蚀，就会出现一系列的问题。但是这些钢爬壁除锈机器人总体方案设计必须遵循小型化、

结构建筑主要由各类型钢构建，型材规格各异、结构轻量化的原则，且该机器人需具备驱动爬行能力强、

复杂，目前基本只能依靠人工对已建的钢结构进行吸附能力强、方便控制、工作可靠、行动灵活等特点。

检查、检测。这类工作不仅工作强度大、工作环境危要实现小型化、轻量化的设计，需要根据爬壁除锈机

险，而且存在高空坠落和硅肺的危害。因此，需要设器人的组成部分来确定部件结构。爬壁除锈机器人

[2]

计一款小型爬壁除锈机器人，替代人工进行作业。主要由行走机构、吸附机构、驱动机构、除锈部件、

结合型钢结构的建筑型材、尺寸以及锈蚀的位控制系统、视觉装置等组成，用SolidWorks设计的爬

置、面积大小、程度等特点，设计一种尺寸小、操作壁除锈机器人模型基本结构如图1所示。

灵活、除锈程度轻的小型爬壁除锈机器人。目前已有

的除锈机主要适合一些比较规则的作业对象，如船舶

业的除锈与喷涂机器、大型建筑物外表面的清洗、石

化行业大型油罐的除锈、大型风电设备风塔的除锈

[3]

等，这类除锈机器人都不符合厂房车间建筑的除锈

作业要求。

1.行走机构；2.吸附机构；3.可充电电源；4.除锈部件；

本研究设计的产品要求能够在建筑物的型钢表

5.视觉装置；6.控制系统。

面攀爬，能够实现人工遥控操作，可以在一些锈迹比图1爬壁除锈机器人模型基本结构

基金项目：