大型钢结构设备,如起重机、船舶和大型储油罐等,由于长期工作在恶劣的环境中,容易出现表面锈蚀、疲劳裂纹、断裂、变形等现象。这直接影响着整个设备的安全性和可靠性。目前,设备使用期内的安全巡检任务主要依靠人工作业。这种作业方式不仅劳动强度大,而且危险性高,所以考虑用爬壁机器人代替人工进行巡检。大型钢结构设备多高达上百米且外表面结构复杂,因此需要爬壁机器人具有壁面过渡功能且由人工遥控更为稳妥。此外,设备上存在部分面积较大的外表面,在这样的壁面上,爬壁机器人采用自主移动方式就可以解放人工。因此,本文从爬壁机器人远程控制和自主移动这两方面进行了研究,具体研究如下:(1)爬壁机器人远程控制系统的设计。系统采用了以嵌入式微处理器为核心的手持终端和车载控制端的两级分布式控制,通过射频模块传输控制指令,通过Wi-Fi模块传输视频图像,该图像一方面帮助操作人员控制机器人行走,另一方面代替人眼检查设备缺陷。(2)爬壁机器人自主式移动研究。激光雷达将采集的数据传到树莓派,通过Cartographer算法对爬壁机器人的工作壁面构建地图。根据建图结果,树莓派向机器人上的底盘控制器发出通讯信号来控制机器人运动、避障。在爬壁机器人壁面过渡能力和远程控制系统的研究中,进行了一系列试验,结果表明:机器人可以完成内直角壁面间和外直角壁面间的过渡,指令传输距离在100m左右,且指令传输正确,车载控制器可稳定的接收来自手持终端的指令;视频传输距离在80m左右,延时时间在0.2s～0.44s之间,视频清晰,基本满足实际操作的需要。在爬壁机器人自主式移动方案的研究中,为了验证Cartographer算法在爬壁机器人上应用的可行性,设计实验场景进行建图,结果显示:物体间的距离越大,Cartographer算法建图准确率相对越高,其建图的相对误差在0.222%～2.833%之间。此外,对机器人的自主避障进行仿真试验,结果表明:基本可以满足爬壁机器人在大型钢结构面积较大的外表面上的自主式巡检任务。