A High-Payload Wall-Climbing Robot Using Passive Bistable Suction Cups

📄 arXiv: 2609.21584v1 📥 PDF

作者: Andrew Nguyen, Mingyuan Li, Daniel Bruder

分类: cs.RO

发布日期: 2026-09-18

备注: 2026 IEEE International Conference on Robotics & Automation (ICRA)

💡 一句话要点

提出一种高载重的被动双稳态吸附机器人以解决墙面攀爬问题

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 墙面攀爬 被动吸附 双稳态吸盘 机器人技术 自动化应用 载重能力 运动控制

📋 核心要点

  1. 现有的墙面攀爬机器人多依赖主动粘附方法，虽然载重能力强，但需持续供电，限制了其应用场景。
  2. 本研究提出了一种利用被动双稳态吸盘的墙面攀爬机器人，能够在不需要电力的情况下实现高效粘附和运动。
  3. 实验结果表明，该机器人在多种表面上均能实现垂直攀爬，并具备高达2.25的载重比，显示出显著的性能提升。

📝 摘要（中文）

墙面攀爬机器人能够在垂直表面上移动，有助于自动化危险或劳动密集型任务，如窗户清洗、检查、维护和建筑。现有的主动粘附方法虽然具有更高的载重能力，但需要电力维持其抓握。被动粘附设备如吸盘是一个有吸引力的选择，因为它们不需要电力维持抓握，但其载重能力有限。本研究提出了一种新型高载重墙面攀爬机器人，利用被动双稳态吸盘在不需要推入墙面的情况下产生粘附。该机器人采用基于轨道的系统，自动启用和释放双稳态吸盘，实现光滑表面的运动。该机器人能够在玻璃、木材、金属和涂漆表面上实现垂直攀爬，具备侧向和倒立攀爬能力，并能够拖动7.940千克的载重（载重与自重比为2.25）。

🔬 方法详解

问题定义：本论文旨在解决现有墙面攀爬机器人在高载重能力与电力消耗之间的矛盾。现有方法依赖主动粘附，导致能耗高且使用受限。

核心思路：论文提出了一种新型的被动双稳态吸盘，能够在不需要电力的情况下实现有效的粘附，进而提升机器人在垂直表面上的运动能力。

技术框架：该机器人采用轨道系统，能够自动启用和释放双稳态吸盘。整体架构包括吸附机制、运动控制和载重管理三个主要模块。

关键创新：最重要的技术创新在于采用被动双稳态吸盘，这种设计使得机器人在不需要持续电力的情况下，依然能够实现高效的粘附和运动，区别于传统的主动粘附方法。

关键设计：在设计中，吸盘的形状和材料选择至关重要，以确保其在不同表面上的有效粘附。此外，机器人运动控制系统的算法优化也显著提升了其运动效率和稳定性。

🖼️ 关键图片

fig_0
fig_1
fig_2

📊 实验亮点

实验结果显示，该机器人在多种表面上均能实现垂直攀爬，且能够拖动高达7.940千克的载重，载重与自重比达到2.25，显著优于现有的墙面攀爬机器人，展示了其在实际应用中的潜力。

🎯 应用场景

该研究的墙面攀爬机器人具有广泛的应用潜力，特别是在危险环境下的自动化任务，如建筑物外墙的清洗、维护和检查等。未来，该技术还可扩展到其他领域，如救援任务和工业检测，提升工作效率和安全性。

📄 摘要（原文）

Wall-climbing robots capable of scaling vertical surfaces could help automate hazardous or labor intensive tasks such as window washing, inspection, maintenance, and construction. Active adhesion methods achieve higher payload capacities, but require power to maintain their grip. Passive adhesion devices such as suction cups are an attractive option for such robots because they do not require power to maintain their grip, but they are limited by their payload capacity. This work presents a novel high-payload wall-climbing robot that utilizes passive bistable suction cups to generate adhesion without needing to be pushed into the wall. The robot features a track-based system that automatically engages and disengages bistable suction cups to achieve locomotion on smooth surfaces. The robot is able to achieve vertical wall climbing on glass, wood, metal, and painted surfaces, sideways and upside-down climbing, and is able to tow a payload of 7.940 kg (with a payload-to-weight ratio of 2.25).