玻璃清潔機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(含全套說明書和CAD圖紙)

1、玻璃清潔機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)題目：玻璃清潔機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要高樓玻璃幕墻清洗機(jī)器人是特種機(jī)器人的一個(gè)分支。它是基于壁面移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)，并針對(duì)具體的作業(yè)對(duì)象，具有明確功能的實(shí)用機(jī)器人，其工作在垂直危險(xiǎn)的玻璃壁面，能夠克服重力的作用，攜帶清洗設(shè)備，是面向現(xiàn)代高層建筑玻璃外墻表面保潔、清洗服務(wù)的極限作業(yè)機(jī)器人。論文首先對(duì)機(jī)器人總體方案進(jìn)行介紹，提出了分層次規(guī)劃的體系結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，并應(yīng)用有關(guān)計(jì)算理論和計(jì)算軟件進(jìn)行了主要參數(shù)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，討論了機(jī)器人的作業(yè)路徑，運(yùn)動(dòng)控制規(guī)劃及吸附機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，最后，應(yīng)用Pro/ENG三維軟件針對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)器人建立了三維實(shí)體

2、模型。關(guān)鍵詞:玻璃幕墻清洗，機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)分析ABSTRACTGlass-wallcleaningrobotisoneofrobotforlimitedoperation5whichcanwalkonVerticalglass-wallwithwashingdevicesjtisarobotwithspecificappliedfunctions,Basedonwall-climbingrobottechniques.forspecificobjects.AnditworksonverticalGlass-wall,whereisdangerousforhumanbeingsjtisarobot

3、couldconquerthegravityeffectandcarrycleaningequipments,facingtoglass-wallsurfacebeautifyingserviceofmodernhigh-risebuildings.Firstly,thewholeframeoftheglasswallcleaningrobotisintroduced,andtheLevel-basedplanningisdiscussedalso.Basedonthis,thedesigningandanalyzingOfthestructureoftherobotaredescribedi

4、ndetails,themainparametersdesigningandstructuredesigningofthekeypartsarealsoprocessedbyusingsomeofcorrelativecalculatingtheoriesandsoft.Then,mission-orientedandlocalmotionplanningarediscussed.Atlast,three-dimensionamodeloftherobotareestablishedbyMeansofPro/ENGINEER5soft.Keywords:Glass-wallcleaningro

5、botvacuumadsorptionsystem目錄摘要1ABSTRACT1刖后32機(jī)器人總體方案規(guī)劃42.1 機(jī)器人設(shè)計(jì)思想42.2 外形尺寸選擇53吸附機(jī)構(gòu)63.1 吸附方式6311吸附方式選擇63.1.2 吸盤結(jié)構(gòu)簡圖73.1.3 機(jī)器人控制原理圖73.2 吸附力分析83.2.2 材料選擇83.2.3 吸附力計(jì)算93.2.4 系統(tǒng)抗傾覆計(jì)算93.3 其他機(jī)構(gòu)的選擇10331射流器選擇10332水泵和水管的選擇11333密封機(jī)構(gòu)114總結(jié)1314考文獻(xiàn)1215致謝1 RIU言在現(xiàn)代都市中，高層建筑越來越多，各種各樣的摩天大樓成為現(xiàn)代都市中一道亮麗的風(fēng)景。在建筑業(yè)，由于玻璃的采光性好，保溫

6、防潮性能好，彩色玻璃實(shí)用美觀，高層建筑的外壁越來越多地采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，但是為了保證建筑外觀的整潔美麗，時(shí)間一長，就需要對(duì)壁面進(jìn)行清洗，以美化市容市貌。許多開放性城市都規(guī)定，每年應(yīng)對(duì)高樓清洗若干次。目前高層建筑玻璃幕墻的清洗方法主要有兩種，一種是靠升降平臺(tái)或吊籃承載清潔工進(jìn)行玻璃幕墻的清洗，雖簡便易行，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率又低，屬于高空極限作業(yè)對(duì)人身安全及玻璃壁面都有很大的威脅性。另一種是用安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)將擦窗機(jī)對(duì)準(zhǔn)窗戶進(jìn)行自動(dòng)擦洗。這種方式初次投資成本較高（高達(dá)數(shù)百萬元），而且要求在建筑物設(shè)計(jì)之初就要考慮擦窗系統(tǒng)，因而限制了其使用，因此急需一種能代替人而又有一定靈活性和適用性的

7、自動(dòng)機(jī)器來完成這項(xiàng)工作，而且玻璃幕墻一般面積較大，大多處于幾十米甚至上百米的高處，且周圍無可攀援的支架，這就使得玻璃幕墻的清洗成為一項(xiàng)繁重、危險(xiǎn)、耗資的工作。如果用人去清洗，不僅花費(fèi)高，而且安全難以保證。特別是目前一些國家和地區(qū)已經(jīng)通過立法對(duì)包括擦窗作業(yè)在內(nèi)的人工高空攀爬進(jìn)行了限制，人們不得不尋找其它解決辦法。高層建筑清洗機(jī)器人正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。它的出現(xiàn)將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動(dòng)清洗業(yè)的發(fā)展，帶來相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。因此，國內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)都在積極開展此項(xiàng)研究工作。2機(jī)器人總體方案規(guī)劃1.1 機(jī)器人設(shè)計(jì)思想機(jī)器人是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)

8、與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合性高科技產(chǎn)物，它是一種仿人操作、高速運(yùn)行、重復(fù)操作和精度高的自動(dòng)化設(shè)備。所以該氣動(dòng)清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、傳感器系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分。由于我們所開發(fā)的清洗機(jī)器人工作場(chǎng)所的特殊性，本課題在機(jī)器人結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)思想是：在保證機(jī)器人功能的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、運(yùn)行穩(wěn)定。因?yàn)榕辣跈C(jī)器人在行進(jìn)過程中需要克服自身重力，所以較輕的機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)是一個(gè)需要著重考慮的設(shè)計(jì)因素。增加機(jī)器結(jié)構(gòu)的靈活性，導(dǎo)致的結(jié)果是機(jī)械結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，需要使用到的機(jī)械元器件增多，重量必然增加，同時(shí)控制的復(fù)雜性也增加

9、。高樓幕墻清洗機(jī)器人是一種爬壁機(jī)器人，因此，它必須具備兩大功能：負(fù)壁和移動(dòng)功能。在本機(jī)器人系統(tǒng)中，考慮到機(jī)器人要有清洗功能，我們就到了水作為清潔劑來清洗，在提供水的過程中，我們又把它當(dāng)做動(dòng)力源，可以說只要有水就能讓它工作。因此我們主要考慮到了用水射流式清洗機(jī)器人。水射流式清洗機(jī)器人，巧妙地把供水，供能，抽氣整合為一體。利用清潔水流經(jīng)射流發(fā)射器時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓來控制吸盤，機(jī)器人可以抽真空吸附在玻璃上。這樣就不像現(xiàn)已有的機(jī)器人那樣，需要帶上一個(gè)大大的氣泵。再利用水流經(jīng)射流發(fā)射器產(chǎn)生的被壓來推動(dòng)活塞桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬行驅(qū)動(dòng)。為此，我們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上采用了2個(gè)帶活塞桿吸盤互相運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的一直往前爬行運(yùn)動(dòng)

10、，而避免只有一個(gè)活塞吸盤能實(shí)現(xiàn)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在再整體結(jié)構(gòu)上帶上2個(gè)拖把，隨著機(jī)器人的移動(dòng)而移動(dòng)來擦洗玻璃。結(jié)構(gòu)如圖1這種結(jié)構(gòu)的該機(jī)器人，總體來說，具有如下特點(diǎn)：1,模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)外形由同一種高分子有計(jì)劃和工程材料組成，便于連接和控制。2,結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，同一動(dòng)力實(shí)現(xiàn)吸附和爬行運(yùn)動(dòng)兩種功能，減少動(dòng)力來源。便于協(xié)調(diào)控制。圖1外形圖1.2 外形尺寸選擇因吸盤帶有活塞桿，我們把吸盤設(shè)計(jì)成長方體，為減輕整體重量，盡量把它設(shè)計(jì)簡單，輕巧，受力面積相對(duì)厚度盡量大，使負(fù)壓大，重量輕，保證機(jī)器人牢牢吸附在玻璃上。則所選尺寸如下：長L=150mm，寬B=100mm；厚H=40mm,壁厚h=10mm；設(shè)計(jì)行程

11、為s=50mm其它尺寸選擇：活塞厚d=30mm,桿截面取矩形，長l=30mm，寬b=15mm兩個(gè)拖把直接連接在吸盤的外壁上，體積與整體結(jié)構(gòu)相配合，重量輕3吸附機(jī)構(gòu)3.1 吸附方式3.1.1 吸附方式選擇爬壁機(jī)器人最主要的一個(gè)特點(diǎn)是機(jī)器人可以克服重力作用，在一點(diǎn)傾斜度，垂直或倒立的壁面上具有靜止及移動(dòng)的能力。目前爬壁機(jī)器人吸附方式主要包裹磁吸附，負(fù)壓吸附，螺旋槳推壓等，今年來又出來現(xiàn)了膠吸附，仿壁虎足的干吸附，仿蝸牛的濕吸附，類攀巖抓持吸附，該類吸附方式只適合在導(dǎo)磁面上吸附；低真空度負(fù)壓吸附采用風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)將負(fù)壓腔內(nèi)的空氣抽出產(chǎn)生負(fù)壓來吸附，具有一定的壁面適應(yīng)能力，但存在噪音大，體積大的缺點(diǎn)；高真空

12、度負(fù)壓吸附方式則由真空泵在真空吸盤內(nèi)產(chǎn)生一定得真空度，其具有噪音小，易于小型化集成的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)壁面的光潔度及透氣性有較高的要求；螺旋槳推壓靠合理布置螺旋槳的角度，利用螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力將機(jī)器人貼附在壁面上，但也存在噪音大的缺點(diǎn)。由于負(fù)壓吸附具有適用面廣，不受壁面材料限制，而且低負(fù)壓真空吸附的爬壁機(jī)器人具有壁面適應(yīng)能力強(qiáng)和運(yùn)動(dòng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此目前負(fù)壓吸附在爬壁機(jī)器人中得到廣泛的應(yīng)用。真空泵式要帶一個(gè)大大的氣泵，且設(shè)計(jì)要求需要清潔水擦玻璃，固采用水射流式抽氣吸附。這種方案前面已經(jīng)提到，它的工作形式主要是用水泵把水抽到吸盤里后，經(jīng)射流器力射流泵提供的動(dòng)力，再把水經(jīng)噴頭往外噴，把里面的空氣帶走，噴

13、完后，吸盤內(nèi)外形成負(fù)壓，把吸盤吸住。水主要是往兩側(cè)噴，避免水噴在中間的路徑上影響機(jī)器人的吸附和運(yùn)動(dòng)，而且，機(jī)器人的拖把也固定在兩側(cè)，噴完水后，水正好配合運(yùn)動(dòng)過程中的擦洗功能3.1.2 吸盤結(jié)構(gòu)簡圖由于吸盤也是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)類是于液壓缸機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：它是長方形吸盤，工作時(shí)最多只有一半用來射流噴水產(chǎn)生吸附，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的吸附功能。 4 耒 品II冢L2,機(jī)器人有很好的抗顛覆能力，保證機(jī)器人不會(huì)因?yàn)榉D(zhuǎn)而掉下。3.3 其他機(jī)構(gòu)的選擇3.3.1 射流器選擇由于機(jī)器人采用水射流式吸附方式，故必須選用射流器噴水，把吸盤里的空氣帶走，產(chǎn)生負(fù)壓，使機(jī)器人緊靠在玻璃上。由于1秒的時(shí)間里要把吸盤里的水噴完

14、。它的主要部分是由帶噴頭的射流泵組成，外形有兩出水口，經(jīng)這兩出水口，使射流出的水往兩邊流，用于擦洗玻璃。1玻璃清潔機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)簡圖如圖5示:射流器結(jié)構(gòu)圖332水泵和水管的選擇設(shè)定推動(dòng)活塞桿的速度是u=5mm/s它所需流量0=0.005X0.08X0.03=0.000012m3/s=0.72升/分兩管同時(shí)進(jìn)水時(shí)流量0=2X7.2=1.44升/分今選用水泵參數(shù)如下表所示：型號(hào)最大流量最局揚(yáng)程進(jìn)出口內(nèi)徑工作電流A工作電壓V最大輸出壓力ASP55262.6L/min55米進(jìn)6出10 i 91 碌畢業(yè)設(shè)計(jì)任各書.Microsoft Rh rd 文檔31 KB齒輪AutoCAD 圖寵76 KB

15、庭軸客AutoCAD 圖戰(zhàn)裝配國AJvaaij ma lu T/n畫m鬻髀設(shè)計(jì)評(píng) 八一CT*；|曲力成毀呈報(bào)表：日 I Microsoft Excel 丁田蛔21期|曲日評(píng)審意見表UEl _2 I Microsoft Word 文中:|S|29 KB訶一答辯老師專用 I Macrcsoft Vord /1 1 期 KB”帝導(dǎo)老師評(píng)分表.U I Mi crosoft Vord 文檔A=31 KBR記力畢業(yè)設(shè)計(jì)貴料鱷面 iqUI Microsoft IforJ 丈世江函衣業(yè)大孚竽業(yè)設(shè) 計(jì)申諳書Miicr於ftft tcrl 立木+4總結(jié)目前高樓玻璃幕墻清洗機(jī)器人在我國應(yīng)用還基本上沒有展開，而國外已

16、經(jīng)開始投入具體實(shí)際應(yīng)用。我國在這方面的研究大多只是應(yīng)用在試驗(yàn)室階段，并沒有具體作為產(chǎn)品推廣。如我們平時(shí)所看到的新聞也只是介紹有一款機(jī)器人可以用來擦玻璃，但它還是處于試驗(yàn)運(yùn)行階段，并沒廣泛推廣，而國內(nèi)目前絕大多數(shù)高層建筑仍采用吊籃+人工完成清洗工作，。因此，國內(nèi)清洗機(jī)器人有十分廣闊的應(yīng)用前景，盡快研制出一種能真正投入實(shí)際應(yīng)用的清洗機(jī)器人就顯得十分必要。本文針對(duì)國內(nèi)高樓玻璃幕墻的清洗現(xiàn)狀，結(jié)合高樓玻璃幕墻清洗作業(yè)的具體工作環(huán)1境，開發(fā)設(shè)計(jì)出了一種專用于高樓玻璃幕墻清洗的水射流式清洗機(jī)器人，該清洗機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)新穎、安全可靠、重量輕、效率高的特點(diǎn)。本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作并得出了結(jié)論：1,設(shè)

17、計(jì)出了一個(gè)完整的水射流式清洗機(jī)器人系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、真空吸附系統(tǒng)設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分，并對(duì)系統(tǒng)的一個(gè)步距的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，全面了解了這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能。2,與傳統(tǒng)的機(jī)器人體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要配備一個(gè)大大的氣泵相比，本機(jī)器人充分運(yùn)用水的功能，既作為清潔劑，又是動(dòng)力源。3 ，對(duì)系統(tǒng)中的主要元器件進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)及選型，并詳細(xì)介紹了其主要性能參數(shù)。4 ，對(duì)機(jī)器人作業(yè)中的具體行走路徑進(jìn)行了規(guī)劃，并對(duì)整個(gè)機(jī)器人的吸附和運(yùn)動(dòng)的液壓控制原理進(jìn)行了分析和研究，來保證機(jī)器人的正常工作。參考文獻(xiàn)1王園宇，武利生，李元宗壁面清洗機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)淺析引進(jìn)與咨詢.2002.42陳沛富.玻璃幕墻清洗機(jī)

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