抓地式爬墻機(jī)器人

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（2016屆）一種抓地式爬墻機(jī)器人機(jī)械部分的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)院系機(jī)械與電氣工程學(xué)院專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師完成日期2016年5月4日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）一種抓地式爬墻機(jī)器人機(jī)械部分的設(shè)計(jì)摘要爬墻機(jī)器人屬于移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，可在垂直或者角度墻壁面上自由移動(dòng)，代替人工在各種條件下完成多種作業(yè)任務(wù)，在當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。文中介紹了基于涵道推進(jìn)方式的抓地式爬墻機(jī)器人的設(shè)計(jì)，利用機(jī)器人推進(jìn)風(fēng)扇的反向推力與摩擦力及機(jī)器人自身重力的協(xié)調(diào)使機(jī)器人吸附在墻面，使其能夠適應(yīng)各種墻面，完成設(shè)計(jì)時(shí)需要其完成的工作，增大爬墻機(jī)器人的應(yīng)用效率。關(guān)鍵詞：爬墻機(jī)器人；抓

2、地式；涵道推進(jìn)；吸附；履帶式畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）DesignofagriptypewallclimbingrobotAbstractWallclimbingrobotisanimportantbranchofthemobilerobotcanmovefreelyintheverticalorangleofthewallsurface,replacetheartificialinavarietyofconditionstocompleteavarietyoftasks,inthecurrentrobotfield,moreandmoreattention.Thispaperintroducesthe

3、Culvertpropulsionmethodbasedgraspingofthetypewallclimbingrobotisdesigned,therobotpropulsionfanreversethrustandfrictionforceandrobotselfgravityofthecoordinationoftherobotadsorbedonthewall,makingitcanadapttothewall,tocompletethedesignneedtocompletethework,increasetheutilizationefficiencyofwallclimbing

4、robot.Keyword:Climbingrobot;grip;Culvertpropulsion;adsorption;crawlerII畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目錄摘要IAbstractII1、緒論11.1 研究背景11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1(1) 機(jī)器人移動(dòng)方式3(2) 驅(qū)動(dòng)裝置3(3) 能源問(wèn)題31.3 本文研究的主要內(nèi)容32 .爬墻機(jī)器人的總體方案的設(shè)計(jì)42.1 爬墻機(jī)器人基本原理42.2 機(jī)器人力學(xué)分析42.3 機(jī)器人的抗傾覆能力52.4 機(jī)器人的自豎直機(jī)制62.5 爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析73 .涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)83.1 基本結(jié)構(gòu)83.2 總體設(shè)計(jì)要求83.3 確定相關(guān)參數(shù)83.4

5、 相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算9(1)輪轂與底盤鏈接軸的相關(guān)計(jì)算9(2)滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算103.5 爬墻機(jī)器人的工作結(jié)構(gòu)104 .整體分析115 .總結(jié)12參考文獻(xiàn)：12致謝14iii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1、緒論1.1 研究背景隨著工業(yè)4.0的到來(lái)，機(jī)器人領(lǐng)域越發(fā)的活躍起來(lái)，其在各行各業(yè)中都得到了應(yīng)用和發(fā)展，其中爬墻機(jī)器人在生產(chǎn)生活中的作用也凸現(xiàn)出來(lái)。首先在建筑領(lǐng)域，隨著人類建筑物高度的不斷提升，高層建筑的各種問(wèn)題隨之出現(xiàn)，高層建筑的日常維護(hù)，以及救援成了棘手的問(wèn)題。爬墻機(jī)器人的出現(xiàn)可以代替人工從事高空噴涂墻面、壁面清洗、擦洗高層玻璃等工作。其次在石油化工領(lǐng)域，爬墻機(jī)器人還可以對(duì)各種儲(chǔ)存罐進(jìn)行視覺(jué)檢查、測(cè)厚、焊

6、縫探傷，以及對(duì)于金屬內(nèi)外壁進(jìn)項(xiàng)檢查、除銹、噴砂、噴漆防腐等。再次在消防部門中，爬墻機(jī)器人還可以用于進(jìn)行救援工作或者運(yùn)輸救援物資等工作，大大保證了消防員的安全。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀爬墻機(jī)器人在墻面上的移動(dòng)功能和吸附功能是其最基本的兩個(gè)功能。國(guó)際上，在研究開(kāi)發(fā)爬壁機(jī)器人上日本是開(kāi)始較早且技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家之一，其相繼成功設(shè)計(jì)了各種爬壁移動(dòng)機(jī)器人。如日本應(yīng)用技術(shù)研究所研制的車輪磁吸附式爬壁機(jī)器人（如圖1）圖1車輪磁吸附式爬壁機(jī)器人它可以吸附在各種大型構(gòu)造物如球形煤氣罐、油罐、船舶等的壁面，代替人進(jìn)行各種所需檢查或修理等作業(yè)。這種爬壁機(jī)器人利用磁性車輪對(duì)壁面產(chǎn)生吸附力，其主要特征是：行走穩(wěn)定速度快，最大

7、速度可達(dá)到9nymin,適用于各畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）種形狀的壁面，且不損壞壁面的油漆。國(guó)內(nèi)爬壁機(jī)器人相對(duì)與國(guó)外而言，開(kāi)展時(shí)間較晚，不過(guò)技術(shù)進(jìn)步也很快，先后出現(xiàn)了各種檢測(cè)用機(jī)器人以及玻璃外墻清洗機(jī)器人等。例如我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所,已經(jīng)成功研制出永磁鐵吸附履帶行走式爬壁機(jī)器人和單吸盤真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人。永磁鐵吸附履帶行走式爬壁機(jī)器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)（如圖2）1步進(jìn)電機(jī)2端波總速器3鏈輪4單元吸附塊5框架6鏈條圖2磁吸附式履帶爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)利用在履帶上安裝的數(shù)多個(gè)永磁體其中的幾個(gè)吸附塊，使其更好地吸附在墻壁表面上（受墻壁材料的限制），形成一定的吸附力，通過(guò)履帶（由鏈條和永磁

8、塊組成）和墻面的直接接觸，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在墻面上的吸附和移動(dòng)功能。單吸盤（如圖3）真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人利用真空泵是產(chǎn)生的負(fù)壓使負(fù)壓腔內(nèi)形成一定程度的真空度（不受墻壁材料限制，但受墻面粗糙度的限制）。使機(jī)器人可靠地吸附在壁面上并產(chǎn)生足夠的正壓力，從而使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生足夠的摩擦力以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能。電機(jī)鼻第+掄壓力調(diào)節(jié)隅密城機(jī)構(gòu)圖3單吸盤車輪式密封機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)近些年來(lái)，英、美、俄等國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)解釋了壁虎在墻壁上攀爬的因素，由于分子間的作用力一一范德華力。范德華力是指分子間距離非常小時(shí)產(chǎn)生的一種電磁力。著手于壁虎爬墻的原理的研究，可用于爬壁機(jī)器人的研制。(1)機(jī)器人移動(dòng)方式在歷來(lái)的爬壁機(jī)器人的

9、設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最為廣泛的是履帶式和輪式的移動(dòng)方式其中有著其獨(dú)特的有點(diǎn)，但也有其不足之處。足式移動(dòng)方式的出現(xiàn)可以使機(jī)器人擁有更強(qiáng)大的跨障能力，對(duì)于復(fù)雜平面有著更好地適應(yīng)能力。另外，足式移動(dòng)方式根據(jù)其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有多自由度的存在，使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)變得更加的自由。由此可見(jiàn)，足式移動(dòng)方式的機(jī)器人對(duì)于爬壁機(jī)器人方面有著很大的發(fā)展空間。(2)驅(qū)動(dòng)裝置傳統(tǒng)的伺服電機(jī)體積大、重量大，在較高速運(yùn)行時(shí)還需要龐大的減速機(jī)構(gòu)，對(duì)于爬壁機(jī)器人移動(dòng)帶來(lái)困難，尋找各種輕重量、小體積、高效率的電機(jī)變的尤為重要。微特電機(jī)的出現(xiàn)很好的解決這一問(wèn)題，其大扭矩、輕重量、小體積對(duì)于各種機(jī)器人來(lái)講都意義非凡。微特電機(jī)技術(shù)可以使機(jī)器人智能、輕

10、巧可靠和高的運(yùn)行壽命的需要變得更易滿足。爬壁機(jī)器人的發(fā)展順應(yīng)微特電機(jī)的趨勢(shì)，朝著更小、更輕、更靈活等方向改變。(3)能源問(wèn)題現(xiàn)存的鋰電池雖然相同體積、重量下的儲(chǔ)電量已不容小覷，但是對(duì)于爬壁機(jī)器人來(lái)講仍然龐大，探索出一種新的供電性能強(qiáng)、體積小的電池或者另外的能量傳輸方式變得很迫切。目前在國(guó)內(nèi)外都在為此進(jìn)行研究，日本在這方面取得了較大成果。日本已經(jīng)最近告成將微博技術(shù)應(yīng)用到無(wú)線機(jī)械產(chǎn)品上，該技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)將會(huì)對(duì)爬壁機(jī)器人的成長(zhǎng)進(jìn)程有著很大的促進(jìn)作用。1.3 本文研究的主要內(nèi)容筆者在本文所討論的爬墻機(jī)器人是一種基于涵道風(fēng)扇的反向推進(jìn)方式的爬壁式機(jī)器人，機(jī)器人利用推進(jìn)風(fēng)扇的反向推力與摩擦力及機(jī)器人自身重

11、力的協(xié)調(diào)使機(jī)器人吸附在墻面。相對(duì)于以往的磁吸附式爬墻機(jī)器人或者真空式爬墻機(jī)器人，基于涵道推進(jìn)的爬墻機(jī)器人沒(méi)有對(duì)于墻面有著更多的限制，不需要屬于可吸附金屬和高的平整密封性，可實(shí)現(xiàn)各種墻面的運(yùn)動(dòng)，具有很好的應(yīng)用前景。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2,爬墻機(jī)器人的總體方案的設(shè)計(jì)2.1 爬墻機(jī)器人基本原理涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人主要由機(jī)器人底盤和涵道風(fēng)扇裝置組成，能在各種角度的平面上行駛以及懸停。通過(guò)添加機(jī)器人工作所需的相關(guān)工作元件，可以使機(jī)器人在墻面、壁面棚頂?shù)葮O限環(huán)境中進(jìn)行檢查、清洗、噴涂、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。在現(xiàn)實(shí)生活中，大部分物體之間的摩擦系數(shù)都在0.3-0.8之間，機(jī)器人若是想吸附在墻壁表面，則需要有超過(guò)自身重力一兩

12、倍的壓力才得以實(shí)現(xiàn)，因而實(shí)現(xiàn)功能是比較困難的。由此在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人的這種正壓力一般只是用作其貼附在墻面上滿足實(shí)際應(yīng)用做需要的必要壓力，而真正的在墻面上的移動(dòng)主要是通過(guò)上方懸掛纜繩來(lái)實(shí)現(xiàn)的，然而這種方式有很大的局限性，并不能在實(shí)際應(yīng)用中得到大力的推廣。為了解決上述問(wèn)題，本文提出的爬墻機(jī)器人充分利用了在墻面上時(shí)，機(jī)器人和負(fù)載的重力、風(fēng)扇的反向推力以及摩擦力的合理協(xié)調(diào)，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)爬墻機(jī)器人的工作需求。涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人的移動(dòng)系統(tǒng)采用履帶式運(yùn)動(dòng)，增加機(jī)器人抓地效果，并且增強(qiáng)機(jī)器人的的越障能力，使機(jī)器人適應(yīng)多樣化的墻壁表面。機(jī)器人的吸附系統(tǒng)利用機(jī)器人自身的涵道風(fēng)扇的方向推力作用使機(jī)器人更好

13、的吸附在表面，受墻壁表面的材質(zhì)以及外形的影響很小。2.2 機(jī)器人力學(xué)分析為了方便表述與計(jì)算，現(xiàn)將機(jī)器人的所受的涵道風(fēng)扇的推力用力F代替（如圖4示），機(jī)器人受到的向上的合力為F合，當(dāng)摩擦力的方向豎直向上時(shí)，F(xiàn)合與車體底盤和風(fēng)扇端面的夾角9（通過(guò)涵道風(fēng)扇上的調(diào)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向作用來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的傾角效果）以及履帶和墻壁之間的摩擦系數(shù)小的關(guān)系如下（2-1）所示：F合=正sin8+Fcos0J（2-1）=F1+Jsin（0+0）其中，B關(guān)于摩擦因數(shù)小的函數(shù)關(guān)系式如下（2-2）示：-uCOS0=c（2-2）<1+小為了更好地發(fā)揮涵道風(fēng)扇的推進(jìn)作用，取F合最大時(shí)的夾角8為最佳夾角，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）易得（如圖

14、5示），此時(shí)的夾角e為%3。此時(shí)機(jī)器人所受的升力的最大值為F合max=FjT7。（2-3）機(jī)器人所受的總的合力F合為涵道風(fēng)扇自身推力的E+J倍，機(jī)器人所需推力的最小值比起自身的重力要小。如果采用正壓力式的推進(jìn)方式，則需要為機(jī)器人自身重力的2-3倍左右的涵道推力，因而此時(shí)采用一定角度的風(fēng)扇更好地利用了涵道風(fēng)扇的推力，提高了爬墻機(jī)器人的效率，降低了能量的消耗。2.3 機(jī)器人的抗傾覆能力當(dāng)機(jī)器人的涵道風(fēng)扇與機(jī)器人的底盤有一定夾角的時(shí)候，其風(fēng)扇的推力跟中心不會(huì)跟車體平面重合，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)容易使機(jī)器人發(fā)生傾覆的力矩（如圖6示），其受力關(guān)系如下式（2-4）所示（忽略履帶的摩擦力矩產(chǎn)生的輕微影響）：,N1+

15、N2=Fsin812（2-4）F（Hcot8+L-l）sin9-N2L+Gh=0畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖6受力情況上圖中，H、h分別為涵道風(fēng)扇的力的作用點(diǎn)和機(jī)器人的中心跟車體表面高度的距離，L、l分別為前后輪軌的軸距及風(fēng)扇和后輪軌的軸距。(2-5)FL(Hcot9+l)sin0-Gh/=N1FL(L-1-Hcot9)sinGhL=N2N1N2=%（2Hcot8十21-L）sin8-2G%（2-6）從以上各式可以看出，導(dǎo)致機(jī)器人發(fā)生傾覆的原因主要和軸距L、1的大小有關(guān)系，并且涵道風(fēng)扇的位置也對(duì)其有影響。當(dāng)其軸距滿足上述關(guān)系式時(shí)，機(jī)器人車體不會(huì)有傾覆的趨勢(shì)。2.4 機(jī)器人的自豎直機(jī)制利用涵道風(fēng)扇推進(jìn)機(jī)器

16、人在墻面進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)面臨一個(gè)問(wèn)題，就是隨著機(jī)器人的轉(zhuǎn)向涵道風(fēng)扇會(huì)跟著轉(zhuǎn)變推理的方向，這將無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在墻面上的懸停。因此為了確保機(jī)器人在轉(zhuǎn)向或者發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)仍能夠保證涵道風(fēng)扇的推力方向不變，采取一種方案：設(shè)計(jì)一個(gè)支架使其能繞著機(jī)器人的底盤自由旋轉(zhuǎn)，將電池和風(fēng)扇放在底盤的后方，保證其重心遠(yuǎn)離支架的旋轉(zhuǎn)中心（如圖7所示）。這樣支架能夠像擺錘一樣始終保持著豎直。但是由于風(fēng)扇的推力遠(yuǎn)大于支架加上風(fēng)扇的重力，因而要對(duì)其受力做必要的分析。風(fēng)扇的推力方向朝著風(fēng)扇與支架的旋轉(zhuǎn)中心，當(dāng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)或者偏向時(shí)，設(shè)其中心線與豎直重力方向的夾角為a,此時(shí)重畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）力G的方向邊不再與其中心線重合,關(guān)系如下所示：G會(huì)

17、產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力矩（如圖7所示），其(2-7)=Mf上式中，Gk分別為風(fēng)扇、電池和支架的總重及他們的重心跟旋轉(zhuǎn)軸的距離；Mf為裝配誤差產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)軸摩擦力矩推力偏心力矩的和，具值很小。針對(duì)Mf而言Gk的值比其要大很多，因而支架的偏轉(zhuǎn)角a很小。在機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向或者偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)微小夾角的存在并不會(huì)怎么影響涵道風(fēng)扇推力的方向。2.5 爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析具體的運(yùn)動(dòng)軌跡是用于移動(dòng)覆蓋在所有未占據(jù)空間的重要信息。區(qū)回補(bǔ)操作也叫全覆蓋路徑規(guī)劃是一種常見(jiàn)的和有用的一種路徑規(guī)劃，這需要機(jī)器人路徑覆蓋的每一個(gè)部分工作區(qū)。選擇和評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)不同種類的路徑規(guī)劃應(yīng)綜合工作安全，工作效率和百分比移動(dòng)覆蓋。一種爬墻機(jī)器人的應(yīng)用

18、可緩解工作人員的危險(xiǎn)，并進(jìn)行自動(dòng)工作的可能，安全生產(chǎn)是用于評(píng)估該路徑的第一個(gè)重要的因素。在爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)作業(yè)中，要實(shí)現(xiàn)例如清洗墻壁表面的功能，難以和地面上的多足機(jī)器人那樣輕松跨越障礙，并且針對(duì)于在墻面上的機(jī)器人具有更好的危險(xiǎn)性。針對(duì)于差異的限定條件以及完善策略，即可歸納得到合適的機(jī)器人基本運(yùn)動(dòng)的序列組合，可以實(shí)現(xiàn)爬墻機(jī)器人所需的工作目標(biāo)。本文中結(jié)合涵道推進(jìn)方式容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，對(duì)于爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑采用“川”字型路線，將涵道推進(jìn)式的爬墻機(jī)器人缺點(diǎn)所帶來(lái)的影響減到最低。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)3.1 基本結(jié)構(gòu)涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)底盤和涵道風(fēng)扇兩大部分組成（如圖9所

19、示）。其中運(yùn)動(dòng)底盤實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在相關(guān)墻面上的運(yùn)動(dòng)和完成所需要的工作的裝置；涵道風(fēng)扇用于提供機(jī)器人吸附在墻面上的吸附力以及工作所需的吸附力。在機(jī)器人的底盤上分布有傳動(dòng)動(dòng)力、推進(jìn)轉(zhuǎn)向、控制、所需完成工作的機(jī)構(gòu)等部分。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)由帶有自鎖機(jī)制的蝸輪蝸桿減速器和直流電機(jī)提供。利用蝸輪蝸桿的自鎖機(jī)制和履帶式推進(jìn)機(jī)構(gòu)的結(jié)合可以使機(jī)器人在墻面上時(shí)不產(chǎn)生滑動(dòng)，并且具有較好的跨障能力，適應(yīng)各種墻面。涵道推進(jìn)裝置包含有涵道推進(jìn)風(fēng)扇、電池以及支架等。涵道風(fēng)扇在支架上可自由旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)和各種角度的墻面，并且提高了風(fēng)扇推進(jìn)力的應(yīng)用效率。圖93.2 總體設(shè)計(jì)要求外形尺寸：600（長(zhǎng)）X300（寬）X

20、300（高）mm清掃面積：不小于10平米/小時(shí)負(fù)載能力：不小于1kg噪聲：90dB3.3 確定相關(guān)參數(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）根據(jù)上文的公式，取現(xiàn)實(shí)生活中橡膠輪胎與粗糙水泥之間的摩擦因數(shù)N=0.5,得涵道風(fēng)扇的偏角8=26.6o,另取推力F=1.2G。支架的高度AH和涵道HR/cos風(fēng)扇的半徑R確定H,其關(guān)系為，20根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選取64涵道風(fēng)扇標(biāo)配kv4500馬達(dá)，適配電調(diào)40A,標(biāo)準(zhǔn)反向推力2.5Kg,直徑為64mm結(jié)合上式，旋轉(zhuǎn)支架的高度AH取在510的范圍內(nèi)，由此可得H=42有估算可得由底盤、風(fēng)扇和電池確定的h=1/3H=14.結(jié)合以上各式及其參數(shù)可得：M-心-%+54.4）（3-1）當(dāng)M-

21、N2=0時(shí)，機(jī)器人的前后輪對(duì)于墻面有著相同的壓力，此時(shí)車體維持平衡，L和l的關(guān)系為：）2T54.4（3-2）根據(jù)電機(jī)和電池的相關(guān)尺寸，可得l的取值范圍為1Ab+M8s9（3-3）綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)，涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)如下表所示：表1長(zhǎng)度（mm寬度（mm風(fēng)扇傾角（o）總重(Kg)負(fù)載重（Kg）26215026.561.813.4 相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算（1）輪轂與底盤鏈接軸的相關(guān)計(jì)算PT9550000一e=3n&甘軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度關(guān)系為：WT0.2D（3-4）其中：向?yàn)榕まD(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPaT為軸所受扭矩，單位為N-mmWT為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3；n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；P為

22、軸的傳遞功率，單位KWD為軸截面處直徑，單位mm畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）勺為需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa-、9550000P9550000.PA.PD>3=33_=A03iV0,2n600,2耳nnA9550000A。=3由上式可得軸的直徑：00.2川(3-5)帶入上式可得：D>5.7mm所以取軸的直徑為6mm（2）滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算因而選擇深根據(jù)機(jī)器人在墻面上需要滿足的運(yùn)動(dòng)，輪轂收到很小的軸向力,溝球軸承即可滿足基本要求。軸承基本額定壽命Lh（以小時(shí)數(shù)表示）為:Lh=%C)360nPI*(3-8)代入上式可得:C=558.86NLh=1.7X104h查閱資料可得,該軸承的基本而定報(bào)告動(dòng)載荷為

23、C0r=1.98kN綜上可得，符合要求。3.5爬墻機(jī)器人的工作結(jié)構(gòu)對(duì)于機(jī)器人以上所述主要講述了，機(jī)器人在墻面上吸附和運(yùn)動(dòng)的得以實(shí)現(xiàn),所需要完成工作的基本結(jié)構(gòu)沒(méi)有講述，現(xiàn)針對(duì)應(yīng)用最廣的墻壁清潔機(jī)器人的結(jié)構(gòu)做以下分析:機(jī)器人的清洗裝置是機(jī)器人在墻面執(zhí)行清洗工作時(shí)所需的具體的工作裝置，對(duì)于不同的墻壁表面其清洗方式和用于工作的機(jī)構(gòu)裝置有著很大的不同。對(duì)于表面比較光滑的玻璃幕墻，可以利用清洗刷加上刮水器的組合或者由噴霧劑、擦洗器以及雨刷的組合。對(duì)于水泥壁面，具表面污漬較多，切容易存于縫隙之中，可以利用類似牙刷的軟硬毛交替設(shè)計(jì)的清洗刷，其去污能力強(qiáng)，但是在應(yīng)用中振動(dòng)10畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）比較激烈，對(duì)于教軟表

24、面的清洗是不適合的。墻壁清潔機(jī)器人由爬墻機(jī)器人和完成清洗所需要的機(jī)械手組合而成。機(jī)械手的設(shè)計(jì)如下圖9所示。在機(jī)械手的肘部的前端位置安裝有用于觀察和檢測(cè)墻以及前端情況的微型攝像頭。機(jī)器手位于爬墻機(jī)器人的前端（可拆卸），是一個(gè)用于自動(dòng)清洗墻壁的裝置。機(jī)械手由清掃刷、清掃電機(jī)、連桿、腕部電機(jī)、小臂、肘部電機(jī)以及肩部電機(jī)等機(jī)構(gòu)組成，擁有4個(gè)自由度。由于清掃電機(jī)只可以實(shí)現(xiàn)清掃動(dòng)作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)位置上的移動(dòng)，利用腕部電機(jī)、肘部電機(jī)以及肩部電機(jī)之間的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)清掃刷足以清掃所需清掃的區(qū)域。清洗裝置的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)用四桿連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其在機(jī)械手移動(dòng)換位置時(shí)，可以確保清掃刷始終保持垂直墻面。另外，利用四桿機(jī)構(gòu)可

25、以減少機(jī)器人在空間上的自由度，有利于對(duì)爬墻機(jī)器人和其清掃機(jī)器手的整體控制。大行圖10清掃機(jī)械手結(jié)構(gòu)4 .整體分析通過(guò)涵道風(fēng)扇的推力使爬墻機(jī)器人吸附在墻面上，在爬墻機(jī)器人的相關(guān)研究方面又是一種新的嘗試。這種爬墻機(jī)器人對(duì)于墻壁的表面沒(méi)有特別的要求，可適應(yīng)多種基本墻面。另一方面，機(jī)器人采用履帶式的移動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)一定程度的跨障要求，適應(yīng)性相對(duì)較高。但是由于采用涵道風(fēng)扇的推進(jìn)方式，會(huì)受外界風(fēng)速的一定影響。另外，在涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)器人車體產(chǎn)生一個(gè)逆向力矩，造成機(jī)器人的兩條履帶對(duì)與墻面的抓地力不同，影響機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。并且由于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的吸附所需的推力較大，涵道風(fēng)扇由此產(chǎn)生的噪聲不容忽視?？偟膩?lái)講，涵

26、道推進(jìn)式的爬墻機(jī)器人有著廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。通過(guò)我們的ii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不斷努力，克服更多的問(wèn)題，相信在未來(lái)這種機(jī)器人一定會(huì)有其用武之地5 .總結(jié)通過(guò)將近半個(gè)學(xué)期的認(rèn)真的搜索和寫(xiě)作，終于完成了一種抓地式爬墻機(jī)器人機(jī)械部分的設(shè)計(jì)這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的寫(xiě)作。從最初有關(guān)機(jī)械課程總結(jié)的論文題目的確定一直到論文主題內(nèi)容的完成，在此過(guò)程的每一次向前都是我對(duì)于大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次完善和對(duì)未知困難的挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的嘗試。這篇畢業(yè)論文的完成也代表這我大學(xué)最大的一份作業(yè)的完成，同時(shí)也是我憑自己的認(rèn)真負(fù)責(zé)獨(dú)自完成的最大的一份任務(wù)。在對(duì)于論文寫(xiě)作的整個(gè)過(guò)程中，我加深了自己很多不熟悉的只是，并且也了解到了自己之前不清楚

27、的信息，通過(guò)對(duì)于所需信息的各種查詢和整理，使我對(duì)于自己專業(yè)的相關(guān)知識(shí)變得越來(lái)越熟悉起來(lái)，腦海中那些模糊不清的知識(shí)點(diǎn)一點(diǎn)點(diǎn)用了起來(lái)，變得更加的清晰。同于書(shū)本上查詢不到或者感受不到的東西，通過(guò)在畢業(yè)實(shí)習(xí)公司的認(rèn)真學(xué)習(xí)了解，我對(duì)自己畢業(yè)論文的完成變得越來(lái)越有信心。每一次對(duì)于論文改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次對(duì)于新知識(shí)的掌握，都會(huì)讓我的心情激動(dòng)好久。盡管我的畢業(yè)論文不是想象中的那么完善，還存在著許許多多的不足，但我可以自豪的講，論文中的字里行間，都有我艱辛的付出。當(dāng)看到自己通過(guò)克服各種困難而完成的畢業(yè)論文，有一種莫大的欣慰感。我相信在論文寫(xiě)作過(guò)程中的酸甜苦辣最終都會(huì)成為我人生大道的墊腳石。相信這次學(xué)以致

28、用，認(rèn)認(rèn)真真完成論文的經(jīng)歷，會(huì)是我人生的一大筆財(cái)富，它將在我以后的學(xué)習(xí)生活中，給我更加積極進(jìn)取、奮發(fā)向上的動(dòng)力。參考文獻(xiàn)：1濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）M.北京：高等教育出版社，2001.2干朝陽(yáng).高層建筑外墻清潔涂裝壁面爬行機(jī)器人研究D.哈爾濱工程大學(xué),2007.3王榮華.爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)及動(dòng)力性能研究D.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2007.4陳震.壁面爬行機(jī)器人設(shè)計(jì)及路徑規(guī)劃研究D.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué),2006.5孫錦山.氣動(dòng)爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)的研究D.浙江工業(yè)大學(xué),2006.12畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6田靜眉.真空吸附式壁面清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究D.西南交通大學(xué),2013.7梅燕民，彭光正，范偉

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