擦玻璃機(jī)器人(共17頁(yè))

1、PAGE PAGE 18附件(fjin)1 創(chuàng)新(chungxn)訓(xùn)練項(xiàng)目(xingm)申請(qǐng)書填 寫 須 知在填寫申請(qǐng)書前，請(qǐng)申請(qǐng)者先認(rèn)真閱讀電子科技大學(xué)中山學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目實(shí)施方案中的有關(guān)規(guī)定。一、申請(qǐng)者應(yīng)實(shí)事求是、認(rèn)真負(fù)責(zé)地填寫申請(qǐng)書中各項(xiàng)內(nèi)容，不得弄虛作假，在語(yǔ)言表達(dá)上要做到準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)。二、創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申請(qǐng)書請(qǐng)按順序逐項(xiàng)填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)?？杖表?xiàng)要填“無(wú)”。三、格式要求：申請(qǐng)書應(yīng)在實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)頁(yè)上下載填寫。表格中的字體小四號(hào)仿宋體，1.5倍行距；需簽字部分由相關(guān)人員以黑色鋼筆或水筆簽名，均用A4紙雙面打印，于左側(cè)裝訂成冊(cè)。請(qǐng)自行加頁(yè)。 四、申請(qǐng)參加大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練

2、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的人數(shù)含負(fù)責(zé)人在內(nèi)不得超過3人。五、申請(qǐng)書要求紙質(zhì)和電子版各一份，申請(qǐng)項(xiàng)目先由所屬學(xué)院進(jìn)行組織初審后，然后再由評(píng)審委員會(huì)立項(xiàng)評(píng)審，立項(xiàng)的項(xiàng)目由所屬學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)在申請(qǐng)書上簽署意見、簽字并加蓋公章后上交到所屬院系的項(xiàng)目管理人員，最后匯總到實(shí)驗(yàn)中心的項(xiàng)目管理小組。項(xiàng)目編號(hào)創(chuàng)新(chungxn)訓(xùn)練項(xiàng)目(xingm)申請(qǐng)書（試行(shxng)）項(xiàng) 目 名 稱： 智能擦玻璃機(jī)器人 申請(qǐng)者姓名： 林威 陳秋景 楊家明 指 導(dǎo) 老 師： 彭芳 所 屬 學(xué) 院： 機(jī)電工程 填 表 日 期： 2014 年 3 月 31 日二0一三年制計(jì)劃項(xiàng)目名稱智能擦玻璃機(jī)器人理工( )文科( )計(jì)劃項(xiàng)目負(fù)責(zé)人姓名林威性別

3、男民族漢學(xué)號(hào)2012100103028專業(yè)自動(dòng)化身份機(jī)號(hào)系電話無(wú)QQ號(hào)632890934姓名性別學(xué)號(hào)身份證專業(yè)年級(jí)聯(lián)系電話陳秋景男2012100103007441581199206108033自動(dòng)化1215113339449楊家明男2012100103047442000199404164277自動(dòng)化1213790702952指導(dǎo)教師情況姓名彭芳性別女民族漢出生年月1979.10專業(yè)/職稱/職務(wù)機(jī)電工程 副教授 自動(dòng)化系主任手機(jī)號(hào)系電話/傳真無(wú)E-mail462123192一、前期基礎(chǔ)（1000字以內(nèi)）（

4、研究成員的知識(shí)條件，研究興趣，相關(guān)經(jīng)歷及開展本項(xiàng)目的基礎(chǔ)）項(xiàng)目負(fù)責(zé)人林威曾參加過第八屆飛思卡爾智能車競(jìng)賽并獲得華南地區(qū)二等獎(jiǎng)，并獲得全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽廣東賽區(qū)一等獎(jiǎng)。有比較好的編程思路以及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)?？稍跈C(jī)器人的程序中提供較好的運(yùn)行模式。 陳秋景曾參加校級(jí)智能小車競(jìng)賽并獲得二等獎(jiǎng)，有比較好的機(jī)械設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。能夠?qū)C(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析及設(shè)計(jì)。 楊家明擁有扎實(shí)的電路基礎(chǔ)知識(shí)，可獨(dú)立制作PCB?？蓪?duì)機(jī)器人的電路進(jìn)行較好的布局及設(shè)計(jì)。二、計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施思路（3000字以內(nèi)）研究意義與目的，同類研究工作國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與存在的問題意義與目的：隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展，特別是高層建筑的興起，以玻璃壁而為代表的壁

5、面結(jié)構(gòu)逐漸演繹成華麗的“城市外衣”，山此衍生出繁重的壁面清洗任務(wù)，并目許多國(guó)家已對(duì)建筑壁面的清洗要求做出了明確規(guī)定。另一方面，越來(lái)越奇特的建筑結(jié)構(gòu)使清洗的難度成倍增加，甚至采用傳統(tǒng)的清洗方法已無(wú)能為力。然而，在社會(huì)文明高度發(fā)展的今天，對(duì)生命的關(guān)愛達(dá)到了前所未有的高度，要求停止使用蜘蛛人的呼聲不絕于耳，因此人們期待新的具有人性化的清洗方式出現(xiàn)。如此，將爬壁機(jī)器人應(yīng)用于高樓玻璃壁面清洗的問題就成為熱點(diǎn)研究課題。壁面清洗機(jī)器人也屬于移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人的一種，可在垂直壁而及屋頂移動(dòng)進(jìn)行物體表面的清洗作業(yè)。壁面清洗機(jī)器人的使用將大大降低高層建筑的清洗成木，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高勞動(dòng)產(chǎn)幾產(chǎn)率，具有相當(dāng)?shù)纳?/p>

6、會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。而目前針對(duì)此類機(jī)器人的研究還沒有比較成熟、可靠的方案。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況： 壁面移動(dòng)機(jī)器人是一種能夠在垂直壁面進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)的極限作業(yè)機(jī)器人，世界機(jī)器人大國(guó)日木在極限作業(yè)機(jī)器人研究方面尤為積極。早在19“年，在大阪府立大學(xué)工學(xué)部任講師的西亮利用電風(fēng)扇進(jìn)氣側(cè)低壓空氣產(chǎn)生的負(fù)壓作為吸附力制作了一臺(tái)垂直壁面移動(dòng)機(jī)器人的原理樣機(jī)。1975年，已經(jīng)身為宮崎大學(xué)工學(xué)院部教授的西亮又制作了以實(shí)用化為目標(biāo)的二號(hào)樣機(jī)，這是個(gè)單吸盤結(jié)構(gòu)、靠輪子行走的壁面移動(dòng)機(jī)器人。從此以后各國(guó)著名的大學(xué)、研究所、公司紛紛投入力量廣泛開展用于極限作業(yè)的壁面移動(dòng)式機(jī)器人的研究。 1)日木 1978年，化工機(jī)械

7、技術(shù)服務(wù)株式會(huì)社制作了一種叫Walker的壁面移動(dòng)機(jī)器人。如圖1-1所示，該機(jī)器人采用了單吸盤結(jié)構(gòu)。用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，行走機(jī)構(gòu)采用上下兩個(gè)行走滾子和左右兩條行走皮帶的驅(qū)動(dòng)。滾子和皮帶自然組成一個(gè)真空腔體。轉(zhuǎn)向通過左右滾輪和皮帶的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。Walker既有吸附功能又有行走功能。但它有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即:壁面上有裂縫時(shí)，真空難以維持。圖1-2所示為關(guān)西電力株式會(huì)社研制的真空吸附履帶式結(jié)構(gòu)壁面移動(dòng)機(jī)器人。利用均布于履帶和車體底部的吸盤，該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，但越障和面面轉(zhuǎn)換能力差。圖1-1 Walker機(jī)器人 圖1-2履帶式壁面移動(dòng)機(jī)器人圖1-3雙車體壁面移動(dòng)機(jī)器人 圖1-4爬壁機(jī)

8、器人概念模型 圖1-3為日木日揮株式會(huì)社佐藤多秀研制的負(fù)壓吸盤吸附、雙吸盤結(jié)構(gòu)的輪式壁面移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人由前后吸盤和中間載物平臺(tái)通過連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)聯(lián)接組成。其吸盤采用負(fù)壓吸盤的形式，吸盤與壁面接觸的密封氣囊具有滑動(dòng)密封效果，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，起到維持吸盤內(nèi)負(fù)壓的作用。前后吸盤各裝有四個(gè)車輪，當(dāng)吸盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓時(shí)，吸盤通過車輪附著于壁面。八個(gè)車輪中位于機(jī)器人前后兩端的四個(gè)分別由電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。當(dāng)同一吸盤上的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速不同時(shí)，吸盤的移動(dòng)方向?qū)l(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。前后連桿與載物平臺(tái)之間的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)上各安裝有大輸出扭矩的電機(jī)。此電機(jī)的動(dòng)作，配合吸盤的吸附與放松，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人構(gòu)形的變

9、化，從而完成越障等功能。 圖1-4所示為關(guān)西電力株式會(huì)社研制的真空吸附履帶式結(jié)構(gòu)壁面移動(dòng)機(jī)器人。利用均布于履帶和車體底部的吸盤，該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，但越障和而而轉(zhuǎn)換能力較差。 圖1-5所示是1991年清水建設(shè)株式會(huì)社研制的用于玻璃清洗壁面移動(dòng)機(jī)器人，其總體結(jié)構(gòu)采用氣體驅(qū)動(dòng)、真空吸附(l0整個(gè)系統(tǒng)分為機(jī)器人木體、室內(nèi)和室外支援裝置。機(jī)器人木體由一個(gè)縱向移動(dòng)的氣缸和兩個(gè)橫向移動(dòng)的氣缸組成。氣缸的端部裝有可升降的吸盤，橫向氣缸的端部還裝有擦洗裝置。室內(nèi)支援裝置包括主控計(jì)算機(jī)，水泵及電纜、水管、氣管收放裝置等。室外支援裝置為拖拽管線及安放機(jī)器人安全繩的可移動(dòng)平臺(tái)。進(jìn)行擦洗時(shí)，機(jī)器人從玻

10、璃墻的上部按照從左至右，自上而卜的順序進(jìn)行擦洗。機(jī)器人可以跨越縱向的障礙(窗框)，但不具有橫向越障能力。該機(jī)器人將清洗與移動(dòng)相結(jié)合，使得結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。該機(jī)器人為最早的壁面清洗機(jī)器人之一，其精巧的構(gòu)型和合理的規(guī)劃方法為之后的研究奠定了基礎(chǔ)。圖1-5玻璃清潔機(jī)器人圖 1-6 三菱清潔機(jī)器人 2002年三菱重工研制的多用途壁面機(jī)器人如圖1-G所示，采用輪式驅(qū)動(dòng)，自重僅40Kg8。安裝于機(jī)器人腹部的兩組永磁鐵可保證機(jī)器人可靠地吸附于鋼質(zhì)表面，用于壁面檢測(cè)、清潔和噴漆等作業(yè)。 (2)美國(guó) 美國(guó)也是開展壁面移動(dòng)機(jī)器人研究較早的國(guó)家。自1989年起州立威奇托大學(xué)(Wichita State Univer

11、sity)的Benham Bahr領(lǐng)導(dǎo)的研究小組陸續(xù)研制了ROSTAM系列壁面移動(dòng)機(jī)器人。機(jī)器人攜帶非接觸式傳感器和攝像頭，用于進(jìn)行飛行器蒙皮的質(zhì)量檢杳。該機(jī)器人有4條腿，可沿四個(gè)方向移動(dòng)。隨后研究人員在此基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，推出圖I-8所示的ROSTAM-III。該機(jī)器人的腹部有一個(gè)大直徑圓形吸盤，籍此機(jī)器人木體可實(shí)現(xiàn)任意方位的轉(zhuǎn)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整:頭部和尾部的臂上各有一組小吸盤，每個(gè)臂有2個(gè)自由度，其中轉(zhuǎn)動(dòng)自由度由蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)自由度由氣缸驅(qū)動(dòng)，臂的兩端分別固定與吸盤固連的氣缸，直流電機(jī)通過蝸輪蝸桿驅(qū)動(dòng)完成機(jī)器人方向的改變。在氣動(dòng)回路中采用了調(diào)速閥用以降低氣缸活塞與氣缸碰撞的速度，有效地減少

12、了附加沖擊力和力矩。 德克薩斯州立大學(xué)的研究人員研制了一種電氣驅(qū)動(dòng)小型壁面移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人利用微型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)風(fēng)箱交替壓縮和舒張，獲得兩組吸盤吸附和脫開所需的負(fù)壓和正壓，從而實(shí)現(xiàn)壁面移動(dòng)功能。該機(jī)器人采用干電池供電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)思巧妙。 密歇根州立大學(xué)的Mark Minor研制的微型兩足壁而移動(dòng)機(jī)器人RAMR。該機(jī)器人采用雙吸盤兩足步行結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是采用了稱為“UnderActu ated的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)用3臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)4個(gè)關(guān)節(jié)。然而這種兩足式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人重心偏高，足端載荷集中導(dǎo)致穩(wěn)定性較差。雖然其靈活性很好，但較少應(yīng)用于壁而移動(dòng)領(lǐng)域。 3)英國(guó) 英國(guó)的樸次茅斯大學(xué)設(shè)計(jì)了一種稱作Robug的

13、機(jī)器人，有類似蜘蛛的腿腳，腳部帶有吸盤，也可以沿壁面爬行，其中RobugIII型是由八只腳組成的，每只腳都有自己的微處理器，都是由氣驅(qū)動(dòng)，每個(gè)腳的根部都有一個(gè)吸盤。機(jī)械上同步的4條腿作為一組，由兩組氣缸驅(qū)動(dòng)，反復(fù)地起著支撐和復(fù)位的作用。與以往不同的是機(jī)器人控制其裝在每條腿上，通過遙控機(jī)器人可沿任意方向行走。除此之外樸次茅斯大學(xué)還針對(duì)不同的使用要求設(shè)計(jì)了Bigfoot, Toad, Vehicles, Tribot等爬壁機(jī)器人。4)意大利 意大利的卡塔尼亞大學(xué)研制Alicia系列機(jī)器人主要應(yīng)用于壁面檢測(cè)。其中Alicia2型機(jī)器人，主要由一個(gè)吸盤和兩個(gè)輪子組成，吸盤用來(lái)吸附于墻壁表面，兩個(gè)輪子分

14、別由兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)向。這種機(jī)器人最大缺點(diǎn)就是越障能力差，為了更好的越障新開發(fā)的Alicia3則體現(xiàn)了一種新穎的設(shè)計(jì)思路，它的基本結(jié)構(gòu)由三個(gè)Alicia2組成，每?jī)蓚€(gè)之間由一桿連接起來(lái)，越障時(shí)兩個(gè)吸附一個(gè)在桿的作用下抬起，輕松實(shí)現(xiàn)越障。這種設(shè)計(jì)使越障能力大大提高。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀： 相對(duì)國(guó)外，我國(guó)研究和開發(fā)機(jī)器人始于七十年代初期，國(guó)內(nèi)壁而移動(dòng)機(jī)器人研究起步較晚。1975年在北京舉辦的日木科技展覽會(huì)上，川崎重工業(yè)公司首先在中國(guó)展出了工業(yè)機(jī)器人(Unimate-2000型搬運(yùn)機(jī)器人)，以此為起點(diǎn)，我國(guó)掀起了第一個(gè)研制機(jī)器人的浪潮。北京自動(dòng)化研究所、上海交大、沈陽(yáng)自動(dòng)化所、大連組合機(jī)床所

15、、廣州機(jī)床所等十幾個(gè)單位紛紛開始研制機(jī)器人。 我國(guó)自行設(shè)計(jì)并研制的第一臺(tái)壁面爬行式遙控檢查機(jī)器人(BH-1型)誕生在哈爾并工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，它是為我國(guó)的核電事業(yè)而研制廢料儲(chǔ)罐進(jìn)行安全情況檢查 (檢查方法為超聲波探傷及測(cè)厚)。BH-1型爬壁機(jī)器人的特點(diǎn)是它的行走機(jī)構(gòu)采用了一種新結(jié)構(gòu)的輪子一全方位輪，這是瑞典MECANUM公司的新技術(shù)。n合爾濱工業(yè)大學(xué)從1988年開始在國(guó)家“8G3”高技術(shù)的支持下先后研制了兩種爬壁機(jī)器人。19%年研制成功的多功能履帶式罐壁噴涂檢測(cè)磁吸附爬壁機(jī)器人，是針對(duì)石油企業(yè)的儲(chǔ)汕、儲(chǔ)水鋼罐，定期噴砂除銹、噴漆防腐、涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)等工作進(jìn)行研制的。哈工大研制的另一種機(jī)器人

16、是單吸盤輪式驅(qū)動(dòng)爬壁機(jī)器人，該真空吸附式機(jī)器人采用全方位車輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)器人木體方位保持不變的情況下，機(jī)器人能夠沿任意直線方I句移動(dòng)，該機(jī)器人自重20千克，負(fù)載能力15千克，移動(dòng)速度0-2米/分鐘，采用微機(jī)控制和有線遙控。香港城市大學(xué)也對(duì)爬壁機(jī)器人進(jìn)行了積極的探索研究，他們開發(fā)出一利，十字形框架結(jié)構(gòu)的全氣動(dòng)壁面爬行機(jī)器人。該機(jī)器人系統(tǒng)由移動(dòng)的爬壁機(jī)器人、供應(yīng)小車、空壓機(jī)、控制計(jì)算機(jī)等組成。機(jī)器人木體長(zhǎng)1220mm，寬1340mm，高370mm,重30kg。機(jī)器人木體主要有兩個(gè)垂直正交的氣缸組成，靠著兩個(gè)氣缸的川t實(shí)現(xiàn)機(jī)器人木體的前后左右移動(dòng)。為了防止方向上的累積誤差，該機(jī)器人還有一個(gè)由擺動(dòng)

17、氣缸組成的腰關(guān)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)方向誤差的校正。 機(jī)器人的越障功能是靠安裝在機(jī)器人水平和垂直氣缸端部的四個(gè)垂直于壁面的氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它的仲縮可以讓機(jī)器人抬起腿部、越過障礙。清洗裝置位于水平氣缸的兩端，靠水平氣缸的伸縮實(shí)現(xiàn)左右擦洗。機(jī)器人的四條腿上有16個(gè)吸盤，靠這些吸盤機(jī)器人可以吸附在壁面上。它的視覺系統(tǒng)由一個(gè)CCD攝像機(jī)和兩個(gè)激光二極管組成，通過視覺系統(tǒng)機(jī)器人可以測(cè)量木身相對(duì)于窗框架的方位;視覺系統(tǒng)也可以判定工作表面的臟污狀況、以及是否需要擦洗;還可以確定污點(diǎn)的置，引導(dǎo)機(jī)器人去擦洗。該機(jī)器人采用十字形框架結(jié)構(gòu)，真空吸附，氣壓驅(qū)動(dòng)。從整體上看結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造用、活動(dòng)靈活、能自主識(shí)別判斷，是一款不錯(cuò)的設(shè)計(jì)。

18、但存在的缺點(diǎn)是因?yàn)榍逑囱b置安裝的位置和水平氣缸自身活動(dòng)的范圍所限，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過的路徑上擦洗比較困難，存有盲區(qū)，另外整體剛性也有些差。2 研究?jī)?nèi)容及工作方案內(nèi)容：(1)吸附功能 采用不受壁面材料限制的真空吸附法或負(fù)壓吸附法，吸附在壁面上。采用多吸盤結(jié)構(gòu)形式，以增大吸附力，避免當(dāng)壁面凸凹不平時(shí)，因?yàn)閱蝹€(gè)吸盤漏氣，從而使吸附力下降、承載能力降低的情況出現(xiàn)，提高吸附結(jié)構(gòu)的可靠性。 (2)移動(dòng)功能 移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用框架式或履帶式，這兩種方式對(duì)壁面適應(yīng)性強(qiáng)，著地面積大，可以滿足對(duì)壁面的適應(yīng)能力及越障能力，實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)。 (3)清洗功能 由直流電機(jī)、滾刷、接水板和刮水板組成。直流電機(jī)在驅(qū)動(dòng)器控;lilt白動(dòng)實(shí)

19、現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，帶動(dòng)滾刷以一定速度勻速旋轉(zhuǎn)清洗壁面。 (4)回收功能清洗完后的污水經(jīng)過濾器流回水箱，節(jié)約用水，提高清洗效率。方案：為實(shí)現(xiàn)高空清洗作業(yè)的目的，機(jī)器人首先必須具有在壁面_L的吸附和移動(dòng)功能，此外還應(yīng)該有相應(yīng)的清洗作業(yè)功能、控制功能、供應(yīng)功能等。所以壁面清洗機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)包括機(jī)器人木體、控制系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、供應(yīng)保障系統(tǒng)四大部分。(1)機(jī)器人木體主要包括吸附和移動(dòng)兩大部分。吸盤部分可以產(chǎn)生足夠大的吸附力使機(jī)器人木體安全可靠地吸附在工作壁面上。移動(dòng)部分包括直線行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)(木次設(shè)計(jì)只實(shí)現(xiàn)直線行走)，直線行走部分靠一個(gè)雙作用氣缸的仲縮來(lái)完成。(2)控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是通控制盒完成機(jī)器人在壁

20、面的作業(yè)功能。它主要由控制盒和可編程控制器構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)一遵循可靠、小型、輕量、便于維護(hù)的思想，直接安裝在機(jī)器人木體，結(jié)構(gòu)防水密封。(3)清洗系統(tǒng)的主要任務(wù)是清洗壁面，同時(shí)還要做到廢水的回收。主要實(shí)現(xiàn)方式的通過電機(jī)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到清洗日的，滾輪四周用雨刷封閉井帶有回水管到，從而達(dá)到清洗壁面和廢水回收的目的。(4)供應(yīng)保障系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)供氣、水、電等作業(yè)所需的東西。由空壓機(jī)、水泵和電源組成。它們由專門的管路送至機(jī)器人木體，實(shí)現(xiàn)作業(yè)功能。3擬解決主要問題壁面清洗機(jī)器人的研究經(jīng)歷十幾年的努力已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，壁面清洗機(jī)器人的基礎(chǔ)理論得到初步建立，但仍有很多問題需要完善和解決。 (1)附著方式選擇。

21、壁面清洗機(jī)器人的附著方式主要有真空吸附式、負(fù)壓吸附式、旋翼吸附式、磁力吸附式等，最近也有研究人員提出利用分子作用力進(jìn)行仿生附著的方法。每一種附著方式都有顯著的特點(diǎn)和限制條件，與壁面的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、高度、表面質(zhì)量、污染程度以及兒何形狀密切相關(guān)。附著方式的選擇必須綜合考慮上述各種因素影響，如何求得一個(gè)最優(yōu)解決方案，以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這是研究人員必須而對(duì)的問題。 (2)系統(tǒng)構(gòu)型原則。不同應(yīng)用對(duì)象，不同結(jié)構(gòu)形式的清洗機(jī)器人系統(tǒng)有一些共性的東西，這些共性問題對(duì)構(gòu)筑清洗機(jī)器人系統(tǒng)有指導(dǎo)意義。不同的系統(tǒng)構(gòu)型對(duì)機(jī)器人的性能產(chǎn)生重大影響，包括效率、安全性、成木等多個(gè)要素。對(duì)于一個(gè)給定的目標(biāo)，遵循某種原則進(jìn)行機(jī)器人

22、構(gòu)建，不僅可以減少人工成木，而目可以大幅提高效率。 (3)安全性和可靠性。壁面清洗機(jī)器人工作在高空極限環(huán)境，吸附裝置易受外界因素影響的特性，使清洗機(jī)器人安全性和可靠性具有特殊的重要意義。 (4)小型化低成木問題。小型化、低成木的清洗機(jī)器人具有非常廣闊的市場(chǎng)和社會(huì)價(jià)值，也是走進(jìn)千家萬(wàn)戶的必備條件。 (5)清洗工藝優(yōu)化。根據(jù)壁而結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、污染程度、污物成分和清潔度標(biāo)準(zhǔn)，采用何種清洗工藝，包括清洗裝置結(jié)構(gòu)形式、刷毛的壓力、速度參數(shù)、洗滌液的成分、流量、霧化程度和壓力、橡膠刮條的結(jié)構(gòu)、硬度和材質(zhì)等有一套與之配套的最佳工藝搭配，使清洗效率最優(yōu)。 （6)清潔度檢測(cè)技術(shù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。口常條件清潔度由人工日測(cè)

23、確定，但對(duì)于高空作業(yè)清洗目測(cè)的方法受到限制。因此清潔度檢測(cè)技術(shù)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在機(jī)器人清洗中非常重要，但目前尚無(wú)文獻(xiàn)介紹。 (7)越障及盲區(qū)。障礙是壁面清洗機(jī)器人無(wú)法回避的，主動(dòng)越障和被動(dòng)越障各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者可以保持機(jī)器人平穩(wěn)的位姿，但控制復(fù)雜，降低效率，后者克服了前者的缺點(diǎn)，卻不能秉承其優(yōu)點(diǎn)。盲區(qū)是障礙的衍生物，采取理想的越障方式是縮小盲區(qū)的有效途徑。 (8)能源問題。移動(dòng)機(jī)器人的能源供給方式有兩種:有纜供電和自備電池，前者限制了機(jī)器人的移動(dòng)范圍和工作場(chǎng)所，后者制約著機(jī)器人連續(xù)工作時(shí)間和輸出功率。能源問題一直是困擾移動(dòng)機(jī)器人的重要因素。 (9)控制器及控制方法。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中具有感知與行動(dòng)緊禍合的特

24、點(diǎn)，為滿足機(jī)器人多任務(wù)、多線程控制的實(shí)時(shí)性要求，控制器結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)機(jī)器人。同時(shí)良好的使用性、遙操作性、能源供給問題以及作為實(shí)用樣機(jī)的經(jīng)濟(jì)性都是控制系統(tǒng)設(shè)中應(yīng)考慮的因素。 (10)檢測(cè)裝置和算法。機(jī)器人在作業(yè)過程中必須感知自身的位置，同時(shí)通過對(duì)各種障礙物以及壁面特征的檢測(cè)和融合，完成對(duì)環(huán)境的重構(gòu)，并以此為依據(jù)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。因此必須選用合適的傳感器，為機(jī)器人提供完備的信息，甚至從多傳感器融合技術(shù)謀求解決方案。4研究支持條件（使用儀器或設(shè)備）實(shí)驗(yàn)設(shè)備如下:(1)自攀爬壁面清洗機(jī)器人樣機(jī)一臺(tái)(含機(jī)載控制器);(2)筆記本電腦一臺(tái);(3)控制盒;(4) 11.1V直流電源；(5) 24V電源

25、線和CAN總線通訊線。5預(yù)期研究成果（研究論文、設(shè)計(jì)、專利、產(chǎn)品、鑒定、推廣應(yīng)用等）(1)建立了壁面清洗機(jī)器人的附著力學(xué)模型，直觀、準(zhǔn)確地分析了壁面機(jī)器人的附著機(jī)理?；诖四Ｐ瓦M(jìn)行了力學(xué)分析，為壁面清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。(2)提出了壁面清洗機(jī)器人的自攀爬構(gòu)型，分析了該構(gòu)型的力學(xué)特征和設(shè)一計(jì)原則，并針對(duì)玻璃壁面清洗的應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人設(shè)計(jì)，并成功應(yīng)用于辦公大樓玻璃外墻的清洗作業(yè)。(3)本課題所研制真空吸附式壁面清洗機(jī)器人與國(guó)內(nèi)同類機(jī)器人相比，具有體積小，重量輕的特點(diǎn)，使機(jī)器人在貼緊壁面時(shí)不需要太大的吸附力，減少了吸盤使用的個(gè)數(shù)，減輕了空氣壓縮機(jī)的負(fù)擔(dān)。 (4)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)部分均采用氣缸推動(dòng)

26、實(shí)現(xiàn)，即動(dòng)力通過氣動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。氣缸相比于電機(jī)，具有重量輕，控制方便的特點(diǎn)，使得機(jī)器人在控制方面更簡(jiǎn)單，減少故障發(fā)生的概率。 (5)機(jī)器人采用框架式結(jié)構(gòu)，利用負(fù)壓吸附原理，實(shí)現(xiàn)了在光滑壁面上的吸附功能、爬行功能、清洗功能和污水回收功能，并自帶一套視頻觀測(cè)系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)安全可靠。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程中，機(jī)器人在豎直壁面上運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行速度合理，清洗效果較好;吸附力具有較大的冗余，有利于系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展。6項(xiàng)目創(chuàng)新之處（原始創(chuàng)新：重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明；集成創(chuàng)新：融合多種相關(guān)技術(shù)，形成新產(chǎn)品、新產(chǎn)業(yè)；引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新：在引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)、分析、借鑒，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)

27、的新技術(shù)）第一、對(duì)壁面清洗機(jī)器人附著技術(shù)問題進(jìn)行了研究。在總結(jié)以前的壁面清洗機(jī)器人附著技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了壁面清洗機(jī)器人的附著力學(xué)模型，從而使壁面機(jī)器人的附著分析更為直觀和明確。 第二、對(duì)自攀爬壁面清洗機(jī)器人的構(gòu)型及設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了研究。在分析壁面清洗機(jī)器人的約束條件和基木功能的基礎(chǔ)上，提出了壁面清洗機(jī)器人的自攀爬機(jī)構(gòu)，并分析了其力學(xué)特征和設(shè)計(jì)原則。建立了壁面清洗機(jī)器人構(gòu)型，為此類機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。 第三、結(jié)合真空吸附式壁面清洗機(jī)器人的具體功能要求，構(gòu)建了機(jī)器人控制體系結(jié)構(gòu)。三、計(jì)劃項(xiàng)目管理（800 字以內(nèi)）計(jì)劃項(xiàng)目人員分工林威負(fù)責(zé)程序的編寫及調(diào)試。陳秋景負(fù)責(zé)機(jī)械構(gòu)件的繪制。楊家明

28、負(fù)責(zé)畫電路以及PCB的制作。計(jì)劃項(xiàng)目研究時(shí)間安排（查閱資料 、選題、項(xiàng)目研究方案、開題報(bào)告、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理與分析、研制開發(fā)、結(jié)題、撰寫研究論文和總結(jié)報(bào)告、參加結(jié)題答辯和成果推廣等）4月進(jìn)行項(xiàng)目的資料查詢檢索以及整理5月對(duì)項(xiàng)目方案進(jìn)行可行性研究6月對(duì)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)7月制作機(jī)械部分8月電路繪制開始，同時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)基本完成9月對(duì)調(diào)試電路進(jìn)行PCB打樣10月電路測(cè)試11月次年2月 漫長(zhǎng)的程序編寫及調(diào)試次年3月作品完成，結(jié)題以及撰寫論文四、計(jì)劃項(xiàng)目條件保障（800字以內(nèi)）1、經(jīng)費(fèi)預(yù)算及使用計(jì)劃（材料費(fèi)、資料費(fèi)、版面費(fèi)、鑒定費(fèi)、專利費(fèi)等） 元件名稱 元件型號(hào) 數(shù)量單件重量備注 氣源 V 0.2

29、5/8 1 向吸盤供氣，最大出口壓力 =0.8Mpa BM-0.1/8 1 向其他元件供氣，最大出口 壓力=0.8Mpa 電磁閥 4V230C-08 2 2758 三位五通，控制平動(dòng)氣缸 4V210-08 3 180g 二位三通，控制其他氣缸氣缸 TN 1 G-40 9 300g 用于腳部提升和雨刷壓緊 MAL 32* 175 2 SOOg 用于縱、橫向平動(dòng) 真空發(fā)生器CV 15HR 2 lOSg 使吸盤產(chǎn)生真空吸附吸盤 盤口徑=80mm 12 SOg 吸附壁面 真空安全閥 12 100g 安全保險(xiǎn)裝置 吸盤支座 標(biāo)準(zhǔn)件 12 GSg 安裝吸盤 腳部安裝板加土件 4 2108 固定腳部吸盤 氣管 管徑=6mm 約8m未知 通氣 管徑=8mm 約2m未知 通氣 節(jié)流閥 管徑二Gmm G 忽略 控制氣流速度 快插接頭 二通 2 忽略 連接氣管 三通 1G 忽略 連接氣管 四通 4 忽略 連接氣管 滑竿支座 SK10 8 25g 支撐滑竿 滑塊 SK10A 8 45 固定滑竿 各芯片及零件3000元 PCB制版費(fèi)用500元 零件加工500元 總計(jì)4000元2、資源保障（實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、科研實(shí)驗(yàn)室、研究所、科教實(shí)踐基地、儀器設(shè)備、文獻(xiàn)資料等） 各期刊網(wǎng)站的文獻(xiàn) 實(shí)驗(yàn)室的示波器以及