玻璃自動除塵設(shè)備的設(shè)計

濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計-PAGE4-1前言1.1擦窗機器人概述機器人是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。擦窗機器人是一種仿人操作，模仿人工作業(yè)的部分動作，具有可持續(xù)長時間工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說他是機器進化的產(chǎn)物。隨著城市的發(fā)展，越來越多的高城建筑純粹安在大都市中。高層建筑玻璃幕墻的清洗是一種繁重而危險的工作。人工清洗不僅費用高、效率低，而且十分危險。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展。出現(xiàn)了各種各樣的特種機器人，這為解決高層建筑幕墻的清洗問題提供了一個新思路。由于擦窗機器人在高空中工作，驅(qū)動與重量效率比是一個很重要的性能指標(biāo)。從某種意義上來說擦窗機器人是機器人進化的產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)設(shè)備，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化裝備。在生活生產(chǎn)中，是用機械手可以提高工作的自動化水平和勞動生產(chǎn)率：可以減輕勞動強度、保證擦洗質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高樓層、低安全系數(shù)、人工難以達到及對身體有傷害的惡劣環(huán)境中，他能代替人們工作，意義非常重大。因此，隨著玻璃幕墻建筑物的推廣，這種擦窗機器人正得到越來越廣泛的引用.這種擦窗機器人的專用性強目前僅應(yīng)用于玻璃表面的清洗，但是未來如果可以應(yīng)用這種技術(shù)并將其稍加改進將會有可能應(yīng)用于很多領(lǐng)域，因此它具有很廣的發(fā)展前途。1.2擦窗機器人的組成及分類擦窗機器人是的主要組成部分：行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示[2]。圖1.1系統(tǒng)關(guān)系方框圖(一)執(zhí)行機構(gòu)功能的實現(xiàn)主要是通過兩個機構(gòu)來完成的——樓頂升降裝置和爬壁小車，因此其執(zhí)行機構(gòu)也由這兩個裝置來決定。樓頂升降裝置的執(zhí)行機構(gòu)主要包括纜繩支架、纜繩、蝸輪蝸桿減速器、導(dǎo)向小車和導(dǎo)軌等部分組成；爬壁小車的主要執(zhí)行機構(gòu)是包括輥刷、雨刮、噴嘴、水箱、纜繩滑輪等部分組成。1、導(dǎo)軌導(dǎo)軌即是與樓小車配合的導(dǎo)向機構(gòu)。該導(dǎo)軌的長度是根據(jù)玻璃幕墻的寬度來設(shè)置的，導(dǎo)軌的長度決定了該擦窗機器人的有效作業(yè)面積。由于樓頂小車同時還擔(dān)負著爬壁小車的重量因此有可能會發(fā)生傾覆，為了避免產(chǎn)生傾覆，該導(dǎo)軌要設(shè)置成燕尾槽型的，可有效的防止產(chǎn)生傾覆。2、雨刮雨刮即是仿照汽車雨刮的原理，將輥刷沒有清理干凈的污物在清潔劑的幫助下清潔干凈。該雨刮設(shè)置在正中央，這樣更加有利于爬壁小車的雙向工作，其前后各有一排噴嘴。3、纜繩是連接樓頂升降小車和爬壁小車的部件，并可用來調(diào)整爬壁小車的方位與速度。4、噴嘴噴嘴和導(dǎo)管相連，導(dǎo)管和水泵相連，水泵和水箱相連，里面的液體是水和清潔劑的混合溶液，而噴嘴的作用是將導(dǎo)管里的清潔劑霧化并噴灑與于玻璃表面輔助完成清理功能。該噴嘴有兩排分別位于雨刮的兩側(cè)5、蝸輪蝸桿減速器蝸輪蝸桿減速器是實現(xiàn)爬壁小車低速勻速運動的機構(gòu)，6、纜繩支架即是纜繩的儲存裝置，該纜繩支架隨著蝸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，它通過兩個定位銷固定。纜繩隨著支架的轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)卷入卷出，隨著纜繩的卷入卷出爬壁小車也邊實現(xiàn)上升與下降。7、纜繩滑輪纜繩滑輪共有兩個并固定于爬壁小車的兩側(cè)，纜繩通過樓頂小車的纜繩支架依次穿過這兩個滑輪并最終固定于樓頂小車上，這樣設(shè)計的目的在于有利于爬壁小車的平衡。8、纜繩滑輪纜繩滑輪共有兩個并固定于爬壁小車的兩側(cè)，纜繩通過樓頂小車的纜繩支架依次穿過這兩個滑輪并最終固定于樓頂小車上，這樣設(shè)計的目的在于有利于爬壁小車的平衡。9、輥刷輥刷即是清潔的執(zhí)行機構(gòu)，它所作用的對象是玻璃表面的灰塵和較難清理的污物。該輥刷是有三部分組成，龍骨、輥輪和毛刷組成。爬壁小車工有兩個輥刷，因其可以實現(xiàn)前進與倒退因此前后各一個，放置于小車的前后兩端。10、水箱水箱即是清潔劑的儲存場所。(二)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著爬壁機器人按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著爬壁機器人按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予其的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對它的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(三)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動機器人執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動?？刂葡到y(tǒng)是支配其按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前該擦窗機器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。而本次設(shè)計所采用的驅(qū)動系統(tǒng)則是通過機械傳動的方式來實現(xiàn)。此系統(tǒng)共需兩部電機，一部支流電機通過蝸輪蝸桿減速器控制爬壁小車的運動，一部步進電機用來實現(xiàn)樓頂小車的前進。(四)位置檢測裝置控制執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達到設(shè)定位置.目前爬壁機器人的種類很多，大體可以按照吸附和移動兩種方式來分類。（一）按其吸附方式可以分為以下即是其兩種[3]：1、單吸盤輪式爬壁機器人圖1.2單吸盤輪式氣囊密封結(jié)構(gòu)有吸附機構(gòu)和移動機構(gòu)兩大部分,如上圖所示。移動機構(gòu)由電機、減速器、車輪構(gòu)成,吸附機構(gòu)包括真空泵、壓力調(diào)節(jié)閥、密封機構(gòu)等.真空泵是產(chǎn)生負壓的裝置,其功能是不斷地從負壓腔內(nèi)抽出空氣,使負壓腔內(nèi)形成一定程度的真空度.為維持機器人負壓腔內(nèi)的負壓,還需要有密封機構(gòu),使機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)動機構(gòu)產(chǎn)生足夠的摩擦力以實現(xiàn)移動功能。2、磁吸附履帶式壁面爬行機器人由于永磁鐵吸附不許外部能量,易于控制,磁吸附爬壁機器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu).在履帶一周上安裝有數(shù)十個永磁吸附塊,其中的一部分緊緊地吸附在壁面上,并形成一定的吸附力,通過履帶(由鏈條和永磁塊組成)使機器人貼附在壁面上。機器人在壁面上的移動靠履帶來完成,移動時,履帶的旋轉(zhuǎn)使最后的吸附塊在脫離壁面的同時又使上面的一個吸附塊吸附于壁面,這樣周而復(fù)始,就實現(xiàn)了機器人在壁面上的爬行.（二）按其移動方式可以分為：1、輪式配置多個車輪,每個輪子都由電機驅(qū)動,帶動機器人行走移動速度較快,行走控制簡單,著地面積小,維持吸附力較困難。2、履帶式由電機驅(qū)動兩個無軌道履帶推動機器人著地面積大,對于壁面的適應(yīng)性強,但體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。3、腳式通過多個腳的反復(fù)吸附與脫落,移動機器人概要移動困難,移動速度慢,帶載能力強。1.3國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r國外機器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢:(1)工業(yè)機器人性能不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和維修)，而單機價格不斷下降，平均單機價格從91年的10.3萬美元降至97年的65萬美元。(2)機械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機、減速機、檢測系統(tǒng)三位一體化:由關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機器人整機;國外已有模塊化裝配機器人產(chǎn)品問市。(3)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化;器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu):大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。(4)機器人中的傳感器作用日益重要，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進行環(huán)境建模及決策控制;多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。(5)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制，如使遙控機器人操作者產(chǎn)生置身于遠端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機器人。(6)當(dāng)代遙控機器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機器人的人機交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發(fā)射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統(tǒng)成功應(yīng)用的最著名實例。(7)機器人化機械開始興起[4]。從94年美國開發(fā)出“虛擬軸機床”以來，這種新型裝置已成為國際研究的熱點之一，紛紛探索開拓其實際應(yīng)用的領(lǐng)域。我國的工業(yè)機器人從80年代“七五”科技攻關(guān)開始起步，在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān)，目前己基本掌握了機器人操作機的設(shè)計制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、點焊、裝配、搬運等機器人;其中有130多臺套噴漆機器人在二十余家企業(yè)的近30條自動噴漆生產(chǎn)線(站)上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機器人己應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。但總的來看，我國的工業(yè)機器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，如:可靠性低于國外產(chǎn)品:機器人應(yīng)用工程起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外比有差距;在應(yīng)用規(guī)模上，我國己安裝的國產(chǎn)工業(yè)機器人約200臺，約占全球已安裝臺數(shù)的萬分之四。以上原因主要是沒有形成機器人產(chǎn)業(yè)，當(dāng)前我國的機器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本也不低，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進產(chǎn)業(yè)化進程。我國的智能機器人和特種機器人在“863”計劃的支持下，也取得了不少成果。其中最為突出的是水下機器人，6000m水下無纜機器人的成果居世界領(lǐng)先水平，還開發(fā)出直接遙控機器人、雙臂協(xié)調(diào)控制機器人、爬壁機器人、管道機器人等機種:在機器人視覺、力覺、觸覺、聲覺等基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上開展了不少工作，有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、遙控加局部自主系統(tǒng)遙控機器人、智能裝配機器人、機器人化機械等的開發(fā)應(yīng)用方面則剛剛起步，與國外先進水平差距較大，需要在原有成績的基礎(chǔ)上，有重點地系統(tǒng)攻關(guān)，才能形成系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品，以期在“十五”1.4課題的提出及主要任務(wù)1.4.1課題的提出隨著城市建設(shè)的發(fā)展,越來越多的高層建筑聳立在現(xiàn)代都市。為了美觀及采光,不少高層建筑都采用了玻璃幕墻,這就帶來了玻璃窗(頂棚、壁面)的清洗問題。高大建筑物的玻璃窗清洗是一項繁重而危險的工作,目前在國內(nèi)外使用的方法主要有兩種,1、靠升降平臺或吊籃搭載清潔工進行玻璃窗戶和壁面的人工清洗;2、另一種是采用各種方法例如氣動或磁吸附等方式讓擦窗機器人自動的移動于玻璃幕墻表面來實現(xiàn)清潔功能,。這幾種方法都有很大的弊端，其缺點如下：1、工作效率底下。就上述第以種方法來說，采用吊籃承載工人由工人手工完成擦洗工作，這種方式的效率極其低下，不能實現(xiàn)大規(guī)模自動化作業(yè)。2、安全系低下。就上述第二種類型的機器人來說，這種方式?jīng)]有安全保護措施，僅僅是依靠機器人自身的吸附力來完成吸附功能，機器人很容易與壁面脫落墜向地面從而造成事故。例如采用氣動的方式時，萬一遇到表面凹凸不平時很容易造成脫落，而磁吸附原理的機器人在遇到表面導(dǎo)磁性能不強的地方時也會造成事故。3、清潔質(zhì)量不能得到保障。例如采用吊籃人工清潔時，其清潔質(zhì)量很大程度上取決于工人的精神狀態(tài)，當(dāng)工人勞作到一定程度時其工作質(zhì)量便不易得到保障。而采用本文所述的采用安裝在樓頂?shù)能壍兰八鞯跸到y(tǒng)將擦窗機對準(zhǔn)窗戶進行自動擦洗的原理即擦窗機器人則會解決以上的問題。對應(yīng)于以上的幾種方式而言其優(yōu)點主要為：1、工作效率高。由于采用的時自動的擦窗機器人來進行清洗，其自動化程度高，通過該變其控制條件則會很大程度的提高工作效率。2、安全系數(shù)高。由于操作人員只是在樓頂進行控制而并不直接隨著吊籃從事清潔工作因此不會造成人員事故；另一方面，因為爬壁小車采用的時吊索的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)吸附與移動功能，因此也不會造成小車墜落而造成事故。3、清潔質(zhì)量高。因為其自動化程度高，可以反復(fù)的對一個地方驚醒多次擦洗，而且其工作質(zhì)量也不會像人工一樣隨著強度的增加而降低。其次，其清潔系統(tǒng)非常完善，采用三道工序完成對玻璃表面的清潔工作。4、發(fā)展前景廣闊。這種爬壁機器人還可以推廣到一些其他領(lǐng)域比如用于石油、化工及城市煤氣等大罐的安全檢查、除銹、配置上噴漆及除塵設(shè)備。還可以用來噴涂船體外壁和高層建筑，消防等工作。此外還可以應(yīng)用于核工業(yè)，例如對核廢液儲罐進行視覺檢查、測厚及焊縫探傷等。總之其應(yīng)用前景十分廣闊。1.4.1課題的主要任務(wù)本課題將要完成的主要任務(wù)如下:(1)本設(shè)計為專業(yè)性強，但是除了軌道外其他的裝置要求具有很高的通用性；(2)設(shè)計出其清潔執(zhí)行機構(gòu)包括毛刷、噴嘴和雨刮的具體方案；(3)設(shè)計出樓頂小車的具體結(jié)構(gòu)及其各項技術(shù)參數(shù)。包括圈養(yǎng)機構(gòu)，減速裝置，驅(qū)動系統(tǒng)等；(4)設(shè)計方案將樓頂小車和爬壁小車兩者良好的結(jié)合起來；(5)根據(jù)以上的要求繪制裝配圖和零件圖；(6)根據(jù)其控制要求設(shè)計出其控制系統(tǒng)并繪制出其電路原理圖。

2擦窗機器人的設(shè)計方案對擦窗機器人的基本要求是能自由移動于玻璃幕墻表面，并且能到達玻璃幕墻的任何以一個角落。這就要求該爬壁小車能沿著玻璃幕墻表面的X-Y方向自由的移動。其次在移動方面還有速度的要求，因為清潔過程需要勻速且速度不能過快，因此在速度方面我們要通過選擇合適的電機和設(shè)計合適的減速器來予以實現(xiàn)，而這些裝置都存在于樓頂小車上面，因此在設(shè)計樓頂小車的尺寸等參數(shù)時要根據(jù)這些要求來予以設(shè)計。同時纜繩的伸長與收縮裝置也必須予以設(shè)計。而對于爬壁小車，其是具體的執(zhí)行機構(gòu)，這就要求它在清洗過程中要針對不同的污物進行清理，比如較難清理污物的和玻璃表面極易清除的灰塵。因此要對它的執(zhí)行裝置進行詳細合理的設(shè)計。另外在此爬壁小車?yán)锩嫱瑫r存在一個電機，該電機的主要作用是驅(qū)動輥刷轉(zhuǎn)動，因此該電機的轉(zhuǎn)速及型號也需要確定。其次爬壁小車的傳動裝置也需要進行詳細設(shè)計，此次設(shè)計采用的是鏈傳動因此需要對鏈輪進行設(shè)計并根據(jù)設(shè)計選擇合適的滾子鏈型號。另外我們還需要對其清潔劑噴灑裝置進行設(shè)計，采用的是水泵、導(dǎo)管和噴嘴的聯(lián)合裝置來予以實現(xiàn)清潔劑的噴灑。清潔劑的存放采用的方案是將爬壁小車的上部安裝一個水箱，然后根據(jù)需要添加定量的清潔劑，然后規(guī)定的幾個行程后再到樓頂進行清潔劑的添加。因為其采用的是纜繩吊籃機構(gòu)，因此水箱的完全可以設(shè)置在爬壁小車上，這就需要對樓頂小車種安裝的電機的要求相應(yīng)增加。這就是這次設(shè)計的基本方案，在設(shè)計的過程中應(yīng)當(dāng)盡量選用定型的標(biāo)準(zhǔn)組件，簡化設(shè)計制造過程，兼顧通用性和專用性，并能實現(xiàn)柔性轉(zhuǎn)換和編程控制。2.1擦窗機器人的總方案設(shè)計綜上所述我們可以對此次設(shè)計的方案由個大體的了解，其主體由兩個方面：樓頂升降小車和爬壁小車兩部分組成。其安裝示意圖如下：圖2.1擦窗機器人的總體方案示意圖2.2擦窗機器人的技術(shù)參數(shù)列表一、用途:用于玻璃幕墻的自動除塵。二、設(shè)計技術(shù)參數(shù):1、有效清洗寬度即爬壁機器人寬度1000mm2、爬壁機器人長度774mm3、爬壁機器人高度305mm4、爬壁機器人最大上升高度50m5、爬壁機器人橫向移動距離（與樓頂軌道相對應(yīng)，針對特定建筑）500m6、樓頂升降小車每次步進距離1000mm7、纜繩長度110m8、軌道長度505m9、水箱尺寸400×400×100mm10、驅(qū)動方式機械傳動11、控制方式單片機控制接下來我們接對樓頂小車、爬壁小車、提升裝置及控制系統(tǒng)分別予以討論說明。

3爬壁小車的設(shè)計爬壁小車即是該擦窗機器人的具體執(zhí)行機構(gòu)，它的作用就是完成玻璃幕墻表面的清潔工作。其功能的實現(xiàn)是通過輥刷、噴嘴及雨刮聯(lián)合作用來實現(xiàn)的，而其升降是通過樓頂小車的升降裝置來實現(xiàn)的，其輥刷轉(zhuǎn)動的驅(qū)動力則是由一臺直流電機提供，而其傳動裝置則是靠鏈傳動來予以實現(xiàn)。3.1直流電機的選型與設(shè)計該直流電動機的作用主要是驅(qū)動輥刷的轉(zhuǎn)動因此我們可以根據(jù)其功率及適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速來進行選型[5]。首先我們可以通過試驗得到玻璃幕墻表面和毛刷之間滾動的摩擦系數(shù)=0.3初步設(shè)定爬壁小車的質(zhì)量m=35kg則可以計算出爬壁小車在玻璃表面運動的摩擦阻力為：f=mg(3-1)=0.3359.8=102.9(N)初設(shè)爬壁小車在玻璃幕墻上的移動速度為V=0.5m/s則可以計算出其功率P=fv(3-2)=102.90.5=51.8(W)則可以求出所需電機的功率為：=(3-3)==57.56(W)因此由以上拘束參數(shù)可以選擇電機的型號為：Z3-11直流電機。3.2鏈輪的選擇與計算鏈輪是爬壁小車兩個龍骨的傳動裝置。其安裝結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3.1鏈輪-龍骨-電機安裝示意圖由上圖可知，為了能讓前后兩個輥刷的轉(zhuǎn)向保持一致，我們必須要安裝一過度鏈輪組。1、首先我們應(yīng)設(shè)計出與電機相配合的鏈輪的參數(shù)：選用滾子鏈的型號為RS35，節(jié)距P=9.525，其鏈輪的齒數(shù)設(shè)為z=10[6]。則我們可以設(shè)計出與之配合的鏈輪的技術(shù)參數(shù)：分度圓直徑：d=(3-4)==30.82(mm)齒頂圓直徑：=d+p(1-)-(3-5)=30.82+9.525(1-)-5.08=33.82(mm)=d+1.25p-(3-6)=30.82+1.259.525-5.08=37.61(mm)齒根圓直徑:=d-=30.82-5.08=25.74(mm)齒高:=0.5(p-)(3-7)=0.5(9.525-5.08)=2.22(mm)=0.625p-0.5+(3-8)=0.6259.525-0.55.08+=4.18(mm)確定的最大軸凸緣直徑：=pcot-1.04-0.76=9.525cot-1.048.26-0.76=20.00(mm)由以上的計算則可以設(shè)計出鏈輪如下圖所示：圖3.2鏈輪2、由于電機的轉(zhuǎn)速較高，而過高的轉(zhuǎn)速對輥刷的壽命由很的的影響，因此我們需要利用鏈輪對其進行減速，因此我們可以根據(jù)所實際需要的和與之配合的滾子鏈來設(shè)計與龍骨相連的鏈輪的參數(shù)：適配鏈號：RS35,節(jié)距p=9.525,齒數(shù)設(shè)計為z=22,分度圓直徑：d===66.93(mm)齒頂圓直徑：=d+p(1-)-=66.93+9.525(1-)-5.08=70.68(mm)=d+1.25p-=66.93+1.259.525-5.08=73.75(mm)齒根圓直徑:=d-=66.93-5.08=61.85齒高:=0.5(p-)=0.5＊(9.525-5.08)=2.22(mm)=0.625p-0.5+=0.625＊9.525-0.55.08+=3.76(mm)確定的最大軸凸緣直徑：=pcot-1.04-0.76=9.525cot-1.048.26-0.76=56.90(mm)故我們可以得出鏈輪如下圖所示：圖3.3鏈輪23.3水箱設(shè)計由于水箱的作用是儲存洗滌劑，并且其作用原理是：在機器人工作之前就往水箱里面諸如一定的洗滌劑，由于受到爬壁小車總重量的制約，因此水箱的容積不能過大，應(yīng)當(dāng)設(shè)定其在工作一個行程爬壁機器人到達樓頂時由人工手動增加清潔劑，這樣可以由效的減輕爬壁小車的重量，從而降低對電機的負載及要求。查有關(guān)資料及試驗可以得到每秒鐘所有噴嘴所噴出的清潔劑的總量為7.5ml已知樓層高為s=50m，爬壁小車的爬行速度為v=0.5(m/s)則一個行程所用時間為：t===200(s)則一個行程所需要的清潔劑的總量為：V=t=7.5200=1500(ml)因此水箱的總?cè)莘e應(yīng)當(dāng)大于1500(ml)故我們設(shè)計水箱的體積為：400400100(mm)

4樓頂升降小車樓頂升降小車是該玻璃除塵裝置的動力提供裝置，既保證爬壁小車能沿著壁面豎直方向內(nèi)移動，同時又需保證爬壁小車能在玻璃幕墻表面進行水平左右移動，另外樓頂小車上還裝有提升裝置，因此樓頂小車的設(shè)計將很大程度上決定整個玻璃除塵裝置的結(jié)構(gòu)及其性能。如下我們將會依次介紹樓頂升降小車的各個結(jié)構(gòu)部分，包括其提升裝置電機的選型、軸承的選擇、步進電機的選型及其軌道的設(shè)計等。4.1提升裝置電機的選型提升裝置的主要作用是能夠保證爬壁小車能夠以一個較小的速度v=0.5m/s勻速沿著玻璃幕墻豎直方向內(nèi)上下爬動，這也就直接決定了其直流電機的技術(shù)參數(shù)：由p=Fv=mgv=359.80.5=171.5(w)則=(4-1)其中傳遞效率包括蝸桿的傳動效率和聯(lián)軸器的傳動效率，查手冊可以得知=0.97，=.99則總傳遞效率=(4-2)=0.970.99=0.96因此可以求得===178.6(w)該裝置除了對電機的功率不由要求外，轉(zhuǎn)速也是電機選型的重要因素，因為要滿足爬壁小車要沿著玻璃壁面以以個較小的速度勻速運動，因此在滿足功率的要求下應(yīng)當(dāng)盡量選取轉(zhuǎn)速較小的電機，選擇型號為Z3-52直流電機。4.2提升裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計該提升裝置的主要作用是纜繩的收集與發(fā)放，而要實現(xiàn)該功能，必須要使纜繩支架隨著蝸輪的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)，因此我們需要將蝸輪軸和該提升裝置連接起來。而要實現(xiàn)這種連接可以采用很多方法，但是這里為了方便于裝配，我們采用兩個定位銷來實現(xiàn)。該提升裝置另一個重要的地方即是纜繩電腦存放，為了使纜繩在使用的過程中不至于散亂、打結(jié)，因此我們需要纜繩支架的兩端要有兩個擋板[3]。綜上所述，我們可以得到該提升裝置的結(jié)構(gòu)為下圖所示：圖4.1提升裝置示意圖4.3提升裝置軸承的計算類型由于提升裝置的要求不高，因此我們采用深溝球軸承的形式。由上述提升裝置的軸端直徑為95，而考慮到軸肩不能過大，因此設(shè)定軸肩為5，所以與軸承配合的軸徑為85.根據(jù)d=85選取深溝球軸承，型號初定為6107，一下即是對該軸承式是否合適進行校核：1、求比值==0.49根據(jù)《機械設(shè)計》（第八版）[7]表13-5，深溝球軸承的最大e值為0.44，故此時>e。2、初步計算當(dāng)量動載荷P，根據(jù)P=（X+Y）(4-3)按照表13-6，=1.2按照表13-5，X=0.56，Y值需在已知型號和基本而定靜載荷后才能求出，現(xiàn)暫選以近似中間值，取Y=1.5,則P=1.2（0.565500+1.52700）N=8556(N)3、根據(jù)式（13-6），求軸承應(yīng)有的基本額定動載荷值C=P(4-4)=8556=49375(N)而6107的基本額定動載荷為50800(N),因此該軸承6107合適。4.4軌道與車輪的設(shè)計本軌道的作用主要是起到導(dǎo)向的作用，同時還必須具有防傾覆的作用，因此根據(jù)以上的要求可以將導(dǎo)軌設(shè)計成如下結(jié)構(gòu)：圖4.2導(dǎo)軌左視圖設(shè)計成上圖這種燕尾槽的形式可以有效的防止傾覆同時根據(jù)軌道的形狀我們同樣可以設(shè)計出與之配合的車輪的結(jié)構(gòu)：4.5步進電機的選擇樓頂提升裝置的橫向移動是靠該步進電機來驅(qū)動的，而該擦窗機器人的執(zhí)行機構(gòu)—爬壁小車部分水平方向的移動距離是由實際工作要求來決定的，其設(shè)計一般是根據(jù)工作對象即玻璃的寬度來決定的，當(dāng)然，在實際的工作過程中還需要對步進電機通過控制系統(tǒng)的控制，使它的靈活性增加，可以完成對特殊表面的反復(fù)集中清洗。該步進電機的的選擇是根據(jù)其功率步距角的要求來進行選擇的，為了滿足上述要求我們選擇四相八拍步進電機，型號為70F004.步距角為0.0/1.8,滿足其位置控制精度。

5提升裝置的總體設(shè)計提升裝置是利用了兩個動滑輪的原理來實現(xiàn)其功能的。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：圖5.1提升裝置結(jié)構(gòu)示意圖采用這種動滑輪的優(yōu)點是，能夠很好的保持爬壁小車的平衡性和穩(wěn)定性，防止爬壁小車在工作過程中因受力不均而造成跳動及傾覆。如上圖所示，該動滑輪和爬壁小車相連，纜繩穿過該組動滑輪，其一端和樓頂小車的提升裝置連接在一起，一端固定于樓頂小車的纜繩支架上，這樣爬壁小車的移動距離恰是纜繩收放長度的一半。濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第四章樓頂升降小車6控制系統(tǒng)的設(shè)計控制系統(tǒng)是整個擦窗機器人的指揮系統(tǒng)，是保證其正常工作的中樞系統(tǒng)，而此設(shè)計控制系統(tǒng)的核心部件是單片機，此次設(shè)計采用的單片機型號是MCS-51系列單片機8051[8][9][10]。6.18051簡介8051的引腳圖如下圖所示圖6.18051引腳圖I/O端口：P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7，P3.0～P3.7。P0、P1、P2、P3的I/O口都是雙向的，而且每個口都具有鎖存器。每個口有8條引線，共計32條I/O線。各端口功能如下：1．P0：(1)外部擴充存儲器時，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（D0～D7）。(2)外部擴充存儲器時，當(dāng)作地址總線（D0～D7）。(3)不擴充時，可作一般I/O使用，但上部不上拉電阻，作為輸入輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。2．P1：只做I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。3．P2：(1)外部擴充存儲器時，當(dāng)作地址總線（A0～A15）使用。(2)只做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。4．P4：除作為一般I/O接口使用外，還有一些特殊功能。5．VDD：電源+5V；VSS：GND接地。6．RESET：此腳為高電平時（約兩個及其周期）可將CPU復(fù)位。7．ALE/PROG地址鎖存使能信號端：(1)8051外接RAM/ROM：ALE接地址鎖存器8282的STB腳，74373的CN腳，但CPU對外部存儲器進行存取時，用以鎖住該地址的低位地址。(2)8051未接RAM/ROM：ALE腳也會有1/6石英晶體的振蕩頻率，可作為外部時鐘。8．EA/VPP：(1)接高電平時CPU讀取內(nèi)部程序存儲器；擴充外部存儲器時，當(dāng)存儲器讀取內(nèi)部程序超過OFFFH時自動讀取外部ROM。(2)接低電平時：CPU讀取外部存儲器。該單片機的特點如下：(1)專為控制應(yīng)用所設(shè)計的八位CPU。(2)32條雙向且可被獨立尋址的I/O。(3)具有布爾代數(shù)的運算能力。(4)芯片內(nèi)有128字節(jié)可供儲存數(shù)據(jù)的RAM。(5)內(nèi)部有兩組16位的定時器。(6)具有全多功能傳輸信號UART。(7)5各中斷源，且具有兩級（高/低）優(yōu)先權(quán)順序的中斷結(jié)構(gòu)。(8)芯片內(nèi)有時鐘（CLOCK）振蕩器電路。(9)數(shù)據(jù)存儲器可擴展至64KB（RAM）。(10)程序存儲器可擴展至64KB（ROM）。(11)87C51：省電型（低消耗功率）。濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第六章控制系統(tǒng)的設(shè)計6.2控制程序流程圖圖6.2控制程序流程圖6.3步進電機控制程序ORG00HMOVA,20HSTART：MOV30H,#00HXRLA,#0BHMOV31H,#00HJZSTARTMOV32H,#00HMOVA,20HMOVP2,#0FFHXRLA,#0CHSETBP3.0JZCCWMOV21H,#00HMOVA,20HL1:MOVR3,#0F7HXCHA,30HMOVR1,#00HXCHA,31HL2:MOVA,R3MOVA,31HMOVP1,ASWAPAMOVA,P1ORLA,30HMOVR4,AMOV32H,ASETBCMOVP0,AMOVR5,#04HJMPL1L3:RLCACCW:CPLP3.0JNCKEYINJBP3.0,FORINCR1REV:MOV21H,#05HDJNZR5,L3JMPL1MOVA,32HFOR:MOV21H,#00HMOVP0,AJMPL1MOVA,R3SET0:MOVA,32HSETBCCJNEA,#00H,SETXMOVR3,ASETXMOVR3,#200JCL2SET1:MOVR0,21HJMPL1SET2:MOVA,R0KEYIN:MOVR7,#60MOVDPTR,#TABLED2:MOVR6,#248B1:DEC30HDJNZR6,$JMPB3DJNZR7,D2B2:MOV30H,#09HD3:MOVA,P1DEC31HXRLA,R4JMPB3JZD3DELAY:MOVR7,#20MOVA,R1TABLE:DB01H,02H,03H,0CHMOVDPTR,#TABLEDB04H,05H,06H,0DHMOVCA,@A+DPTRDB07H,08H,09H,0EHMOV20H,ADB0AH,00H,0BH,0FHXRLA,#0AHTABLE1:DB03H,09H,0CH,06H參考文獻[1]饒風(fēng)華.8位單片機的架構(gòu)設(shè)計[J].工程技術(shù)，2010，9.[2]徐丹,馬維,邊靖,楊雪蓮,李永輝.GD型電除塵器在玻璃窯爐煙氣治理中的應(yīng)用[J].重型機械,2010，5.[3]李景魁，杜成義，李寶義，王偉.GD型電除塵器在中小型燒結(jié)機機尾的應(yīng)用[J].河南冶金，1995,3.[4]周碧.PLC在干法水泥生產(chǎn)線袋式除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用技術(shù)，2010，4.[5]李彥濤，黎七中.玻璃熔爐煙氣脫硫、除塵、脫硝技術(shù)開發(fā)[J].重型機械，2006，3.[6]黃海軍.除塵間控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息與電腦,2010,9.[7]王增欣，郭先強，牛雅麗.浮法玻璃生產(chǎn)線落板料倉除塵[J].河南城建高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2000，9.[8]何源，張娟，任志平，范照晉.基于PIC16F877A的小型號采集電路設(shè)計[J].電子測試，2010，10.[9]陳傳虎，盧艷峰，劉海寬，朱部.基于PLC的選煤廠除塵系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].工礦自動化，2010，10.[10]陳素華，王國志.基于單片機的LCD顯示系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].許昌學(xué)院學(xué)報，2010，9.[11]程全，樊宇，趙宇.基于單片機的溫光自動控制系統(tǒng)設(shè)計[J].周口師范學(xué)院報，2010，9.[12]孟振庭.屏幕玻璃超聲潔凈處理的機制[J].渭南師范學(xué)院報，2002，7.[13]丁明，歐陽凌云，俞成.雙堿法一旋流板塔脫硫除塵一體化技術(shù)在玻璃窯爐煙氣治理上的應(yīng)用[J].全國建材性科技期刊——《玻璃》，2005，6.[14]何俊正，申凌云，李麗平，唐民倉.轉(zhuǎn)爐煤氣除塵與回收系統(tǒng)的節(jié)能改造.自動化應(yīng)用,2010，9．.[15]李雋.濾筒除塵器在玻璃行業(yè)的應(yīng)用.煤氣與熱力.2000，22(5).[16]DongSun*,JianZhu,ChimingLai,S.K.Tso.Avisualsensingapplicationtoaclimbingcleaningrobotontheglasssurface.MECHATRONICS，2004，2.[17]MakiK.Habib.InterdisciplinaryMechatronicsengineeringandscience:problem-solving,creative-thinkingandconcurrentdesignsynergy.MechatronicsandManufacturingSystems,2008,1.

致謝本課題的設(shè)計工作是在導(dǎo)師趙珅老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文選題、理論學(xué)習(xí)、機械設(shè)計、控制設(shè)計整個過程處處滲透著導(dǎo)師的關(guān)心和指導(dǎo)。趙老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、遇事勤于思考的態(tài)度、積極進取的勇氣和魄力深深的感染者我，尤其對我嚴(yán)格的要求使我受益非淺，值得我終身學(xué)習(xí)，對以后我的工作和學(xué)習(xí)具有重要的指導(dǎo)意義。在此向老師致以衷心的感謝和崇高的敬意！同時，在設(shè)計中，也得到了很多老師和同學(xué)的幫助和支持，在設(shè)計過程中耐心地為我答疑和借書，給予我很大的支持和幫助，在此向他們表示感謝。最后再次衷心感謝所有幫助和關(guān)心我的老師、同學(xué)和朋友！基于C8051F單片機直流電動機反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機的通用控制模塊的研究基于單片機實現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強型51系列單片機的TCP/IP協(xié)議棧的實現(xiàn)基于單片機的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機的交流伺服電機運動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機實現(xiàn)一種基于單片機的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機的噴油泵試驗臺控制器的研制基于單片機的軟起動器的研究和設(shè)計基于單片機控制的高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機的機電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機的智能手機充電器基于單片機的實時內(nèi)核設(shè)計及其應(yīng)用研究基于單片機的遠程抄表系統(tǒng)的設(shè)計與研究基于單片機的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機系統(tǒng)單片機系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機的液體點滴速度自動檢測儀的研制基于單片機系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機的電能采集終端的設(shè)計和應(yīng)用基于單片機的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機單片機控制系統(tǒng)的研制基于單片機的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機的多生理信號檢測儀基于單片機的電機運動控制系統(tǒng)設(shè)計Pico專用單片機核的可測性設(shè)計研究基于MCS-51單片機的熱量計基于雙單片機的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機構(gòu)建機器人的實踐研究基于單片機的輪軌力檢測基于單片機的GPS定位儀的研究與實現(xiàn)基于單片機的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機的時控和計數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機應(yīng)用能力的探究基于單片機控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機控制的水下焊接電源的研究基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機的氚表面污染測量儀的研制基于單片機的紅外測油儀的研究96系列單片機仿真器研究與設(shè)計基于單片機的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)基于MSP430單片機的電梯門機控制器的研制基于單片機的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機的膛壁溫度報警系統(tǒng)設(shè)計基于AVR單片機的低壓無功補償控制器的設(shè)計基于單片機船舶電力推進電機監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機的大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機的疊圖機研究與教學(xué)方法實踐基于單片機嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實現(xiàn)基于AT89S52單片機的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機的多道脈沖幅度分析儀研究機器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機控制系統(tǒng)基于單片機的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實驗中的應(yīng)用研究基于單片機系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機的莫爾斯碼自動譯碼系統(tǒng)設(shè)計與研究基于單片機的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機與Internet互聯(lián)的研究與實現(xiàn)變頻調(diào)