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1、玻璃清潔機器人驅(qū)動和擦洗機構(gòu)設(shè)計 ： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目： 玻璃清潔機器人驅(qū)動及擦洗機構(gòu)設(shè)計 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 年 級： 指導(dǎo)教師： 年 五 月

2、 摘 要 高樓玻璃幕墻清洗機器人是特種機器人的一個分支。它是基于壁面移動機器 人技術(shù)，并針對具體的作業(yè)對象，具有明確功能的實用機器人，其工作在垂直危 險的玻璃壁面，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)機器人。 論文首先對機器人總體方案進行介紹，在此基礎(chǔ)上，對機器人總體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計分析。其次重點介紹了機器人的驅(qū)動機構(gòu)，討論了機器人的作業(yè)路徑及運動控制規(guī)劃。最后，簡單介紹了機器人的擦洗機構(gòu) 關(guān)鍵詞:玻璃，幕墻清洗機器人，驅(qū)動機構(gòu)，擦洗機構(gòu)，密封機構(gòu)

3、 ABSTRACT Glass-wall cleaning robot is one of robot for limited operation,which can walk on Vertical glass-wall with washing devices.It is a robot with specific applied functions,Based on wall-climbing robot techniques.for specific objects.And it works on vert

4、ical Glass-wall,where is dangerous for human beings.It is a robot could conquer the gravity effect and carry cleaning equipments,facing to glass-wall surface beautifying service of modern high-rise buildings. Firstly, the whole frame of the glass wall cleaning robot is introduced, based on this, t

5、he designing and analyzing Of the structure of the robot are described in details.Then,introducing the drive mechanism of the robot,Discussed the operation of the robot path planning and motion control. Finally, a brief introduction of the robot body scrub Key words: Glass, wall cleaning robot, dri

6、ving mechanism Scrub mechanism,sealing mechanism 目 錄 摘 要 2 ABSTRACT 2 1 前 言 4 2 玻璃清潔機器人總體方案規(guī)劃 5 2.1 機器人設(shè)計思想 5 2.2機器人總體結(jié)構(gòu)方案 5 3 驅(qū)動機構(gòu)和擦洗機構(gòu) 7 3.1 驅(qū)動機構(gòu)分析 7 3.1.1 驅(qū)動方式 7 3.1.2運動結(jié)構(gòu)和運動規(guī)劃 7 3.1.3運動過程控制原理分析 8 3.1.4外形尺寸選擇 10 3.1.5驅(qū)動力

7、分析 10 3.1.6小結(jié) 11 3.2擦洗機構(gòu)分析 11 4 其它元件選擇 12 4.1密封機構(gòu) 12 4.2換向閥和溢流閥的選擇 12 5 總 結(jié) 13 參考文獻 14 致 謝 15 1 前 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，保溫防潮性能好，彩色玻璃實用美觀，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，時間一長，就需要對壁面進行清洗，以美化市容市貌。許多開放性城市都規(guī)定，每年應(yīng)對高樓清

8、洗若干次。 目前高層建筑玻璃幕墻的清洗方法主要有兩種，一種是靠升降平臺或吊籃承載清潔工進行玻璃幕墻的清洗，雖簡便易行，但勞動強度大，工作效率又低，屬于高空極限作業(yè)對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)將擦窗機對準(zhǔn)窗戶進行自動擦洗。這種方式初次投資成本較高(高達數(shù)百萬元)，而且要求在建筑物設(shè)計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自動機器來完成這項工作，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繁重、危險、耗資的工作。如果用人去清洗，不僅

9、花費高，而且安全難以保證。特別是目前一些國家和地區(qū)已經(jīng)通過立法對包括擦窗作業(yè)在內(nèi)的人工高空攀爬進行了限制，人們不得不尋找其它解決辦法。 高層建筑清洗機器人正是在這種背景下應(yīng)運而生。它的出現(xiàn)將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動清洗業(yè)的發(fā)展，帶來相當(dāng)?shù)纳鐣б?、?jīng)濟效益。因此，國內(nèi)外多家研究機構(gòu)都在積極開展此項研究工作。 2 玻璃清潔機器人總體方案規(guī)劃 2.1 機器人設(shè)計思想 機器人是傳統(tǒng)的機構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物

10、，是計算機科學(xué)、控制論、機構(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、高速運行、重復(fù)操作和精度高的自動化設(shè)備。所以該氣動清洗機器人系統(tǒng)包括機械結(jié)構(gòu)、運動規(guī)劃、傳感器系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分。 由于我們所開發(fā)的清洗機器人工作場所的特殊性，本課題在機器人結(jié)構(gòu)上的設(shè)計思想是:在保證機器人功能的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、運行穩(wěn)定。 因為爬壁機器人在行進過程中需要克服自身重力，所以較輕的機器人本體結(jié)構(gòu) 是一個需要著重考慮的設(shè)計因素。增加機器結(jié)構(gòu)的靈活性，導(dǎo)致的結(jié)果是機械結(jié) 構(gòu)變得復(fù)雜，需要使用到的機械元器件增多，重量必然增加，同時控制的復(fù)雜性 也增加

11、。 高樓幕墻清洗機器人是一種爬壁機器人，因此，它必須具備兩大功能：負壁和移動功能。 在本機器人系統(tǒng)中，考慮到機器人要有清洗功能，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器人。 2.2機器人總體結(jié)構(gòu)方案 運用水射流式清洗機器人，能夠巧妙地把供水，供能，抽氣整合為一體。利用清潔水流經(jīng)射流發(fā)射器時產(chǎn)生的負壓來控制吸盤，機器人可以抽真空吸附在玻璃上。這樣就不像現(xiàn)已有的機器人那樣，需要帶上一個大大的氣泵。再利用水流經(jīng)射流發(fā)射器產(chǎn)生的被壓來推動活塞桿，實現(xiàn)機器人的爬行驅(qū)動。 為此，我們

12、在結(jié)構(gòu)上采用了2個帶活塞桿吸盤互相運動，來實現(xiàn)機器人的一直往前爬行運動，而避免只有一個活塞吸盤能實現(xiàn)的往復(fù)運動。在再整體結(jié)構(gòu)上帶上2個拖把，隨著機器人的移動而移動來擦洗玻璃。結(jié)構(gòu)如圖1 這種結(jié)構(gòu)的該機器人，總體來說，具有如下特點： 1，模塊化設(shè)計，整個外形由同一種高分子有計劃和工程材料組成，便于連接和控制。 2，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，同一動力實現(xiàn)吸附和爬行運動兩種功能，減少動力來源。便于協(xié)調(diào)控制。 圖1 這款機器人在總體結(jié)構(gòu)上輕巧，簡單，把玻璃清潔機器人兩個最重要的部分：吸附機構(gòu)和擦洗機構(gòu)巧妙地融合

13、在一起，減少了以其它動力來實現(xiàn)這兩種功能的復(fù)雜性，具有很好的研究前景。 3 驅(qū)動機構(gòu)和擦洗機構(gòu) 3.1 驅(qū)動機構(gòu)分析 3.1.1 驅(qū)動方式 80年代以來，自動化、省力化得到迅速發(fā)展。自動化、省力化的主要方式有: 機械方式、電氣方式、電子方式、液壓方式和氣動方式等。這些方式都有各自的 優(yōu)缺點及其最適合的使用范圍。實際應(yīng)用中必須對各種技術(shù)進行比較，揚長避短， 選出最適合方式或幾種方式的恰當(dāng)組合，以使系統(tǒng)更可靠、更經(jīng)濟、更安全、更 簡單。 表1 各種傳動

14、與控制方式的比較 機械方式 電氣方式 電子方式 液壓方式 氣動方式 驅(qū)動力 不太大 不太大 小 大 稍大 驅(qū)動速度 小 大 大 小 大 受負載影響 幾乎沒有 幾乎沒有 幾乎沒有 較小 大 維護 簡單 有技術(shù)要求 技術(shù)要求高 簡單 簡單 遠程操作 難 很好 很好 較良好 良好 綜合表1的比較，且由于機械驅(qū)動方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量重，與前面吸附方式不合適，所以排除。吸附機構(gòu)沒用汽缸，固驅(qū)動方式也不用了。再則，與前面的水射流式吸附方式匹配，我們用液壓方式驅(qū)動，只是把所用的油改成水。這種特殊的驅(qū)動方式結(jié)合了液壓驅(qū)動原理和水的功能，做到了水既是清潔劑，又是動力源。 3.1.2運動結(jié)構(gòu)和運動規(guī)劃 本機器人從運動結(jié)構(gòu)來說，只是沿壁上下運動，由兩個吸盤結(jié)構(gòu)組組成。兩吸附面要嚴(yán)格在同一平面上，保證一個吸住后，另一個也牢牢靠在玻璃上，不但活塞桿與吸盤間有密封，吸盤與玻璃壁面間也要有良好的密封裝置。前一個吸盤外殼與后一個吸盤中的活塞桿相連，而后一個吸盤外殼與前一吸 8