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1、玻璃清潔機(jī)器人驅(qū)動和擦洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題目： 玻璃清潔機(jī)器人驅(qū)動及擦洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)器人是特種機(jī)器人的一個(gè)分支。它是基于壁面移動機(jī)器 人技術(shù)，并針對具體的作業(yè)對象，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。 論文首先對機(jī)器人總體方案進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上，對機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。其次重點(diǎn)介紹了機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，討論了機(jī)器人的作業(yè)路徑及運(yùn)動控制規(guī)劃。最后，簡單介紹了機(jī)器人的擦洗機(jī)構(gòu) 關(guān)鍵詞:玻璃，幕墻清洗機(jī)器人，驅(qū)動機(jī)構(gòu)，擦洗機(jī)構(gòu)，密封機(jī)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(jī)器人總體方案規(guī)劃 5 2.1 機(jī)器人設(shè)計(jì)思想 5 2.2機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)方案 5 3 驅(qū)動機(jī)構(gòu)和擦洗機(jī)構(gòu) 7 3.1 驅(qū)動機(jī)構(gòu)分析 7 3.1.1 驅(qū)動方式 7 3.1.2運(yùn)動結(jié)構(gòu)和運(yùn)動規(guī)劃 7 3.1.3運(yùn)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(jī)構(gòu)分析 11 4 其它元件選擇 12 4.1密封機(jī)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(xiàn) 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(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(jìn)行玻璃幕墻的清洗，雖簡便易行，但勞動強(qiáng)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(jī)對準(zhǔn)窗戶進(jìn)行自動擦洗。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自動機(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

9、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(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 玻璃清潔機(jī)器人總體方案規(guī)劃 2.1 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)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物

10、，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化設(shè)備。所以該氣動清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)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(jī)器人工作場所的特殊性，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

11、。 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。 2.2機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)方案 運(yùn)用水射流式清洗機(jī)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(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)生的被壓來推動活塞桿，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬行驅(qū)動。 為此，我們

12、在結(jié)構(gòu)上采用了2個(gè)帶活塞桿吸盤互相運(yùn)動，來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的一直往前爬行運(yùn)動，而避免只有一個(gè)活塞吸盤能實(shí)現(xiàn)的往復(fù)運(yùn)動。在再整體結(jié)構(gòu)上帶上2個(gè)拖把，隨著機(jī)器人的移動而移動來擦洗玻璃。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，同一動力實(shí)現(xiàn)吸附和爬行運(yùn)動兩種功能，減少動力來源。便于協(xié)調(diào)控制。 圖1 這款機(jī)器人在總體結(jié)構(gòu)上輕巧，簡單，把玻璃清潔機(jī)器人兩個(gè)最重要的部分：吸附機(jī)構(gòu)和擦洗機(jī)構(gòu)巧妙地融合

13、在一起，減少了以其它動力來實(shí)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(jī)構(gòu)和擦洗機(jī)構(gòu) 3.1 驅(qū)動機(jī)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(jī)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(diǎn)及其最適合的使用范圍。實(shí)際應(yīng)用中必須對各種技術(shù)進(jìn)行比較，揚(yáng)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(jì)、更安全、更 簡單。 表1 各種傳動

14、與控制方式的比較 機(jī)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(fù)載影響 幾乎沒有 幾乎沒有 幾乎沒有 較小 大 維護(hù) 簡單 有技術(shù)要求 技術(shù)要求高 簡單 簡單 遠(yuǎn)程操作 難 很好 很好 較良好 良好 綜合表1的比較，且由于機(jī)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(jī)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(yùn)動結(jié)構(gòu)和運(yùn)動規(guī)劃 本機(jī)器人從運(yùn)動結(jié)構(gòu)來說，只是沿壁上下運(yùn)動，由兩個(gè)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(gè)吸住后，另一個(gè)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(gè)吸盤外殼與后一個(gè)吸盤中的活塞桿相連，而后一個(gè)吸盤外殼與前一吸 8