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1、玻璃清潔機器人驅動和擦洗機構設計 ： 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目： 玻璃清潔機器人驅動及擦洗機構設計 學 院： 姓 名： 學 號： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 年 級： 指導教師： 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，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，攜帶清洗設備，是面向現(xiàn)代高層建筑玻璃 外墻表面保潔、清洗服務的極限作業(yè)機器人。 論文首先對機器人總體方案進行介紹，在此基礎上，對機器人總體結構進行了設計分析。其次重點介紹了機器人的驅動機構，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 關鍵詞:玻璃，幕墻清洗機器人，驅動機構，擦洗機構，密封機構

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 機器人設計思想 5 2.2機器人總體結構方案 5 3 驅動機構和擦洗機構 7 3.1 驅動機構分析 7 3.1.1 驅動方式 7 3.1.2運動結構和運動規(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驅動力

7、分析 10 3.1.6小結 11 3.2擦洗機構分析 11 4 其它元件選擇 12 4.1密封機構 12 4.2換向閥和溢流閥的選擇 12 5 總 結 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構，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)已經通過立法對包括擦窗作業(yè)在內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，提高生產效率，也必將極大地推動清洗業(yè)的發(fā)展，帶來相當?shù)纳鐣б妗⒔洕б?。因此，國內外多家研究機構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 機器人設計思想 機器人是傳統(tǒng)的機構學與近代電子技術相結合的產物

10、，是計算機科學、控制論、機構學、信息科學和傳感技術等多學科綜合性高科技產物，它是一種仿人操作、高速運行、重復操作和精度高的自動化設備。所以該氣動清洗機器人系統(tǒng)包括機械結構、運動規(guī)劃、傳感器系統(tǒng)、驅動系統(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，本課題在機器人結構上的設計思想是:在保證機器人功能的前提下，力求結構簡單、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構 是一個需要著重考慮的設計因素。增加機器結構的靈活性，導致的結果是機械結 構變得復雜，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機器人總體結構方案 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。利用清潔水流經射流發(fā)射器時產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。再利用水流經射流發(fā)射器產生的被壓來推動活塞桿，實現(xiàn)機器人的爬行驅動。 為此，我們

12、在結構上采用了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)的往復運動。在再整體結構上帶上2個拖把，隨著機器人的移動而移動來擦洗玻璃。結構如圖1 這種結構的該機器人，總體來說，具有如下特點： 1，模塊化設計，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，結構簡單緊湊，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)調控制。 圖1 這款機器人在總體結構上輕巧，簡單，把玻璃清潔機器人兩個最重要的部分：吸附機構和擦洗機構巧妙地融合

13、在一起，減少了以其它動力來實現(xiàn)這兩種功能的復雜性，具有很好的研究前景。 3 驅動機構和擦洗機構 3.1 驅動機構分析 3.1.1 驅動方式 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。實際應用中必須對各種技術進行比較，揚長避短， 選出最適合方式或幾種方式的恰當組合，以使系統(tǒng)更可靠、更經濟、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 驅動力 不太大 不太大 小 大 稍大 驅動速度 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 有技術要求 技術要求高 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，且由于機械驅動方式結構復雜，重量重，與前面吸附方式不合適，所以排除。吸附機構沒用汽缸，固驅動方式也不用了。再則，與前面的水射流式吸附方式匹配，我們用液壓方式驅動，只是把所用的油改成水。這種特殊的驅動方式結合了液壓驅動原理和水的功能，做到了水既是清潔劑，又是動力源。 3.1.2運動結構和運動規(guī)劃 本機器人從運動結構來說，只是沿壁上下運動，由兩個吸盤結構組組成。兩吸附面要嚴格在同一平面上，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