毕业设计（论文）-擦玻璃机器人设计.docx

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1、毕业论文玻璃清洗机器人吸附机构设计系部名称：专业班级：学生姓名：指导教师：职称：二OXX年六月TheGraduationDesignDesignofAdsorptionMechanismforG1.assC1.eaningRobotCandidate：Specia1.ty：C1.ass：Supervisor：Shcnyanginstituteoftechno1.ogy2019-06摘要高楼坡璃幕墙清洗机器人是特种机器人的一个分支。它是基于壁面移动机器人技术，并针对具体的作业对象，具有明确功能的实用机器人，其工作在垂直危险的玻璃壁面，能够克服IR力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑坡璃外墙

2、表面保洁、清洗服务的极限作业机罂人。论文首先对机器人总体方案进行介绍，提出了分层次规划的体系结构。在此堪t.对机器人总体结构进行了设计分析，并应用有关计算理论和计算软件进行了主要参数设计和关键部件的结构设计，讨论r机器人的作业路径,运动控制规划及吸附机构的设计，圾后，应用UG三维软件针对所设计的机器人建立了三维实体模里。关键词：玻瑞幕墙清洗：机涔人：运动分析ABSTRACTG1.ass-wa1.Ic1.eaningrobotisoneofrobotfor1.imitedOPCration.whichcanwa1.konVertica1.g1.ass-wa1.1.withwashingdevic

3、es.1.tisarobotwithspecificapp1.iedfunctions.Basedonwa1.1.-c1.imbingrobottcchniqucs.forspecificobjccts.Anditworksonvertica1.G1.ass-wa1.1.whcrcisdangerousforhumanbcings.1.tisarobotcou1.dconquerthegravityeffectandcarryc1.eaningequipments,facing1.og1.ass-wa1.1.surfacebeautifyingserviceofmodemhigh-risebu

4、i1.dings.First1.y,thewho1.eframeofheg1.asswa1.1.c1.eaningrobotisintroduced,andthc1.cvc1.-bascdp1.anningisdiscusseda1.so.Basedon1.histhedesigningandana1.yzingOfthestructureoftherobotaredescribedindeiai1.sjemainparameiersdesigningandstructuredesigningofthekeypartsarca1.soprocessedbyusingsomeofcorre1.a

5、tiveca1.cu1.atingtheoriesandsoft.Thenjnission-Orientedand1.oca1.motionp1.anningarediscussed.At1.astjhrcc-dimensiona1.mode1.oftherobotarcCSIabIiShCdbyMeansofUGsoft.KeyWordszG1.ass-WaIIcIcaningrobotvacumadsorptionsystem目录摘要IABSTRACTII1绪论42总体方案设计81.1 工作原理82. 2外形尺寸选择IO3吸附机构I1.3.1吸附方式I1.3.1.1 吸附方式选择I1.3.

6、1.2 吸盘结构简图I1.3.1.3 机器人控制悚理图123. 2吸附力分析143. 2.1材料选择143. 2.2吸附力计算153. 2.3系统抗倾覆计算153. 3其他机构的选择163. 3.1射流器选择164. 3.2水泵和水管的选择185. 3.3密封机构19图6密封装置简图194总结24参考文献25致谢261绪论1.1 引言在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮嗣的风荒。在建筑业，由于玻璃的采光性好，保温防潮性能好，彩色玻璃实用美观，高层建筑的外壁越来越多地采用玻璃幕墙结构，但是为了保证建筑外观的整洁美丽，时间长，就需要对壁面进行清洗，以美化市容市貌。

7、许多开放性城市都规定，每年应对高楼清洗若干次。1.2 研究的目的和意义目前高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有两种，一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕塔的清洗，虽筒便易行，但劳动强度大，工作效率又低，属于高空极限作业对人身安全及玻璃壁面都有很大的威胁性。另一种是用安装在楼顶的轨道及吊索系统招擦窗机对准窗户进行自动擦洗。这种方式初次投资成本较高（高达数百万元），而且要求在建筑物设计之初就要考虑擦窗系统，因而限制了其使用，因此急需一种能代替人而又有一定员活性和适用性的自动机器来完成这项工作，而且玻璃幕墙一般面积较大，大多处于几十米甚至上百米的高处，且周围无可攀援的支架，这就使得玻璃幕墙的清洗成

8、为一项繁重、危险、耗资的工作,如果用人去清洗，不仅花费高，而且安全难以保证。特别是目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。高层建筑清洗机器人正是在这种背景卜应运而生。它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产效率,也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效益、经济效益。因此，国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。1.3 国内外研究现状通过按吸附方式的不同，可将玻璃幕堵清洁机器人的吸附机构分为三种,即磁吸附、真空吸附和推力吸附“。其中磁吸附按提供吸附力材质的不同，可分为电磁体和永磁体两种。对壁面的平整

9、程度都没有要求,不仅机器人的有效载荷远胜于真空吸附和推力吸附，而且在作业过程中不存在真空漏气的问题，但要求机器人工作时所吸附的壁面必须是导磁材料，这一点使得采用磁吸附作为吸附方式的机器人的应用环境收到严重地限制:真空吸附按吸盘个数又分为单吸盘和多吸盘两种，真空吸附虽然不受壁面材料限制但对吸盘的密封性能却要求较高，在附着面不平整时吸盘容易漏气，使密封性能卜降从而造成吸附力卜.降，使得机器人的实际承载能力降低：推力吸附方式整合了前两者的优点，有一定的吸附力而且对壁面的平塾程度没有要求，但是由于要求风机持风量很大所以整体重量会很筮。各种方式优缺点如下表1.H1.1玻璃清洁机0人吸附方式的比较吸附方式

10、缺点优点磁吸附永磁吸附移动时需要机器人主体跟吸附表面分离不需要外部施加能量，安全性高电磁吸附要外部施加能量，电磁铁重盘大，机涔人笨重容易实现机器人主体与壁面的离合,吸附力强克空吸附单吸就吸附吸盘的泄碗量一旦超过极限，本体将失去吸附能力允许有一定的泄露量，允许壁面有凹凸多吸盘吸附对壁面要求高，壁面有凹凸或裂缝时将会有泄露吸盘尺寸小，机器人更加灵活推力吸附风机噪声大明.机器人重量大，体积大对壁面适应性强，不存在泄露问题图1.1.是清华大学采用电磁体吸附方式研制的用于储罐表而检测的磁吸附机罂人TH-C1.imber-I51,行走方式为履带驱动机涔人在储城表面行走检测。实验表明，它具有较高的运动速率、

11、具有很好稳定性和定位精度，其运动速率最大可达8mmin,可以跨越IOE以上的焊缝和表面凸起障碍，角度误差也可控制在02度以内。图1.2为加拿大戴尔殳斯大学和香港中文大学研制的壁面移动机器人”它的吸附装置使用永磁体吸附履带。使用永磁体方式使机器人吸附于储制表面，然后电机邨动履带带动机器人在储雄表面移动检测。图1.1清华大学磁吸附大学的机人TH-CIiBfcer-I图1.2尔豪斯大学和香港中文永磁体吸附履带壁面移动机暑人E图1.3是年哈尔滨工业大学研制的C1.RT1.型壁面清洗壁面移动机器人”，它的吸附机构采用的就是单吸盘真空吸附，清洗装置悬挂于机器人下方,机器人有效我荷为5kg,爬行速率最快为I

12、Ommin,每次爬行高度是最离100m,操控方式是有线遥控及P1.C线路控制，行走方式采用双轮式无级调速，机器自身携带有高压水枪、旋转刷从而在清洗作业时可实现机器人自主清洗作业.由于它是专为建筑物外表面在稔壁面的清洗而设计制造的,所以目前已有成品并投入生产应用.图1.4是在19907993日本东京工业大学间研究设计的NINJA,第代型号为NINJIA-I,自1994年开始,NINJA-I1.在N1.NJIA-I的基础上不断的改善升级，可用于高楼壁面的检查等。NINJIA-I和N1.NJAT1.的主要技术参考是相同，吸附装置也都采用的多吸盘真空吸附。图1.3哈尔渡工业大学研制的C1.R-I1.S

13、1.4日本东京工业大学研制的N1.NJ1.A1990年西亮教授研制的爬壁机器人的吸附装置采用的是推力吸附，如图1.5为理论设计图。在吸附原理上它借鉴直升机原理，使用螺旋桨产生的高速气流推动机涔人在墙壁表面移动的同时贴合墙壁表面。螺旋桨的轴线与壁面大约成200夹角，如此高速气流产生的推力在水平方向始终有分力指向壁面，从而实现了机器人的吸附吸附在建筑表面上：在竖直方向也有向上的分力，使机器人可以萦贴壁面移动，且使机器人具有一定的越障能力。掌舵机构控制机器人的移动方向和顺斜角度，由于使用柴油机，所以不需要带电源线，使用起来很方便。图1.6为实物图。图1.5”桨式推力吸附量面图1.6旋桨式推力吸附量面

14、移动机人理论设计图移动机人实物图14本文研究的内容和方法目前已有几种真空吸附清洗机器人旎够实现自动爬行、供水和擦洗的功能,但它们几乎都存在三个共同的问题：水、电、气分路控制：供水清洗、府行郸动和直空吸附三个系统相q独立,需要水泵来供给清洗用水，箭要气系来实现抽真空吸附，需要活塞缸或电动机来曲动机器人爬行，地加了机器人的附属设施和制造成本：H行与转弯运动分别物动：采用两套机构来分别哒动机器人的I1.行和转驾运动，驱动装置红杂、米Hb需要外接驱动电源，降低了可用性和安全性：接触式清洗：采用擦布和滚刷殂成的复杂机械结构ri接磨擦玻璃诳行清洗，这种方式容易擦伤高档玻璃的表面保护层，还衢要清沽剂，污染环

15、境，更主要的是擦拭所需的下压力正好与机器人的吸附力方向相反，很难保证机器人稳定吸附的同时又有足够的擦拭压力.付对这些何应.我们设计了一种水射流抽气式清洗机器人,其创新性主要表现在三个方面：新原埋：利用水射流原理，以水为唯一的动力源实现了吸附、爬行和清洗三种功能，系统更紧凑、轻巧：新结构:采用两个活塞缸实现了出行和转弯两个运动,机构更筒总、可然：新理念：采用超声波非接触式去污.既无J卡力、又不加洗涤剂,体现:简洁、环保的设计理念.与以往的其空吸附清洗机零人相比,本作品的技术创新性与成本优势明显.市场竞争力更强.2总体方案设计2.1 工作原理水射潦抽气式清洗机器人整体结构如图I所示.图1中实线箭头表示水流方向，水流从进水口流入，在水射流抽气元件进水口处把水流分成两股：一股通入到水射流抽气元件用于产生负压，为真空吸盘抽气，抽气过程中气体潦向如虚箭头所示，或空吸盘中的空气流经电磁阀进入到水射潦抽气元件的抽气口，当电磁阀开启.气路接通.真.空吸盘抽气吸附；当电磁阀关闭，气路切断，真空吸盘放气松开。另股水流通人到水压驱动机构，水压驱动机构与其空吸盘相连接，水压驱动机构的动作与真空吸盘的吸、放动作相结合,实现消洗机器人在清