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吸附式爬壁清洗機設(shè)計 答辯人 指導(dǎo)老師 課題的主要技術(shù)要求 清洗機壁面移動速度 11 15m min 越障高度 50mm 本體重量 30Kg 負載能力 15Kg 作業(yè)高度 0 100m 作業(yè)功能 可進行8mm以上厚度的玻璃幕墻的清洗作業(yè) 吸附方式 真空吸附方式 一選題背景及其意義 機器人是人類二十一世紀的偉大發(fā)明之一 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 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)操作和精度較高的自動化設(shè)備 機器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展 不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究發(fā)生根本性的變化 而且將對人類的社會產(chǎn)生深遠的影響 機器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當代應(yīng)用最廣泛 發(fā)展迅速的高科技產(chǎn)業(yè)之一 機器人作為高科技領(lǐng)域的一個重要分支 將成為二十一世紀各國爭奪的經(jīng)濟技術(shù)的制高點 隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展 特別是高層建筑的興起 以玻璃壁面為代表的壁面結(jié)構(gòu)逐漸演繹成華麗的 城市外衣 由此衍生出繁重的壁面清洗任務(wù) 并且許多國家已經(jīng)對建筑壁面的清洗要求做出了明確規(guī)定 另一方面 越來越奇特的建筑結(jié)構(gòu)使清洗的難度越來越大 甚至采用傳統(tǒng)的清洗方法已無能為力 然而 在社會文明高度發(fā)展的今天 人們對生命安全越來越重視 要求停止使用蜘蛛人的呼聲已不絕于耳 因此人們期待新的具有人性化的清洗方式出現(xiàn) 在高層建筑墻面清潔工作中 爬壁清潔機得到了廣泛關(guān)注 它將人類從繁重 危險的高樓清洗工作中解放出來 它憑借能夠成為高空極限作業(yè)的一種自動機械裝置的優(yōu)良特性 越來越受到人們的重視 爬壁清洗機能有效降低高層建筑的清洗成本 提高清潔效率 同時也推動了清洗業(yè)的發(fā)展 帶來相當?shù)纳鐣б?經(jīng)濟效益 本課題主要設(shè)計一種履帶吸盤式爬壁清洗劑 采用履帶式移動方式 雙履帶和車體構(gòu)成機器人的基本框架 真空吸盤式吸附方式加以完善的配氣系統(tǒng) 可為清洗機提供足夠的吸附力 吸盤式結(jié)構(gòu)克服了現(xiàn)有爬壁機器人結(jié)構(gòu)上的缺點與不足 提高了爬壁機器人的實用性能 因此 本課題的研究具有較高的科研價值和經(jīng)濟價值 二文獻綜述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 爬壁移動機器人廣泛應(yīng)用于維護 檢查 消防 救援 清洗 情報和國防領(lǐng)域等 必將為人類帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益 各工業(yè)發(fā)達國家都投入大量人力物力 積極進行其理論和技術(shù)研究 如日本 美國 英國 俄羅斯 德國 奧地利 西班牙等國相繼研制出一些各具特色的爬壁移動機器人實驗樣機 我國在國家自然基金和863計劃的大力支持下 從上世紀90年代中期也相繼開發(fā)出一些爬壁移動機器人樣機 爬壁移動機器人是一種能夠在垂直壁面進行移動作業(yè)的極限作業(yè)機器人 世界機器人大國日本在極限作業(yè)機器人研究方面尤為積極 早在1966年 在大阪府立大學(xué)工學(xué)部任講師的西亮利用電風(fēng)扇進行側(cè)低壓空氣產(chǎn)生的負壓作為吸附力制作了一臺垂直壁面移動機器人的原理樣機 1975年 已經(jīng)身為宮崎大學(xué)工學(xué)院部教授的西亮又制作了以實用化為目標的二號樣機 這是個單吸盤結(jié)構(gòu) 靠輪子行走的壁面移動機器人 此次以后各國著名的大學(xué) 研究所 公司紛紛投入力量廣泛開展用于極限作業(yè)的壁面移動式機器人的研究 相對國外 我國研究和開發(fā)機器人始于七十年代初期 國內(nèi)爬壁移動機器人研究起步較晚 1975年在北京舉行的日本科技展覽會上 川崎重工業(yè)公司首先在中國展出了工業(yè)機器人 以此為起點 我國掀起了第一個研制機器人的浪潮 北京自動化研究所 上海交大 沈陽自動化所 大連組合機床所 廣州機床所等十幾個單位紛紛開始研制機器人 目前高層建筑墻面作為高樓外防護結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象越來越普遍 為了保證玻璃外觀的整潔美麗 就需要定期對玻璃表面進行清洗 而大部分玻璃幕墻采用人工清洗作業(yè) 這種清洗方法是靠升降平臺或吊繩懸掛由人進行玻璃幕墻的清洗 作業(yè)方式簡單易行 但效率低且成本高 更重要的是高空環(huán)境條件惡劣易引發(fā)安全事故 隨著控制和機電技術(shù)的發(fā)展 壁面清洗機器人應(yīng)運而生 利用壁面清洗機器人作業(yè)將大大降低高層建筑的清洗成本 改善工人的勞動環(huán)境 提高勞動生產(chǎn)率 具有相當?shù)纳鐣?經(jīng)濟意義和廣闊的應(yīng)用前景 玻璃幕墻爬壁清洗機器人的研制成功 將會實現(xiàn)清洗作業(yè)的自動化 給清洗業(yè)帶來一次新的革命 三研究內(nèi)容 3 1吸附式爬壁清洗機基本工作原理吸附式爬壁清洗機主要由吸附部分 移動部分和清洗部分組成 爬壁清洗機應(yīng)該具有一定的吸附能力 其產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于清洗機的重力 從而防止墜落 同時還應(yīng)具有驅(qū)動機構(gòu) 能夠使清洗機在壁面上自由移動 并且有電機控制清潔頭旋轉(zhuǎn) 當清洗機在壁面上移動時能夠完成對壁面的清潔工作 3 2清洗機履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計 爬行機構(gòu)要簡單 高效 小型 使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)直線移動 保證機器人能夠按照地面操作人員的遙控進行工作 用履帶與履帶輪相嚙合形成履帶的設(shè)計 圖1三履帶輪平行履帶 3 3清洗機吸附機構(gòu)設(shè)計 吸附機構(gòu)采用真空吸附技術(shù) 設(shè)計吸附機構(gòu)要能產(chǎn)生一定的吸附力 確保機器人工作過程中能安全可靠地吸附在工作壁面上 圖2爬壁機器人受力示意圖 3 4清洗機行走機構(gòu)的設(shè)計 設(shè)計清洗機的行走機構(gòu)能夠在壁面上完成直線移動 并且能夠跨越高度為5厘米的障礙 并且在運動過程中實現(xiàn)清洗的目的 四研究方案 4 1總體方案爬壁清洗機本體主要包括吸附和移動兩大部分 移動部分由直線行走部分組成 將吸盤的真空吸附方式和履帶式移動方式相結(jié)合 真空吸盤固定在柔性的履帶上 采用雙履帶對稱結(jié)構(gòu) 通過電機帶動履帶運行使清洗機能夠進行直線運動 吸盤部分通過吸盤固定裝置固定在可以產(chǎn)生足夠大的吸附力 使清洗機能夠在爬行的過程中安全可靠地吸附在工作壁面上 控制系統(tǒng)主要任務(wù)是控制清洗機在壁面上的作業(yè)功能 清洗系統(tǒng)的主要任務(wù)是清洗壁面 通過電機控制清潔頭旋轉(zhuǎn)達到清洗目的 4 2擬采取的技術(shù)措施爬壁清洗機融合了吸盤式真空吸附和履帶式移動方式的優(yōu)點 吸盤在履帶上的分布和履帶自身柔性使得清洗機能夠跨越障礙物 又因為有吸盤的存在 使履帶不直接與壁面接觸 可能的障礙有玻璃的連接處等 壁面凹凸起伏不大 履帶吸盤式的結(jié)構(gòu)具有逾越較小障礙的功能 同時 考慮到機器人運行的平穩(wěn)性和履帶的使用壽命 因此清洗機履帶結(jié)構(gòu)由驅(qū)動輪 主動輪 置中 導(dǎo)向輪 從動輪 對稱分布 從動輪對稱布置的方式使履帶受力最大處避開了履帶彎曲處 驅(qū)動輪及導(dǎo)向輪兼做支撐輪 可增大接觸面積且使履帶上受力集中處遠離履帶彎曲處 減少了對履帶的損害提高了履帶的使用壽命 吸盤式真空吸附方式適用于多種工作環(huán)境 擴大了清洗機的工作范圍 真空吸附機構(gòu)包括氣動回路 真空泵和吸盤系統(tǒng) 吸附機構(gòu)由吸盤 配氣盤組件 氣動回路等組成 吸盤通過吸盤固定裝置固定在履帶上 在清洗機工作的過程中隨著履帶轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動 配氣盤給達到相應(yīng)位置的吸盤組件進行抽氣或者進氣 從而產(chǎn)生或是破壞真空的環(huán)境 爬壁清洗機的行走機構(gòu)主要由吸盤組件 履帶 履帶輪 控制系統(tǒng) 傳動系統(tǒng)等構(gòu)成 履帶輪與履帶的聯(lián)結(jié)方式模擬齒輪齒條嚙合 使清洗機能夠平穩(wěn)快速地在壁面上移動 通過配氣盤給吸盤組件進行抽氣或進氣 產(chǎn)生或是破壞真空的環(huán)境 使吸盤吸附或離開壁面 在清洗機工作過程時 保證同時有若干組吸盤出于工作狀態(tài) 完成清洗機在壁面上的吸附以及移動 謝謝觀賞