玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計-壁面清洗機(jī)器人-真空吸盤吸附式 【含8張CAD圖紙】【JS系列】

喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，所見即所得，CAD圖紙均為高清圖可自行編輯，文檔WORD都可以自己編輯的哦，有疑問咨詢QQ:1064457796,課題后的【XX系列】為整理分類用，與內(nèi)容無關(guān)，請忽視 玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及要求（【設(shè)計類】：包括畢業(yè)設(shè)計的目標(biāo)與內(nèi)容，擬采用的技術(shù)路線，達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，參考文獻(xiàn)及其它要求）設(shè)計的目標(biāo)與內(nèi)容： 1清潔玻璃機(jī)械手結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，確定設(shè)計方案和傳動方案，完成相關(guān)分析、計算。 2. 繪制行清潔玻璃機(jī)械手結(jié)構(gòu)裝配圖，拆畫零件圖。 3. 查閱相關(guān)文獻(xiàn)，提交文獻(xiàn)綜述，寫出前期報告，中期報告；繪制機(jī)械設(shè)計圖紙；撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。擬采用的技術(shù)路線：根據(jù)機(jī)器人的設(shè)計要求和使用工作狀況，對比分析現(xiàn)有傳動方案，確定本設(shè)計的傳動形式；根據(jù)機(jī)械設(shè)計理論，確定動力傳動方式，并利用AutoCAD完成主要零部件的繪制。達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：1. 傳動方案合理，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，布局合理；2. 清潔干凈，能源清潔，吸附力強(qiáng)；3. 制造成本低，便于安裝和維護(hù)。參考文獻(xiàn)：1 鄭文緯，吳克堅機(jī)械原理7版北京：高等教育出版社，19972 申永勝機(jī)械原理教程2版北京：清華大學(xué)出版社，20053 張策機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計：上冊2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011 4 張策機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計：下冊2版北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011 5 成大先機(jī)械設(shè)計手冊5版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20086 吳振彪工業(yè)機(jī)器人武漢：華中理工大學(xué)出版社，19977 羅志增機(jī)器人感覺與多信息融合北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20028 費(fèi)仁元機(jī)械人機(jī)械設(shè)計和分析北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，19989 薩哈印機(jī)器人導(dǎo)論北京：機(jī)械工業(yè)出版社，201010 徐德機(jī)器人視覺測量與控制北京：國防工業(yè)出版社，201111 路甬祥液壓氣動技術(shù)手冊M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200212 吳衛(wèi)榮氣動技術(shù)M北京：中國輕工業(yè)出版社，200513 Deppert Werner,Stoll Kurt.Pneumatic ControlM.Rechbergstr:FESTO AG&Co.,197514 閆繼厚氣動控制工程M北京：中國鐵道出版社，198415 徐炳輝氣動手冊M上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要本文首先對玻璃清潔機(jī)器人這個課題的來源、目的及意義進(jìn)行了闡述，簡單介紹了國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的發(fā)展情況，對玻璃清潔機(jī)器人的幾種不同的移動方式及吸附方式進(jìn)行了比較，最后采用了多吸盤的框架式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。接著對玻璃清潔機(jī)器人的總體方案進(jìn)行了設(shè)計，設(shè)計了行走機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過平動氣缸與腿部氣缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動，并且通過對玻璃吸附可靠性的分析選擇了吸盤、吸盤支座及快擰接頭等部件，還對其它的氣動元件進(jìn)行了選型，并且繪制了氣壓系統(tǒng)圖。關(guān)鍵詞：玻璃清潔機(jī)器人; 多吸盤的框架式結(jié)構(gòu); 行走機(jī)構(gòu); 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);ABSTRACTThis paper on the glass cleaning robot source, purpose and significance of the topic, introduces the development situation of glass cleaning robots at home and abroad, several different mobile ways of glass cleaning robot and adsorption methods were compared, and finally adopted more suction cup frame type structure, has the advantages of simple structure, convenient operation. Then for glass cleaning robot design, the overall scheme of the walking mechanism and steering mechanism design, through the translation of cylinder and the leg cylinder to realize the movement of the robot, and through the analysis of the surface adsorption reliability choose chuck, chuck support and quick screw connector components, such as also for other pneumatic components selection, and map the pneumatic system. Keywords: glass cleaning robot; Suction cup frame type structure; Walking agencies; Steering mechanism; 目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 爬壁機(jī)器人11.2 課題的目的與意義21.3 國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀21.4 課題主要內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)41.5 本章小結(jié)42 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn)52.1 玻璃清潔機(jī)器人的組成52.2 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn)62.3 本章小結(jié)63 玻璃清潔機(jī)器人的總體設(shè)計73.1 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計73.1.1 平動氣缸的設(shè)計與校核73.1.2腿部氣缸的設(shè)計與校核123.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計143.2.1 步進(jìn)電機(jī)的選型143.2.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計與校核153.3 吸附裝置的選取183.3.1 吸附可靠性分析183.3.2 吸附裝置的選取203.4 玻璃清潔機(jī)器人的框架以及吸盤安裝板的設(shè)計223.4.1 下框架的設(shè)計223.4.2 上框架的設(shè)計233.4.3 中間旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計243.4.4 吸盤安裝板的設(shè)計243.5 控制閥及其它氣動元件的選取253.5.1氣源處理組件的選取253.5.2 方向控制閥的選取253.5.3 單向節(jié)流閥的選取263.5.4 真空安全閥的選取273.5.5 分氣塊的選取273.5.6 氣電壓力轉(zhuǎn)換器的選取273.5.7 真空發(fā)生器的選取283.6氣動原理圖的設(shè)計283.7 本章小結(jié)29結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致 謝31III1世界最新機(jī)械設(shè)計理念來源:中國科技期刊摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計時的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計方法發(fā)展趨勢設(shè)計文件是將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。系統(tǒng)化設(shè)計方法系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨(dú)立性，各個要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。3. 將機(jī)械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。4. 設(shè)計元素法用五個設(shè)計元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。5. 圖形建模法研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。6. “構(gòu)思”“設(shè)計”法將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。7. 鍵合圖法將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。以設(shè)計為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求設(shè)計加工裝配成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達(dá)國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用。機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計的領(lǐng)域知識有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計學(xué)者也已意識到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點(diǎn)是：用計算機(jī)能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機(jī)，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計算機(jī)輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。玻璃清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要本文首先對玻璃清潔機(jī)器人這個課題的來源、目的及意義進(jìn)行了闡述，簡單介紹了國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的發(fā)展情況，對玻璃清潔機(jī)器人的幾種不同的移動方式及吸附方式進(jìn)行了比較，最后采用了多吸盤的框架式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。接著對玻璃清潔機(jī)器人的總體方案進(jìn)行了設(shè)計，設(shè)計了行走機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過平動氣缸與腿部氣缸來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動，并且通過對玻璃吸附可靠性的分析選擇了吸盤、吸盤支座及快擰接頭等部件，還對其它的氣動元件進(jìn)行了選型，并且繪制了氣壓系統(tǒng)圖。關(guān)鍵詞：玻璃清潔機(jī)器人; 多吸盤的框架式結(jié)構(gòu); 行走機(jī)構(gòu); 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu);ABSTRACTThis paper on the glass cleaning robot source, purpose and significance of the topic, introduces the development situation of glass cleaning robots at home and abroad, several different mobile ways of glass cleaning robot and adsorption methods were compared, and finally adopted more suction cup frame type structure, has the advantages of simple structure, convenient operation. Then for glass cleaning robot design, the overall scheme of the walking mechanism and steering mechanism design, through the translation of cylinder and the leg cylinder to realize the movement of the robot, and through the analysis of the surface adsorption reliability choose chuck, chuck support and quick screw connector components, such as also for other pneumatic components selection, and map the pneumatic system. Keywords: glass cleaning robot; Suction cup frame type structure; Walking agencies; Steering mechanism; 目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 爬壁機(jī)器人11.2 課題的目的與意義21.3 國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀21.4 課題主要內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)41.5 本章小結(jié)42 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn)52.1 玻璃清潔機(jī)器人的組成52.2 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn)62.3 本章小結(jié)63 玻璃清潔機(jī)器人的總體設(shè)計73.1 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計73.1.1 平動氣缸的設(shè)計與校核73.1.2腿部氣缸的設(shè)計與校核123.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計143.2.1 步進(jìn)電機(jī)的選型143.2.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計與校核153.3 吸附裝置的選取183.3.1 吸附可靠性分析183.3.2 吸附裝置的選取203.4 玻璃清潔機(jī)器人的框架以及吸盤安裝板的設(shè)計223.4.1 下框架的設(shè)計223.4.2 上框架的設(shè)計233.4.3 中間旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計243.4.4 吸盤安裝板的設(shè)計243.5 控制閥及其它氣動元件的選取253.5.1氣源處理組件的選取253.5.2 方向控制閥的選取253.5.3 單向節(jié)流閥的選取263.5.4 真空安全閥的選取273.5.5 分氣塊的選取273.5.6 氣電壓力轉(zhuǎn)換器的選取273.5.7 真空發(fā)生器的選取283.6氣動原理圖的設(shè)計283.7 本章小結(jié)29結(jié)論29參考文獻(xiàn)30致 謝31III1 緒論1.1 爬壁機(jī)器人捷克的劇作家卡雷爾凱培爾最先提出了機(jī)器人這個詞語，體現(xiàn)出了人類想要創(chuàng)造出一種能夠模仿人的行動的機(jī)器，從而能代替人類去進(jìn)行不同的工作的一種長久的愿望。國際ISO組織把機(jī)器人定義為一種自動的、位置可以控制的、具有編程功能的多功能機(jī)械手，然而我國的蔣新松院士則建議把機(jī)器人定義為一種擬人功能的機(jī)械電子裝置。機(jī)器人是一種涉及到電子學(xué)、機(jī)械工程、控制理論、人工智能、仿生學(xué)、力學(xué)等多種學(xué)科相互交叉以及計算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)等多種技術(shù)相互融合的復(fù)雜系統(tǒng)，也是一種邊緣科學(xué)。機(jī)器人技術(shù)水平的高低在某種意義上能夠體現(xiàn)出一個國家工業(yè)生產(chǎn)能力與科技水平的綜合能力，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及人類生產(chǎn)和生活需求的不斷增長，機(jī)器人技術(shù)被廣泛應(yīng)用到人類生活中的方方面面，它已經(jīng)成為了高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性的研究目標(biāo)，并且為社會帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)以及發(fā)展不但從根本上改變了傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)，對人類的社會生活也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。玻璃爬行機(jī)器人是從極限作業(yè)機(jī)器人中產(chǎn)生出的一個分支，它主要在玻璃或者高空中移動的同時進(jìn)行作業(yè)，由于在現(xiàn)代社會中有許多作業(yè)場合對人的身體有比較大的傷害，甚至不適合人類親身投入其中，這種情況下玻璃爬行機(jī)器人便可以代替人類去完成這些危險工作，因此爬壁機(jī)器人的重要性越來越得到人類的認(rèn)可。目前國內(nèi)外的許多現(xiàn)場作業(yè)中已經(jīng)投入了相當(dāng)數(shù)量的玻璃爬行機(jī)器人，其主要集中在以下幾個行業(yè)：（1）核工業(yè)：對核廢液儲罐進(jìn)行視覺檢查、測厚以及焊縫探傷等（2）石化工業(yè)：對圓形大罐或者球形罐的內(nèi)外玻璃進(jìn)行檢查或噴砂除銹、噴漆防腐等（3）建筑行業(yè)：用于噴涂巨型墻面，安裝瓷磚并且對瓷磚和玻璃玻璃進(jìn)行清洗等（4）消防部門：用于傳遞救援物資，進(jìn)行救援工作等（5）造船行業(yè)：用于噴涂船體或輪船內(nèi)壁等（6）電力行業(yè)：用于對電站鍋爐水冷壁管壁厚度進(jìn)行測量等本文所設(shè)計的玻璃清潔機(jī)器人屬于玻璃爬行機(jī)器人在建筑行業(yè)中的運(yùn)用，主要用于對建筑物玻璃以及光滑外壁的清洗。1.2 課題的目的與意義清洗工人搭乘吊籃、升降平臺或者直接腰系繩索，進(jìn)行高空擦洗。雖然簡便易行，但勞動強(qiáng)度大，工作效率低，稍有不慎還就會出現(xiàn)墜落事故，造成傷亡，人工作業(yè)的效率也很低。隨著人類社會的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人們對生活質(zhì)量和工作環(huán)境的要求越來越高，為了提高清洗效率并且把清洗工人從惡劣的工作環(huán)境中解脫出來，有待開發(fā)一種自動清洗作業(yè)系統(tǒng)。玻璃清潔機(jī)器人是一種實(shí)用性很強(qiáng)的裝置。自從本世紀(jì)六十年代以來，爬壁機(jī)器人及其相關(guān)技術(shù)的研究受到了人們廣泛的關(guān)注，但是大都只是進(jìn)行了一些實(shí)驗性質(zhì)的研究，其相關(guān)的理論分析還不成熟，結(jié)構(gòu)設(shè)計雖然百花齊放，但真正能用于實(shí)際工作的卻很少。作為清洗用的爬壁機(jī)器人來說，其清洗工具具有簡單、重復(fù)的特點(diǎn)，比較適合機(jī)器人的自主工作，玻璃清潔機(jī)器人是以清洗高層建筑為目的的玻璃移動機(jī)器人，它的出現(xiàn)將會極大地降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，同時提高生產(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)慕?jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，玻璃清潔機(jī)器人具有良好的應(yīng)用前景。1.3 國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀在我們國家從七十年代的初期開始研究以及開發(fā)機(jī)器人，1975年，川崎重工業(yè)公司在北京舉辦的日本科技展覽會上展出了Unimate-2000型的搬運(yùn)機(jī)器人，從此在我國便掀起了第一個機(jī)器人的研究浪潮，許多單位都開始了對機(jī)器人的研制。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的機(jī)器人研究所研發(fā)設(shè)計了我國的第一臺爬壁式遙控檢查機(jī)器人，它主要用來對核廢料儲罐的安全情況進(jìn)行檢查，該機(jī)器人的特點(diǎn)為用了一種稱為“全方位輪”的新結(jié)構(gòu)輪子作為行走的機(jī)構(gòu)，這是瑞典的MECANUM公司的全新的技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)從1988年起研發(fā)制造了兩種玻璃爬行機(jī)器人，1996年研發(fā)成功的多功能履帶式罐壁噴涂檢測磁吸附爬壁機(jī)器人是針對石油企業(yè)的儲油和儲水鋼罐定期噴砂除銹、噴漆防腐及涂層厚度等進(jìn)行檢測工作而研發(fā)制作的；哈爾濱工業(yè)大學(xué)所研發(fā)制造的另外一種機(jī)器人是一種單吸盤的輪式爬壁機(jī)器人，該機(jī)器人為真空吸附式，并且采用了全方位的車輪結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人本體的方向位置不改變的狀況下可以沿著任意的直線方向進(jìn)行運(yùn)動，這種機(jī)器人本體重量為20千克，能夠負(fù)載15千克，移動速度為0-2米/分鐘，控制系統(tǒng)采用了微機(jī)控制與遙控。北京航空航天大學(xué)從1996年開始先后研發(fā)制造了WHSHMAN、CLEANBOT、SKYCLEAN、靈巧型擦窗機(jī)器人、吊籃式擦窗機(jī)器人以及藍(lán)天潔寶等等一系列的清洗機(jī)器人，前三種玻璃清潔機(jī)器人都是全氣動式的自主步行移動清洗機(jī)器人，采用了十字框架結(jié)構(gòu)，機(jī)器人上所有的部件都是由氣缸來驅(qū)動的，十字框架結(jié)構(gòu)由兩個無桿氣缸組成，這樣的玻璃清潔機(jī)器人有著結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。機(jī)器人在可以伸縮的腿部上裝有真空吸盤，能夠通過腿部交替的吸附以及氣缸的運(yùn)動在玻璃幕墻或玻璃上進(jìn)行橫向或者縱向的運(yùn)動以及實(shí)現(xiàn)越障功能。CLEANBOT和SKYCLEANER這兩種清洗機(jī)器人在兩個主要?dú)飧字g設(shè)置了腰關(guān)節(jié)，在機(jī)器人發(fā)生偏斜的時候能夠通過糾偏運(yùn)動讓機(jī)器人回到正常運(yùn)動的狀態(tài)，SKYCLEANER機(jī)器人的腿部與吸盤采用了微動鉸鏈連接，可以克服玻璃面上的二度折角變化。靈巧型擦窗機(jī)器人重量只有20kg，尺寸為0.4m0.8m0.2m（寬長高）。吊籃式擦窗機(jī)器人通過模擬人類的手擦窗的動作來進(jìn)行清洗作業(yè)，藍(lán)天潔寶是一種被動式的清洗機(jī)器人，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作效率高等特點(diǎn)。北京清華大學(xué)的機(jī)器人與自動化實(shí)驗室研發(fā)制作出名為TH-ClimberI的大型油罐的自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以磁吸附式玻璃爬行機(jī)器人作為載體的，在磁吸附式玻璃爬行機(jī)器人的左右兩邊各自裝了兩個帶輪，兩個帶輪以前后分布，分別與安裝了永磁塊的履帶進(jìn)行嚙合，從而組成了機(jī)器人的移動機(jī)構(gòu)。這種機(jī)器人采用了以兩個后輪為主驅(qū)動輪的驅(qū)動方式，由一臺直流伺服電機(jī)通過諧波減速器來帶動后輪。在磁吸附式玻璃爬行機(jī)器人的面對玻璃的一邊安裝了渦流檢測組件，這種組件通過直流電機(jī)與同步帶機(jī)構(gòu)來帶動渦流探頭在垂直于機(jī)器人運(yùn)動路線的方向上來回地進(jìn)行移動，通過繼電器及行程開關(guān)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。這種機(jī)器人能夠自動糾正運(yùn)動路線上的偏差并且識別出機(jī)器人當(dāng)前所在的位置，是一種擁有一定智能的爬壁機(jī)器人。上海大學(xué)的特種機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用研究室研發(fā)制造了多真空吸盤的多層框架式玻璃爬行機(jī)器人，這種機(jī)器人擁有三層框架，上下兩個框架都能夠與中間框架進(jìn)行相對的直線運(yùn)動，中間框架則可以帶動上框架一起與下框架作相對的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在上下兩個框架上分別安裝了四個真空吸盤，可以通過上下框架的吸盤的交替吸附實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在玻璃上的移動，該機(jī)器人的最大移動速度為7m/min，機(jī)器人本體重量為50kg，負(fù)載能力為55kg，能夠越過高為60mm的高度，控制系統(tǒng)采用了無線射頻的遙控操作。浙江工業(yè)大學(xué)的機(jī)電學(xué)院正在自行研發(fā)一種以氣動柔性驅(qū)動器為基礎(chǔ)的小型多吸盤式玻璃爬行機(jī)器人，這種玻璃爬行機(jī)器人采用真空吸附，可以實(shí)現(xiàn)在平地或玻璃上進(jìn)行直線或彎曲的爬行。該機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要由驅(qū)動裝置、吸附裝置以及提升裝置構(gòu)成。吸附裝置包括五個吸盤以及相同數(shù)量的真空發(fā)生器，運(yùn)動時保持三個以上的吸盤同時進(jìn)行吸附。香港城市大學(xué)研制了一種十字架構(gòu)的全氣動式爬壁機(jī)器人，這種玻璃爬行機(jī)器人由玻璃爬行機(jī)器人本體、供應(yīng)小車、空壓機(jī)以及控制器組成，本體長度為1220mm，寬為1340mm，高度為370mm，機(jī)器人本體重量為30kg。該機(jī)器人的本體由兩個垂直正交的氣缸所組成，通過兩個垂直正交的氣缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在各個方向上的移動，這種機(jī)器人還有一個由擺動氣缸所組成的腰關(guān)節(jié)，用來校正方向上的誤差。在機(jī)器人的水平和垂直氣缸的端部安裝有4個垂直于玻璃的氣缸作為機(jī)器人的腿部，通過機(jī)器人的4條退的伸縮來完成機(jī)器人的越障動作。機(jī)器人的清洗裝置安裝在水平氣缸的兩側(cè)，清洗裝置能夠通過水平氣缸的伸縮運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)對左右方向的清洗工作。機(jī)器人的每條腿上都安裝有4個吸盤，機(jī)器人通過這些吸盤對玻璃進(jìn)行吸附，從而保證機(jī)器人不會滑落。機(jī)器人可以通過由一個CCD攝像機(jī)和兩個激光二極管所組成的視覺系統(tǒng)來測量其本體與窗戶的相對位置，視覺系統(tǒng)還具有識別工作表面的衛(wèi)生情況以及確定要清洗的位置的功能。這種機(jī)器人由于采用了十字架構(gòu)以及真空吸附，并且采用氣壓來進(jìn)行驅(qū)動，因此結(jié)構(gòu)簡單，靈活性好，但是存在著清洗的盲區(qū)，以及整體的剛性比較差等缺點(diǎn)。圖1-1十字型架構(gòu)的全氣動式爬壁機(jī)器人1.4 課題主要內(nèi)容及技術(shù)參數(shù)課題主要內(nèi)容：（1）完成移動機(jī)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)計算，真空吸附、氣壓驅(qū)動的框架式結(jié)構(gòu)的設(shè)計，清洗作業(yè)裝置的設(shè)計；（2）氣動系統(tǒng)的設(shè)計；1.5 本章小結(jié)本章對課題的來源、目的與意義進(jìn)行了介紹，對國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并且列出了本課題的主要內(nèi)容和技術(shù)參數(shù)。2 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn)2.1 玻璃清潔機(jī)器人的組成一個完整的玻璃清潔機(jī)器人應(yīng)該包含有本體以及控制兩個部分，其中本體結(jié)構(gòu)又包括移動部分、吸附部分和清洗裝置。移動部分包括了玻璃清潔機(jī)器人的行走與轉(zhuǎn)向，通過氣缸來控制機(jī)器人的行走，步進(jìn)電機(jī)與蝸輪蝸桿則控制機(jī)器人的轉(zhuǎn)向；吸附部分由機(jī)器人腿部的吸盤組成，通過吸盤組來保證玻璃清潔機(jī)器人在玻璃上吸附的可靠性；清洗裝置包括了三相電機(jī)與圓盤刷，通過電機(jī)帶動圓盤刷轉(zhuǎn)動來起到清洗的目的?？刂撇糠謩t采用了可編程控制器，也就是PLC來對整個機(jī)器人的動作進(jìn)行控制，以便達(dá)到控制簡單可靠的目的。玻璃爬行機(jī)器人的主要功能分為移動及吸附功能，由于存在多種不同的移動方式與吸附方式，因此要對這些移動和吸附方式進(jìn)行分析比較，從而選擇出最適合本課題的結(jié)構(gòu)。表2-1 玻璃移動機(jī)器人的各種移動方式比較移動方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)車輪式移動速度快，行走控制簡單著地面積小，維持吸附力較困難履帶式對玻璃適應(yīng)能力強(qiáng)，著地面積大體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)彎比較困難，重量較大腳步式對玻璃適應(yīng)能力、越障能力和帶載能力均較強(qiáng)移動速度慢，動作有間歇性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大框架式結(jié)構(gòu)簡單，剛性較好，控制方便，越障能力和帶載能力均較強(qiáng)移動速度慢，有間歇性表2-2 玻璃移動機(jī)器人的各種吸附方式比較吸附方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)單吸盤真空吸附式容易實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化且結(jié)構(gòu)簡單、容易控制要求玻璃有一定的平滑度，越障能力低，不適應(yīng)復(fù)雜玻璃環(huán)境，遇到裂縫或凹凸面負(fù)壓難維持多吸盤真空吸附式吸盤尺寸小，密封性較好，吸附穩(wěn)定可靠，越障能力和帶載能力較強(qiáng)吸盤的增多會帶來結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，控制的難度也增加續(xù)表2-2吸附方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)永磁體磁吸附式能產(chǎn)生較大的吸附力，不受玻璃凹凸或裂縫的限制，不消耗電能，不受斷電的影響只能在導(dǎo)磁玻璃上爬行，步行時磁體與玻璃脫離需要較大的力電磁體磁吸附式能產(chǎn)生較大的吸附力，不受玻璃凹凸或裂縫的影響，控制比較方便只能在導(dǎo)磁玻璃上爬行，維持吸附力需要耗能，電磁體本身重量很大推力吸附式無泄漏問題，對玻璃形狀、材料適應(yīng)能力強(qiáng)負(fù)載小，難以控制，噪音很大，體積大效率低2.2 玻璃清潔機(jī)器人的方案確認(rèn)參照上表中對玻璃清潔機(jī)器人的幾種移動方式與吸附方式的分析比較，這里采用了多吸盤框架式結(jié)構(gòu)的玻璃清潔機(jī)器人?？蚣苁浇Y(jié)構(gòu)比起其它幾種結(jié)構(gòu)有著結(jié)構(gòu)簡單、剛性較好、控制方便、越障能力與帶載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。由于磁吸附式對玻璃的材料有特殊要求，而推力吸附式又有著負(fù)載小、難控制、體積大等缺點(diǎn)，又因為多吸盤有著尺寸小、密封性好、吸附穩(wěn)定可靠、越障能力和帶載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此這里采用了真空吸附式的多吸盤結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)吸附功能。2.3 本章小結(jié)本章通過綜合比較幾種常用的移動方式和吸附方式，最終選用吸盤作為運(yùn)吸附方式。3 玻璃清潔機(jī)器人的總體設(shè)計3.1 行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要由1個平動氣缸與6個腿部氣缸來共同實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走功能，機(jī)器人由兩個外形相似的框架組成，每個框架上安裝有三個提升氣缸，每個提升氣缸上則安裝有一組吸盤組，兩個框架中間還有一塊中間旋轉(zhuǎn)板，中間旋轉(zhuǎn)板上裝有一個平動氣缸與兩個導(dǎo)軌。當(dāng)機(jī)器人要開始移動時，上框架的提升氣缸的吸盤脫離吸附，提升氣缸縮回，然后中間旋轉(zhuǎn)板上的平動氣缸伸出，帶動上框架沿著導(dǎo)軌的方向移動，氣缸完全伸出后，上框架的提升氣缸伸出，氣缸上的吸盤吸附住玻璃，然后下框架的提升氣缸上的吸盤脫離吸附，提升氣缸縮回，中間旋轉(zhuǎn)板上的平動氣缸縮回，帶動下框架移動，平動氣缸完全縮回，下框架的提升氣缸伸出，氣缸上的吸盤吸附住玻璃，這樣就完成了一次行走過程。圖3-1 玻璃清潔機(jī)器人的平動示意圖3.1.1 平動氣缸的設(shè)計與校核平動氣缸主要用來實(shí)現(xiàn)玻璃清潔機(jī)器人的前后移動，它安裝在上下框架間的中間旋轉(zhuǎn)板上，由于機(jī)器人水平運(yùn)動時氣缸的活塞桿會承受比較大的徑向力，因此在平動氣缸的兩邊分別安裝有一個與氣缸的活塞桿平行的導(dǎo)軌。圖3-2 平動氣缸與導(dǎo)軌的位置關(guān)系圖（1）平動氣缸的受力分析機(jī)器人運(yùn)動時平動氣缸有三種受力狀態(tài)，分別是垂直向上爬行時，垂直向下爬行時與水平爬行時。1）垂直向上爬行時：當(dāng)機(jī)器人垂直向上爬行時，平動氣缸有兩種受力情況，一種是下框架吸附時氣缸帶動上框架向上伸出，這時平動氣缸受到軸向的壓力F。圖3-3 垂直上爬下框架吸附時平動氣缸受力圖圖3-3中F為平動氣缸受到的軸向壓力。 （3-1）垂直向上爬時的另外一種受力情況是上框架吸附時平動氣缸帶動下框架向上運(yùn)動，這時氣缸的活塞桿承受拉力F。圖3-4 垂直上爬上框架吸附時平動氣缸受力圖圖3-4中F為平動氣缸的活塞桿所承受的拉力。 （3-2）2）垂直向下爬行時：玻璃清潔機(jī)器人在垂直向下爬行時，平動氣缸也有兩種不同的受力情況。一種是下框架吸附時平動氣缸帶動上框架向下運(yùn)動，這時平動氣缸的活塞桿受到拉力F。圖3-5 垂直下爬下框架吸附時平動氣缸受力圖圖3-5中F為平動氣缸的活塞桿受到的拉力。垂直向下爬行時的另外一種受力情況是上框架吸附時平動氣缸帶動下框架向下運(yùn)動，這時氣缸的活塞桿受到壓力F。圖3-6 垂直下爬上框架吸附時平動氣缸受力圖圖3-6中F為平動氣缸的活塞桿受到的壓力。3）水平運(yùn)動時：玻璃清潔機(jī)器人水平運(yùn)動時，氣缸也處于水平狀態(tài)，這時氣缸的伸縮只要克服徑向的摩擦力，由于導(dǎo)軌和氣缸的活塞桿都是光滑的，可以認(rèn)為氣缸的活塞桿不受拉力和壓力，由徑向力產(chǎn)生的彎矩由兩邊的導(dǎo)軌來承受，這樣可以起到保護(hù)氣缸的作用。（2）平動氣缸的選型根據(jù)以上所作的受力分析來看，平動氣缸承受的最大拉力與最大壓力都為245N，因此選用雙作用單活塞桿氣缸，氣缸需要滿足以下式子： （3-3）式子中的D為活塞的直徑，d為活塞桿的直徑，F(xiàn)為氣缸承受的最大壓力，P為工作壓力，這里取為6bar。經(jīng)過選型這里選擇德國Festo公司的DNG-40-250-PPV-A型氣缸作為平動氣缸，型號中的40表示活塞直徑為40mm，250則表示行程為250mm。氣缸的兩端有可調(diào)緩沖器，該氣缸在6bar工作壓力下的理論推力為753N，理論返回力為633N，比計算所得的最大壓力和最大拉力都大。氣缸重量為1790g，氣接口為G1/4，活塞桿上的螺紋為M121.25。（3）平動氣缸的校核平動氣缸在玻璃清潔機(jī)器人的運(yùn)動過程中有兩種受力狀態(tài)：受軸向的拉、壓力和受到徑向的彎矩。軸向的拉、壓力大約是機(jī)器人重量的一半，氣缸的活塞桿完全可以承受，因此需要校核平動氣缸所受到的徑向彎矩。機(jī)器人在水平移動時平動氣缸的活塞桿受到徑向力，為了提高抗彎強(qiáng)度，在平動氣缸的兩邊分別設(shè)計了導(dǎo)軌和滑塊，用來分擔(dān)平動氣缸承受到的大部分彎矩。圖3-7 平動氣缸彎矩校核計算圖如上圖所示，（a）圖為平動氣缸縮回時的受力圖，（b）圖為平動氣缸伸出時的受力圖，從圖中可以看出平動氣缸沒有受到扭矩的作用，因此只需要對彎矩進(jìn)行校核。首先對（a）圖的狀態(tài)列出力和力矩方程，以作用力N的作用線上的某一點(diǎn)為基準(zhǔn)，可得： （3-4） （3-5）由式（3-5）可得：然后對（b）圖的狀態(tài)列出力和力矩方程，以O(shè)點(diǎn)位基準(zhǔn)，可得： （3-6）由式（3-4）可得：代入式（3-6）可得： （3-7）機(jī)器人總重為35kg，G為機(jī)器人重量的一半左右，因此G可以取18N，F(xiàn)=0.1818=32.4N，即平動氣缸的活塞桿所受的最大力為32.4N，由選定氣缸的行程為250mm可在圖3-8中查得所能承受的最大側(cè)向力為45N，因此該氣缸滿足抗彎條件，可以使用。圖3-8 Festo氣缸側(cè)向力與行程關(guān)系圖3.1.2腿部氣缸的設(shè)計與校核（1）腿部氣缸的受力分析本課題設(shè)計的玻璃清潔機(jī)器人在上下框架上分別裝有三個提升氣缸，移動時主要作伸出時吸附于玻璃以及縮回時脫離吸附這兩個動作，伸出和縮回時基本不承受任何的軸向力，但是承受一定的徑向力。氣缸伸出時徑向力較大，等于機(jī)器人的總重，從參數(shù)列表中得出機(jī)器人總重為35kg，這個重量由機(jī)器人的提升氣缸承受；縮回時的徑向力由吸盤、吸盤支座及吸盤安裝板所產(chǎn)生，由于這些部件的重量很輕，因此徑向力較小。（2）腿部氣缸的選型腿部氣缸基本上不承受軸向的力，因此從行程和盡量輕的原則上來選型。本課題的腿部氣缸選擇了德國Festo公司的DNC-40-50-PPV-A型氣缸，型號中的40代表活塞的直徑為40mm，50代表氣缸的行程為50mm，氣缸兩端有可調(diào)緩沖器，氣缸重量為1025g，氣接口為G1/4，活塞桿的螺紋為M121.25，通過該螺紋實(shí)現(xiàn)氣缸與吸盤安裝板的連接。圖3-9 腿部氣缸、吸盤與吸盤安裝板的安裝示意圖（3）腿部氣缸的校核通過上面的受力分析可以知道，腿部氣缸在伸出時承受機(jī)器人的總重，這時腿部氣缸主要承受彎矩，而在縮回時則主要承受吸盤、吸盤支座和吸盤安裝板等部件的重力所產(chǎn)生的彎矩和扭矩，要分別對彎矩和扭矩進(jìn)行校核。1）彎矩校核：分析腿部氣缸伸出和縮回時的彎矩大小可以得知?dú)飧咨斐鰰r受到的彎矩要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于縮回時受到的彎矩，因此這里針對氣缸伸出時的彎矩進(jìn)行校核。根據(jù)所選氣缸的型號可以得知腿部氣缸的行程為50mm，查圖2-8得氣缸可以承受的最大側(cè)向力為140N，當(dāng)三個氣缸同時作用時能承受的最大側(cè)向力則為1403=420N。玻璃清潔機(jī)器人的總重為35kg，完全可以滿足彎矩條件。2）扭矩校核：由于氣缸只在活塞桿縮回時才可能受到扭矩的作用，若受到扭矩的作用，該扭矩由吸盤、吸盤支架與吸盤安裝板產(chǎn)生。活塞桿伸出時，至少有三個氣缸呈正三角形分布吸附，因此氣缸沒有受到扭矩的作用，這里要校核扭矩只需要對氣缸活塞桿伸出時的情況進(jìn)行分析。圖3-10 腿部氣缸力臂圖如圖3-10所示，MN為一條鉛垂線，圖中的三個圓代表了三個吸盤，它們呈正三角形分布，O點(diǎn)代表氣缸的軸心，A、B、C三點(diǎn)代表把吸盤假象為一個質(zhì)點(diǎn)的位置，角為吸盤組順時針轉(zhuǎn)過的角度，r1、r2、r3為三個吸盤的力臂，假設(shè)每個吸盤以及吸盤支架的重量為G，正三角形ABC的邊長為a。則可得： （3-8） （3-9） （3-10）由式（3-8）、（3-9）、（3-10）可得： （3-11）由上式可以看出中心點(diǎn)O受到的扭矩為0，因此氣缸的活塞桿所受的扭矩為0，所選氣缸可以使用。3.3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計本課題設(shè)計的玻璃清潔機(jī)器人擁有轉(zhuǎn)向的功能，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個步進(jìn)電機(jī)和一對蝸輪蝸桿的減速機(jī)構(gòu)組成。一開始機(jī)器人的六個腿部氣缸都處于吸附狀態(tài)，當(dāng)開始轉(zhuǎn)動時，上框架脫離吸附，氣缸縮回，步進(jìn)電機(jī)帶動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸輪再帶動中間旋轉(zhuǎn)板和上框架一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動完畢后上框架的氣缸伸出吸附，這樣安裝在中間旋轉(zhuǎn)板上的平動氣缸與導(dǎo)軌也轉(zhuǎn)動了相同的角度，機(jī)器人便完成了一次轉(zhuǎn)動。圖3-11 步進(jìn)電機(jī)與蝸輪蝸桿安裝示意圖3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的選型本設(shè)計中的玻璃清潔機(jī)器人是一個關(guān)于轉(zhuǎn)軸的中心對稱的結(jié)構(gòu)，機(jī)器人在玻璃進(jìn)行工作時受到的轉(zhuǎn)動力矩很?。ㄖ挥心Σ廉a(chǎn)生的力矩），基本上可以忽略不計，在步進(jìn)電機(jī)的選型上本設(shè)計選用了無錫三拓電氣有限公司所生產(chǎn)的57BYG3504型三相混合式步進(jìn)電機(jī)，主要參數(shù)如下表：表3-3 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)列表型號步距角相數(shù)驅(qū)動電壓（V）相電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（Nm）空載起動頻率（步/秒）空載運(yùn)行頻率（千步/秒）轉(zhuǎn)動慣量（Kgcm2）相電感（mH）重量（Kg）57BYG35040.633631.11600200.46-1.13.2.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計與校核玻璃清潔機(jī)器人的動力源為三相混合式步進(jìn)電機(jī)，其中蝸桿與電動機(jī)直聯(lián)，蝸輪通過蝸輪軸與中間旋轉(zhuǎn)板固接。（1）蝸桿的選型GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿（ZI蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿（ZI蝸桿）。（2）蝸桿副的材料玻璃清潔機(jī)器人中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，采用金屬模鑄造。（3）蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸取中心距a=50mm，傳動比i=82，模數(shù)m=1mm。蝸桿的參數(shù)與尺寸：頭數(shù)，模數(shù)m=1mm，軸向齒距為： （3-12）軸向齒厚為： （3-13）分度圓直徑，直徑系數(shù)為： （3-14）分度圓導(dǎo)程角為： （3-15）取齒頂高系數(shù)，徑向間隙系數(shù)，則齒頂圓直徑為： （3-16）齒根圓直徑為： （3-17）蝸輪的參數(shù)與尺寸：齒數(shù)，模數(shù)m=1mm，分度圓直徑為： （3-18）變位系數(shù)為： （3-19）蝸輪喉圓直徑為： （3-20）蝸輪齒根圓直徑為： （3-21）蝸輪咽喉母圓半徑為： （3-22）（4）校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由蝸桿頭數(shù)，傳動比i=82，可以算出蝸輪齒數(shù)。則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)為： （3-23）根據(jù)蝸輪變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查得齒形系數(shù)，螺旋角影響系數(shù)為： （3-24）根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，查得蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為：蝸輪的壽命系數(shù)為： （3-25）蝸輪的許用彎曲應(yīng)力為： （3-26）蝸輪的齒根彎曲應(yīng)力為： （3-27）可見，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。3.3 吸附裝置的選取3.3.1 吸附可靠性分析玻璃清潔機(jī)器人要可靠穩(wěn)定地吸附在玻璃上需要克服兩個力：重力和傾覆力矩?？朔亓Φ淖饔檬且共Ａ鍧崣C(jī)器人在重力的作用下不會滑落，克服傾覆力矩的作用是使玻璃清潔機(jī)器人不會再傾覆力矩的作用下脫離吸附。綜合分析本設(shè)計中的玻璃清潔機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動特點(diǎn)可以得出，上框架的氣缸縮回、下框架的氣缸吸附并且一個腿部氣缸在上、兩個腿部氣缸在下處于同一水平線上時最容易跌落，因此對這種狀態(tài)下的機(jī)器人的受力情況進(jìn)行分析。圖3-12 玻璃清潔機(jī)器人的受力分析圖上圖中F為吸盤組的真空吸附力，N為玻璃對吸盤組的法向推力，G為玻璃清潔機(jī)器人的總重力，f為吸盤組受到的摩擦力，為上面一組吸盤的幾何中心與后面兩組吸盤的幾何中心的連線的垂直距離，為玻璃清潔機(jī)器人以及負(fù)載的等效中心與玻璃的距離。玻璃清潔機(jī)器人能夠可靠吸附玻璃的條件是重力要比最大靜摩擦力小，根據(jù)摩擦力的特性，在一般的工作情況下，最大靜摩擦力比滑動摩擦力大，為了防止玻璃清潔機(jī)器人從玻璃上滑落，必須要滿足以下式子： （3-28）上式中f為下框架所有吸盤組的總滑動摩擦力，為吸盤對于玻璃的滑動摩擦系數(shù)。分析垂直于玻璃方向與平行于玻璃方向的受力情況，可以列出以下兩個力的平衡方程： （3-29） （3-30）上面一組吸盤的幾何中心到下面兩組吸盤的幾何中心的連線的距離為 （3-31）上式中r為三個吸盤組所在的圓的半徑。考慮到真空吸附力、玻璃對吸盤的法向推力和重力可以列出以下力矩方程： （3-32）為了使計算更加簡單，這里假設(shè)每個吸盤組的真空度是相同的，這樣每個吸盤組受到的真空吸附力也是相同的，玻璃對下面兩組吸盤的法向推力也是相同的，這樣可以得出，代入式（3-32）可得： （3-33）把式（3-33）代入式（3-29）得： （3-34）吸盤要克服傾覆力矩保持不脫落要滿足的條件。結(jié)合上述式子可以得出： （3-35） （3-36） （3-37）上面三個式子為玻璃清潔機(jī)器人在玻璃上工作的可靠吸附條件，式（3-35）、（3-36）為玻璃清潔機(jī)器人不會傾覆的條件，式（3-37）為玻璃清潔機(jī)器人在重力的作用下不會下滑的條件。3.3.2 吸附裝置的選?。?）吸盤等吸附裝置的選取本設(shè)計中玻璃清潔機(jī)器人的所有氣動元件都是德國Festo公司的產(chǎn)品，吸盤與建筑玻璃的摩擦系數(shù)也是根據(jù)Festo公司所提供的數(shù)據(jù)選取。本設(shè)計中選擇的吸盤材料為丁腈橡膠，考慮到玻璃清潔機(jī)器人的工作表面為瓷磚或玻璃，相比瓷磚玻璃的摩擦系數(shù)更小，因此出于安全考慮這里采用玻璃的摩擦系數(shù)，其值為0.5，由于清洗時玻璃表面會變得濕潤，因此摩擦系數(shù)將會降低10%40%，為了使機(jī)器人的吸附更加安全可靠，這里取摩擦系數(shù)會降低的最大值40%，可求得摩擦系數(shù)為： （3-38）從所給的玻璃清潔機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)可以得知機(jī)器人的本體重量為20kg，負(fù)載能力為15kg，因此總重G=35kg。從繪制的裝配圖中可以量得三個吸盤組所在的圓的半徑為r=572mm，上面一組吸盤的幾何中心與后面兩組吸盤的幾何中心的連線的垂直距離，將這些參數(shù)代入式（3-35）可得F=448N，代入式（3-36）可得，代入式（3-37）可得F=1166.7N。式（3-36）是一個驗證條件，在選取吸盤的計算中可以不考慮，但是在選取吸盤后要用這個式子來驗證。從三個式子的計算結(jié)果可以得出對于玻璃清潔機(jī)器人的吸附可靠性影響最大的是式（3-37），即機(jī)器人在重力作用下的下滑力，因此選取吸盤時以式（3-37）為依據(jù)。從式（3-37）可以看出所有處于吸附狀態(tài)的吸盤要保證機(jī)器人在重力的作用下不下滑所要產(chǎn)生的真空吸附力為1166.7N，這個真空吸附力由三個吸盤組共9個吸盤來分擔(dān)，每個吸盤要分擔(dān)129.6N的力。由下式可以選取吸盤的直徑： （3-39）上式中F為單個吸盤的吸附能力，p為吸盤的真空度，根據(jù)實(shí)際情況取-0.08MP，為吸盤的實(shí)際面積，為吸盤的有效面積，一般取吸盤實(shí)際面積的80%，為安全系數(shù)，選取為2。由這些參數(shù)可以得到吸盤的實(shí)際直徑為： （3-40）從計算結(jié)果可以選擇吸盤的直徑為80mm，從Festo公司給的吸盤參數(shù)可以看出直徑80mm的吸盤在-0.07MP下的脫離力為309.7N，結(jié)合式子（3-36）可以得出：只要有四個吸盤同時吸附并且最上面的吸盤組至少有一個吸盤吸附時玻璃清潔機(jī)器人就不會從玻璃脫離從而導(dǎo)致滑落或傾覆。本設(shè)計中選取了Festo公司的ESS-80-SN型的真空吸盤及ESH-HA-5-G型的支座，吸盤型號中的ESH代表該型號的整套吸盤，80代表吸盤的直徑為80mm，SN代表材料為丁腈橡膠的普通圓形吸盤，另外為了氣管便于安裝，為每一個吸盤配了一個快擰接頭，安裝在吸盤支座的上面，快擰接頭的型號為QSR-G1/8-6,這種快擰接頭的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕、便于安裝、氣管固定牢靠、即便在腿部氣缸的伸縮所產(chǎn)生的較大的張力之下也可以正常地工作。圖3-13 吸盤、吸盤支座與快擰接頭的結(jié)構(gòu)圖（2）吸盤的布局根據(jù)計算可得每組吸盤由三個單獨(dú)的吸盤組成，吸盤組的排列一般有兩種形式：正三角形與直線形。無論采用哪種排列方式，根據(jù)力的合成原理總可以把三個吸盤的吸附力合成為一個作用在幾何中心的、方向與三個吸盤各自的吸附力方向相同的、力的大小等于三個吸盤的力的大小總和的合成力，并且不附加任何的力矩，因此采取任何一種排列方式都對玻璃清潔機(jī)器人整體的抵抗傾覆的能力沒有大的影響，但是考慮到吸盤組排列的緊湊性與吸附的穩(wěn)定性，這里就采用了三角形的排列形式。圖3-14 吸盤的兩種排列形式3.4 玻璃清潔機(jī)器人的框架以及吸盤安裝板的設(shè)計本設(shè)計中玻璃清潔機(jī)器人的框架及吸盤的安裝板等都是由自己設(shè)計的，為了減輕機(jī)器人的重量以及滿足強(qiáng)度的要求，材料都選用鋁合金，鋁合金的密度為，比鋼鐵的密度要小得多，強(qiáng)度也滿足需要。3.4.1 下框架的設(shè)計下框架上安裝有3個腿部氣缸，蝸輪蝸桿被安裝在下框架的下部，蝸輪軸通過下框架中心的孔與中間旋轉(zhuǎn)板固接，在機(jī)器人轉(zhuǎn)向時下框架負(fù)責(zé)吸附玻璃，以保持機(jī)器人轉(zhuǎn)向時的穩(wěn)定。下框架采用鋁合金材料，板的厚度為5mm，設(shè)計時要滿足結(jié)構(gòu)簡單質(zhì)量輕的條件，還要滿足強(qiáng)度的要求，整塊板采用了鑄造工藝，成型后再進(jìn)行切削加工。圖3-15 下框架的結(jié)構(gòu)圖3.4.2 上框架的設(shè)計上框架的結(jié)構(gòu)與下框架相似，由于上框架與下框架有一定的垂直距離，為了保持腿部氣缸在同一個平面上工作，在上框架上設(shè)計了一個凸出的平臺，腿部氣缸安裝在平臺上，這樣就可以使上下框架上安裝的腿部氣缸沒有垂直距離差。上框架通過雙耳環(huán)與安裝在中間旋轉(zhuǎn)板上的平動氣缸連接，另外在上框架上安裝有兩個滑塊，與中間旋轉(zhuǎn)板上的導(dǎo)軌配合，通過平動氣缸的伸出帶動上框架向前運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)，轉(zhuǎn)向時蝸輪通過與中間旋轉(zhuǎn)板固接的軸帶動中間旋轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)動，中間旋轉(zhuǎn)板則通過平動氣缸與導(dǎo)軌來帶動上框架一起轉(zhuǎn)動。圖3-16 上框架的結(jié)構(gòu)圖3.4.3 中間旋轉(zhuǎn)板的設(shè)計在上下兩框架的中間設(shè)計了一塊中間旋轉(zhuǎn)板，中間旋轉(zhuǎn)板通過一根垂直的軸與下框架連接，當(dāng)蝸輪蝸桿工作時可以相對下框架進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向功能。中間旋轉(zhuǎn)板還通過平動氣缸的雙耳環(huán)與兩個導(dǎo)軌滑塊與上框架連接，中間旋轉(zhuǎn)板與上框架可以相對滑動，但是無法相對轉(zhuǎn)動。同時在中間旋轉(zhuǎn)板上開有兩個圓形孔，能起到減輕重量的作用。圖3-17 中間旋轉(zhuǎn)板的結(jié)構(gòu)圖3.4.4 吸盤安裝板的設(shè)計吸盤安裝板是用來連接腿部氣缸與吸盤支座的自制板，為了避免吸盤的變形對玻璃清潔機(jī)器人的工作的影響，三個吸盤的間隔設(shè)定為10mm，在吸盤安裝板中心的周圍有五個用來減輕重量的減重孔，吸盤安裝板的厚度為5mm。圖3-18 吸盤安裝板的結(jié)構(gòu)圖3.5 控制閥及其它氣動元件的選取3.5.1氣源處理組件的選取由于在氣壓傳動中，作為動力源的壓縮空氣中會夾帶水分、油污或灰塵，這樣會影響到氣動元件的可靠性和使用壽命，因此氣路中要有過濾凈化的裝置，另外氣動元件的調(diào)壓與潤滑等都需要安裝不同的裝置。本設(shè)計中的氣源處理組件選用了Festo公司生產(chǎn)的FRCS-1/8-D-7-MINI-A型的氣源處理組件。圖3-19 氣源處理組件的符號圖如圖3-19所示，口1為進(jìn)氣口，口2為出氣口，氣源處理組件中從左到右為空氣過濾器、減壓閥、壓力表、油霧器。空氣過濾器的作用是過濾空氣和分離水，能夠過濾大于40m的污垢與灰塵，分離出的水可以自動排除；減壓閥的作用是減壓和穩(wěn)定壓力；壓力表的作用是觀察工作時的壓力；油霧器的作用是使?jié)櫥挽F化，從而注入到空氣流當(dāng)中，隨著空氣流進(jìn)入需要潤滑的部位，從而能夠?qū)鈩釉M(jìn)行潤滑。這種氣源處理組件的氣接口為G1/8，重量為760g，一般安裝在氣源的出口位置。3.5.2 方向控制閥的選取本設(shè)計中一共使用了7個氣缸，其中有6個腿部氣缸和一個平動氣缸，6個腿部氣缸分別裝在上下框架上，每個框架上安裝的3個腿部氣缸的工作狀態(tài)是一致的，因此上下框架上的氣缸各自使用一個方向控制閥來控制，還有一個方向控制閥用來控制平動氣缸。本設(shè)計中選用了Festo公司生產(chǎn)的用于標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用場合的緊湊型方向控制閥CPE10-M1BH-5J-QS-6,這種方向控制閥的流量大、體積小并且功耗低，是一種雙電控的內(nèi)先導(dǎo)式兩位五通電磁閥。圖3-20 方向控制閥的符號圖如圖3-20所示，氣接口1、2、4為快插接頭，可以接外徑6mm的氣管，3、5為M7的排氣口，82、84為M3，控制氣路的排氣口。這種方向控制閥由先導(dǎo)閥和主閥組成，先導(dǎo)閥為電磁閥，主閥為氣動閥，壓力空氣通過主閥的進(jìn)氣口1進(jìn)入先導(dǎo)閥，因此為內(nèi)先導(dǎo)型。先導(dǎo)閥左側(cè)通電時在左位工作，壓力空氣從口1經(jīng)過先導(dǎo)閥進(jìn)入主閥的左腔，推動主閥的閥芯換向，從而使主閥也在左位工作，右位工作時的情況與左位相似。主閥閥芯的工作狀態(tài)就是整個方向控制閥的工作狀態(tài)，這種方向控制閥有手動和電控兩種不同的控制方式。3.5.3 單向節(jié)流閥的選取氣動元件具有速度快和流量大的特點(diǎn)，因此在氣缸的氣接口處安裝單向節(jié)流閥，單向節(jié)流閥由單向閥和節(jié)流閥所組成，用來控制雙作用氣缸的排氣流量。這里選取Festo公司生產(chǎn)的GRLA-1/4-QS-6-RS-B型單向節(jié)流閥，這種節(jié)流閥自帶快接插頭，可以連接外徑為6mm的氣管。圖3-21 單向節(jié)流閥的符號圖如圖3-21所示，進(jìn)氣時壓縮空氣從口1進(jìn)入，從口2排出；排氣時壓縮空氣從口2進(jìn)入，從口1排出，單向閥關(guān)閉，壓縮空氣經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流以后排出，在進(jìn)氣口與排氣口形成壓力差，該壓力差就是單向節(jié)流閥為氣動執(zhí)行元件所提供的背壓，能夠使活塞保持在空氣緩沖之間，可以幫助氣缸平穩(wěn)地運(yùn)行并且減少了沖擊。3.5.4 真空安全閥的選取由于每個框架上的吸盤共用一個真空發(fā)生器，如果有一個吸盤遇到墻壁裂縫就會造成所有吸盤都無法達(dá)到真空狀態(tài)，因此本設(shè)計采用了真空安全閥。真空安全閥用在多個吸盤并行安裝的情況，如果有一個或者多個吸盤失效的話，真空安全閥會關(guān)閉失效的吸盤，這樣其它吸盤就能達(dá)到真空的狀態(tài)，從而保證機(jī)器人能安全地吸附在玻璃上。本設(shè)計中選用了Festo公司生產(chǎn)的ISV-M5型真空安全閥，這種閥的進(jìn)氣口為M5內(nèi)螺紋，出氣口為M5外螺紋。圖3-22 真空安全閥的符號圖3.5.5 分氣塊的選取本設(shè)計中每個真空發(fā)生器要負(fù)責(zé)9個吸盤的真空狀態(tài)，在真空發(fā)生器與真空安全閥之間有一個真空開關(guān)，因此分氣塊至少需要10個出氣口。本設(shè)計中選取了Festo公司生產(chǎn)的FR-12-M5型分氣塊，該分氣塊有兩個G1/8的進(jìn)氣口和12個M5的出氣口。3.5.6 氣電壓力轉(zhuǎn)換器的選取玻璃清潔機(jī)器人在工作時需要一個真空的建立時間，在真空建立時間內(nèi)另外一組吸盤不能脫離吸附，當(dāng)吸盤的真空度達(dá)到要求時另外一組吸盤才能脫離吸附，因此需要一個氣電壓力轉(zhuǎn)換器來把壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，從而檢測吸盤的真空度是否達(dá)到要求。本設(shè)計中選取了Festo公司生產(chǎn)的PEN-M5型氣電壓力轉(zhuǎn)換器，這種氣電壓力轉(zhuǎn)換器是一種常開型差壓開關(guān)，壓力是可以調(diào)節(jié)的。當(dāng)吸盤的真空度達(dá)到要求時，氣電壓力轉(zhuǎn)換器閉合并且輸出電信號，通知控制器執(zhí)行玻璃清潔機(jī)器人的下一個動作。圖3-23 氣電壓力轉(zhuǎn)換器的符號圖3.5.7 真空發(fā)生器的選取玻璃清潔機(jī)器人一共有18個吸盤，分別安裝在上下兩個框架上，由于每個框架上吸盤的脫離和吸附時同步的，因此每個框架都采用一個真空發(fā)生器來使吸盤達(dá)到真空狀態(tài)。本設(shè)計中選用Festo公司生產(chǎn)的VAD-ME-1/4型真空發(fā)生器。圖3-24 真空發(fā)生器的符號圖如圖3-24所示，口1為G1/8的進(jìn)氣口，口2為G1/4的真空發(fā)生口，真空發(fā)生器的左邊是帶手動功能的電磁閥，中間位真空發(fā)生器，右邊為消聲器。氣體從口1進(jìn)入再從口3流出，將擴(kuò)散腔2中的氣體抽走，使2形成真空。真空發(fā)生器具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低和真空產(chǎn)生快等優(yōu)點(diǎn)。3.6氣動原理圖的設(shè)計除了上述選取的氣動元件之外，氣路中要有一個氣源，氣源需要能夠連續(xù)地工作，并且可以提供最高為8bar的工作壓力，氣源還應(yīng)該盡量結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，以便于運(yùn)輸。根據(jù)實(shí)際的工作環(huán)境，以及出于減輕負(fù)載的考慮，氣源以及空氣處理組件放置在樓頂，通過一根外徑為8mm的PUN-81.25-BL型氣管把壓縮空氣輸送給玻璃清潔機(jī)器人的本體。圖3-25 玻璃清潔機(jī)器人的氣壓系統(tǒng)圖3.7 本章小結(jié)本章對玻璃清潔機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，對行走機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計計算，通過分析玻璃清潔機(jī)器人的吸附可靠性對吸盤、吸盤支座及快擰接頭進(jìn)行了計算和選型，也對一些自制件進(jìn)行了材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，最后對其它的氣動元件進(jìn)行了選型，并且繪制了玻璃清潔機(jī)器人的氣壓系統(tǒng)圖。結(jié)論本文首先闡述了玻璃清潔機(jī)器人這個課題的來源、目的及意義，由于玻璃清潔機(jī)器人的本體為玻璃爬行機(jī)器人，因此對國內(nèi)外的玻璃爬行機(jī)器人的發(fā)展情況進(jìn)行了簡單的介紹。在對本課題的玻璃清潔機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，首先分析比較了幾種不同的移動方式及吸附方式，最后確定了采用多吸盤的框架式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、控制方便、吸附穩(wěn)定可靠及越障能力較好等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人的本體機(jī)構(gòu)包括行走機(jī)構(gòu)以及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)由六個腿部提升氣缸及一個平動氣缸組成，機(jī)器人的上下兩個框架上分別裝有三個腿部氣缸，每個腿部氣缸上有一組吸盤，通過兩個框架上的吸盤的交替吸附以及平動氣缸的伸縮來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動；轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)由一個步進(jìn)電機(jī)和一對蝸輪蝸桿組成，轉(zhuǎn)動時步進(jìn)電機(jī)帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，再帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，通過蝸輪軸來帶動中間旋轉(zhuǎn)板及下框架相對上框架進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。另外還對機(jī)器人的吸附可靠性進(jìn)行了分析，并通過分析結(jié)果選擇了吸盤、吸盤支座及快擰接頭的型號。接著對其它的氣動元件進(jìn)行了選型，并且繪制了氣壓系統(tǒng)圖。除了對機(jī)械部分進(jìn)行了設(shè)計之外，本文還對玻璃清潔機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了選擇和設(shè)計。玻璃清潔機(jī)器人作為機(jī)器人中的一個分支越來越受到人們的重視，隨著科技的日益發(fā)展，玻璃清潔機(jī)器人的發(fā)展前景也會變得更廣闊。參考文獻(xiàn)1 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