外窗玻璃清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

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1、 廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 題 目： 外窗玻璃清洗機(jī)器人設(shè)計(jì) 系 別： 專(zhuān) 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 - 10 - 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 系別 專(zhuān)

2、業(yè) 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 聯(lián)系方式 題目 外窗玻璃清洗機(jī)器人設(shè)計(jì) 一、選題背景 在現(xiàn)代都市中，高層建筑越來(lái)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(lái)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(zhǎng)，就需要對(duì)壁面進(jìn)行清洗，以美化市容市貌。許多開(kāi)放性城市都規(guī)定，每年應(yīng)對(duì)高樓清洗若干次。 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(tái)或吊籃承載清潔工進(jìn)行玻璃幕墻的清洗，雖簡(jiǎn)便易行，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率又低，屬于高空極限作業(yè)對(duì)人身安全及玻

3、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(duì)準(zhǔn)窗戶(hù)進(jìn)行自動(dòng)擦洗。這種方式初次投資成本較高(高達(dá)數(shù)百萬(wàn)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(dòng)機(jī)器來(lái)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?chē)鸁o(wú)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，不僅花費(fèi)高，而且安全難以保證。特別是目前一些國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)通過(guò)立法對(duì)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

4、出現(xiàn)將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動(dòng)清洗業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。因此，國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)都在積極開(kāi)展此項(xiàng)研究工作 二、課題設(shè)計(jì) 2.1課題的內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)一款外窗玻璃清洗機(jī)器人，由地面的真空泵提供負(fù)壓和電源。吸附于玻璃頂棚，連接遠(yuǎn)程控制裝置，控制其運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)用。該機(jī)器人的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 外窗玻璃清洗機(jī)器人最主要的要求是能夠在玻璃吸附行走，所以首先在確定的總體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)吸附裝置，即爪子與真空發(fā)生裝置，運(yùn)用了一種機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人稀奇排氣的控制；然后設(shè)計(jì)傳動(dòng)減速裝置，選擇合適的電機(jī)后，采用蝸輪蝸桿

5、裝置，選擇聯(lián)軸器和軸承等傳動(dòng)裝置；由于能力有限，所以本次設(shè)計(jì)只要求機(jī)器人能夠在玻璃頂棚，實(shí)現(xiàn)基本的吸附、移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、吸塵、半自動(dòng)避障，不研究智能自動(dòng)運(yùn)動(dòng)工作。 2.2課題的目的 機(jī)器人技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，使機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，而外窗玻璃清洗機(jī)器人技術(shù)的日趨成熟，為解決高樓頂棚清潔作業(yè)提供了一種新的思路。于是作為極限作業(yè)機(jī)器人之一的外窗玻璃清洗機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它的出現(xiàn)使實(shí)現(xiàn)高樓玻璃頂棚清洗作業(yè)的自動(dòng)化成為了可能。 在現(xiàn)實(shí)生活中，外窗玻璃清洗機(jī)器人機(jī)器人沒(méi)能得到廣泛的應(yīng)用，主要因?yàn)樗鼈兇嬖谇鍧嵭Ч睢⒔Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積和重量大、成本高等不利因素。我們?cè)O(shè)計(jì)的遙控式爬壁清潔機(jī)器人較好地解

6、決了以上問(wèn)題。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，且采用半濕擦，能達(dá)到預(yù)期的清潔效果。我們綜合運(yùn)用遙控技術(shù)和機(jī)械技術(shù)，利用現(xiàn)在已研究較為成熟的爬壁原理，并在此基礎(chǔ)上，主要對(duì)機(jī)器人的清潔機(jī)構(gòu)、前進(jìn)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)等進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和創(chuàng)新組合，以較為有效地實(shí)現(xiàn)高樓玻璃幕墻的清潔作業(yè)。 2.3課題的意義 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，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(dòng)化設(shè)備。所以該氣動(dòng)清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、傳感器系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分。 由于我們所開(kāi)發(fā)的清洗機(jī)器人工作場(chǎng)所的

7、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(jiǎn)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(guò)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。 外窗玻璃清洗機(jī)器人是一種爬行機(jī)器人，因此，它必須具備兩大功能：吸附和移動(dòng)功能。 2.4 文獻(xiàn)綜述 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別

8、適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專(zhuān)用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專(zhuān)用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展

9、，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱(chēng)通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。 氣壓傳動(dòng)機(jī)械手是以壓縮空氣的壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手。其主要特點(diǎn)是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動(dòng)動(dòng)作迅速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機(jī)械手的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進(jìn)行工作。 氣動(dòng)技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn): (1)介質(zhì)提取和處理方便。氣壓傳動(dòng)工

10、作壓力較低，工作介質(zhì)提取容易，而后排入大氣，處理方便，一般不需設(shè)置回收管道和容器:介質(zhì)清潔，管道不易堵存在介質(zhì)變質(zhì)及補(bǔ)充的問(wèn)題. (2)阻力損失和泄漏較小，在壓縮空氣的輸送過(guò)程中，阻力損失較小(一般不卜澆塞僅為油路的千分之一)，空氣便于集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣，造成壓力明顯降低和嚴(yán)重污染。 (3)動(dòng)作迅速，反應(yīng)靈敏。氣動(dòng)系統(tǒng)一般只需要0.02s-0.3s即可建立起所需的壓力和速度。氣動(dòng)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，便于自動(dòng)控制。 (4)能源可儲(chǔ)存。壓縮空氣可存貯在儲(chǔ)氣罐中，因此，發(fā)生突然斷電等情況時(shí)，機(jī)器及其工藝流程不致突然中斷。 (5)工作環(huán)境適應(yīng)性好。在易燃、易爆、多

11、塵埃、強(qiáng)磁、強(qiáng)輻射、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，氣壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)比機(jī)械、電器及液壓系統(tǒng)優(yōu)越，而且不會(huì)因溫度變化影響傳動(dòng)及控制性能。 (6)成本低廉。由于氣動(dòng)系統(tǒng)工作壓力較低，因此降低了氣動(dòng)元、輔件的材質(zhì)和加工精度要求，制造容易，成本較低。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為:由于氣體具有可壓縮性，因此，在氣動(dòng)伺服系統(tǒng)中要實(shí)現(xiàn)高精度定位比較困難(尤其在高速情況下，似乎更難想象)。此外氣源工作壓力較低，抓舉力較小。雖然氣動(dòng)技術(shù)作為機(jī)器人中的驅(qū)動(dòng)功能已有部分被工業(yè)界所接受，而且對(duì)于不太復(fù)雜的機(jī)械手，用氣動(dòng)元件組成的控制系統(tǒng)己被接受，但由于氣動(dòng)機(jī)器人這一體系己經(jīng)取得的一系列重要進(jìn)展過(guò)去介紹得不夠，因此在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域里，對(duì)氣動(dòng)機(jī)械

12、手、氣動(dòng)機(jī)器人的實(shí)用性和前景存在不少疑慮。 三、課題研究現(xiàn)狀 3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)外窗玻璃清洗機(jī)器人的研制起步早、投資大、發(fā)展快,這些國(guó)家農(nóng)業(yè)規(guī)模化、多樣化、精確化和設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,有效地促進(jìn)了外窗玻璃清洗機(jī)器人與其他智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展。自20世紀(jì)80年代開(kāi)始,發(fā)達(dá)國(guó)家根據(jù)本國(guó)實(shí)際,紛紛開(kāi)始外窗玻璃清洗機(jī)器人的研發(fā),并相繼研制出了嫁接機(jī)器人、扦插機(jī)器人、移栽機(jī)器人和采摘機(jī)器人等多種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)器人。如澳大利亞的剪羊毛機(jī)器人,荷蘭的擠奶機(jī)器人,法國(guó)的耕地和分揀機(jī)器人,日本和韓國(guó)的插秧機(jī)器人,丹麥的農(nóng)田除草機(jī)器人,西班牙的采摘柑橘機(jī)器人,英國(guó)的采蘑菇機(jī)器人等?？傮w看來(lái),在外窗玻

13、璃清洗機(jī)器人的研發(fā)方面,日本居世界領(lǐng)先地位,現(xiàn)已研制出番茄、黃瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收獲的多種可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人。但是由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、作業(yè)對(duì)象及使用者等與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域截然不同,發(fā)達(dá)國(guó)家已研發(fā)成功的外窗玻璃清洗機(jī)器人目前尚未實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)和大面積普及。 進(jìn)入21世紀(jì),農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不斷向其他產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移,農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)性短缺和日趨老齡化漸已成為全球性問(wèn)題。設(shè)施農(nóng)業(yè)、精確農(nóng)業(yè)和高新技術(shù)的快速發(fā)展,特別是人工作業(yè)成本的不斷攀升,為外窗玻璃清洗機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展提供了新的動(dòng)力和可能。如果蔬的采摘不僅季節(jié)性強(qiáng)、勞動(dòng)量大,而且作業(yè)費(fèi)用高, 人工收獲的費(fèi)用通常占全程生產(chǎn)費(fèi)用的50%左右,因此采摘機(jī)器人在

14、日本、美國(guó)、荷蘭等國(guó)家已有初步使用。 法國(guó)研制的分揀機(jī)器人能在潮濕骯臟的環(huán)境里工作，把大個(gè)番茄和小粒櫻桃加以區(qū)別，然后分別裝運(yùn)開(kāi)來(lái)。它還可用來(lái)分揀不同大小的土豆，并且不會(huì)碰壞它們。德國(guó)科學(xué)家正在創(chuàng)建一個(gè)全自動(dòng)化的，以解決農(nóng)業(yè)工人日趨減少的問(wèn)題。在這個(gè)，耕地、播種、澆水、施肥、噴藥、收獲全部由機(jī)器人來(lái)操作?？茖W(xué)家利用全球定位系統(tǒng)和經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)改造的電子傳感器，讓犁地機(jī)器人從一塊農(nóng)田轉(zhuǎn)到另一塊農(nóng)田，確保機(jī)器人之間不互相碰撞，并避開(kāi)樹(shù)木和電線桿之類(lèi)的障礙物。機(jī)器人不僅能進(jìn)行農(nóng)作，而且能對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況進(jìn)行監(jiān)控，還能及時(shí)提供農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況、氣候及農(nóng)時(shí)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并計(jì)算出所需的肥料和藥劑的確切用量。

15、另外，機(jī)器人還可提出種植何種作物效益最佳的建議。第一部外窗玻璃清洗機(jī)器人樣品已經(jīng)制成，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，自動(dòng)化將成為現(xiàn)實(shí)。 3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 驅(qū)動(dòng)、傳感、控制等硬軟件技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)了外窗玻璃清洗機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,實(shí)際應(yīng)用的需求也對(duì)外窗玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展提出了挑戰(zhàn),外窗玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)歸結(jié)起來(lái)主要有以下幾方面。 (1)新型吸附技術(shù)的發(fā)展。吸附技術(shù)決定了機(jī)器人的應(yīng)用范圍，目前應(yīng)用比較成熟的吸附技術(shù)主要有磁吸附和真空吸附方式，都有很大的局限性,在很多情況下難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的要求。因此,開(kāi)發(fā)和研究新型吸附技術(shù)是當(dāng)前外窗玻璃清洗機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，其中，仿壁虎腳掌仿生粘性材

16、料的發(fā)展是當(dāng)前新型吸附技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。 (2)清洗機(jī)器人的任務(wù)由單一化向多功能化方向發(fā)展。過(guò)去所研制的外窗玻璃清洗機(jī)器人大多用于清洗、噴涂、檢測(cè)等作業(yè),作業(yè)任務(wù)往往只局限于單一的任務(wù)。而目前人們則希望外窗玻璃清洗機(jī)器人能夠裝備多種工具,在不同的場(chǎng)合進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。這樣可以減小人類(lèi)使用機(jī)器人的成本，有利于外窗玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展。 (3)小型化、微型化是當(dāng)前外窗玻璃清洗機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)。在滿(mǎn)足功能要求的前提下,體積小、質(zhì)量輕的機(jī)器人可較小能耗,具有較高靈活性,可以承載更多的負(fù)荷，有利于實(shí)現(xiàn)外窗玻璃清洗機(jī)器人的多功能性，并且在某些特殊場(chǎng)合也需要機(jī)器人具有小的體積。各種微型驅(qū)動(dòng)元件、

17、控制元件及能源供應(yīng)方式的發(fā)展,以及在納米材料方面取得的進(jìn)步，為小型化、微型化奠定了基礎(chǔ)。 (4)由帶纜作業(yè)向無(wú)纜化方向發(fā)展。帶纜作業(yè)極大地限制了機(jī)器人的作業(yè)空間,所以,為了提高機(jī)器人的靈活性和擴(kuò)大工作空間,無(wú)纜化成為現(xiàn)在和未來(lái)外窗玻璃清洗機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)。 (5)由簡(jiǎn)單遠(yuǎn)距離遙控向智能化方向發(fā)展。與人工智能相結(jié)合,使機(jī)器人在封閉環(huán)境中能夠具有一定的自主決策能力,完成任務(wù),并具有自我保護(hù)能力,是移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展的重要方向,也是玻璃頂棚吸塵移動(dòng)機(jī)器人的重要發(fā)展方向。 (6)可重構(gòu)是機(jī)器人適應(yīng)能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了使機(jī)器人能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)合,根據(jù)任務(wù)需求,在不需要重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)條件下,充分利用已

18、有的機(jī)器人系統(tǒng),應(yīng)使機(jī)器人具有可重構(gòu)性,即具有模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)任務(wù)需求,可以把需要的模塊直接連接起來(lái)組成新的機(jī)器人。此可以大大降低機(jī)器人的制造成本。 四、課題設(shè)計(jì)方案 4.1設(shè)計(jì)方案選型與分析 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，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(dòng)化設(shè)備。所以該氣動(dòng)清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、傳感器系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分。 由于我們所開(kāi)發(fā)的清洗機(jī)器人工作場(chǎng)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(jiǎn)單、可靠性高

19、、運(yùn)行穩(wěn)定。因?yàn)榕辣跈C(jī)器人在行進(jìn)過(guò)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。 外窗玻璃清洗機(jī)器人是一種爬行機(jī)器人，因此，它必須具備兩大功能：吸附和移動(dòng)功能。 4.2方案的確定 1）吸附裝置；我們利用目前已經(jīng)較為成熟的負(fù)壓吸附原理，把底部吸盤(pán)安裝在前后輪之間略靠近后輪的位置，以保證其在跨越溝坑時(shí)仍然具有足夠的吸附力。但吸盤(pán)在保證其密封性的同時(shí)，與壁面的摩擦力又很小，類(lèi)似與一只碗在桌面滑動(dòng)。 2）吸塵清潔裝置；利用常用的吸塵器技術(shù)，在

20、機(jī)器人前部安裝在機(jī)器人左右輪之間以保障機(jī)器人所進(jìn)過(guò)的地方都能進(jìn)行清潔打掃。 3）移動(dòng)系統(tǒng)；清洗爬壁機(jī)器人按照移動(dòng)方式可分為車(chē)輪式、履帶式和腳步行式。履帶式由電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)無(wú)軌道履帶，對(duì)玻璃頂棚適應(yīng)性強(qiáng)，但體積較大，不宜轉(zhuǎn)彎；腳步行式是通過(guò)多個(gè)腳的反復(fù)吸附與脫落進(jìn)行移動(dòng)，帶載能力強(qiáng)，但移動(dòng)困難，移動(dòng)速度慢；車(chē)輪式移動(dòng)速度較快，著地面積小，便于控制但是對(duì)于吸附力不夠。爪式機(jī)器人所以，在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇了車(chē)輪式機(jī)器人。 4）控制系統(tǒng)；將機(jī)器人所有的動(dòng)作經(jīng)過(guò)PLC輸出傳動(dòng)，傳感器的輸入信號(hào)，控制盒的控制信號(hào)，報(bào)警輸出信號(hào)，都經(jīng)過(guò)PLC集中管理統(tǒng)一運(yùn)行。 控制系統(tǒng)主要包括PLC，控制盒，傳感器，

21、傳動(dòng)輪等電氣元件組成。 機(jī)器人的控制我們采用了類(lèi)似于遙控玩具汽車(chē)的控制原理，運(yùn)用遙控板實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人作業(yè)時(shí)所需的前進(jìn)、后退、前左、前右、后左、后右六個(gè)方位的動(dòng)作，通過(guò)電路設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)。 清潔機(jī)器人由移動(dòng)系統(tǒng)、吸附裝置、清潔裝置、控制系統(tǒng)、等部分組成。 4.3方案的特點(diǎn)及創(chuàng)新 本文設(shè)計(jì)的外窗玻璃清洗機(jī)器人采用四爪式小車(chē)形狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；采用真空吸盤(pán)吸附方式，吸盤(pán)連接地面空壓機(jī)，利用吸盤(pán)來(lái)完成吸附動(dòng)作，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)完成機(jī)器人真空吸盤(pán)的吸附與排氣控制，避免在每個(gè)真空吸盤(pán)配備傳感器的需要，降低了控制難度；采用四爪驅(qū)動(dòng)，四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)手爪，四爪利用螺紋傳動(dòng)，使傳動(dòng)螺母相連的手爪臂圍繞銷(xiāo)軸擺

22、動(dòng)，再配合吸盤(pán)，完成機(jī)器人的行走，采用地面供電，地面提供負(fù)壓的方式；機(jī)器人可以在水平面或者垂直表面直線行走。 五、預(yù)期結(jié)果 第1周 調(diào) 研；查找相關(guān)資料 第2周 調(diào) 研；文獻(xiàn)閱讀；對(duì)外文資料進(jìn)行翻譯 第3周 文獻(xiàn)閱讀；初擬設(shè)計(jì)方案；書(shū)寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 第4周 開(kāi)題報(bào)告審查；完成翻譯；開(kāi)題報(bào)告答辯 第5周 學(xué)習(xí)相關(guān)軟件（AutoCAD、PRO/E） 總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；理論分析計(jì)算 第6周 總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；理論分析計(jì)算； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；繪 制 草 圖 第7周 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算；繪 制 草 圖 第10周 完成工作量的60％～70％，即完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，

23、包括3張A0圖紙的裝配圖、零件圖； 六、設(shè)計(jì)主要步驟 1、 搜集了國(guó)內(nèi)外外窗玻璃清洗機(jī)器人發(fā)展相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，了解了外窗玻璃清洗機(jī)器人的研究現(xiàn)狀； 2、 外窗玻璃清洗機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)原理及方案分析； 3、 外窗玻璃清洗機(jī)器人機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析及設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括：外窗玻璃清洗機(jī)器人機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇、機(jī)器人自由度的計(jì)算選擇； 4、 外窗玻璃清洗機(jī)器人末端采摘手抓的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析； 5、 繪制外窗玻璃清洗機(jī)器人裝配圖及主要零部件CAD圖紙。 七、進(jìn)度計(jì)劃 序號(hào) 任務(wù)名稱(chēng) 開(kāi)始時(shí)間 結(jié)束時(shí)間 1 選題 2 查閱中、外文獻(xiàn)資料，外文資料翻譯，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

24、 3 開(kāi)題 4 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 中期檢查 6 上交畢業(yè)設(shè)計(jì)正稿打印版及電子材料，畢業(yè)設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)光盤(pán)，完成畢業(yè)答辯ppt 7 畢業(yè)答辯 八、參考文獻(xiàn) [1] 簡(jiǎn)潔，張鐵山．電動(dòng)清掃車(chē)清掃作業(yè)裝置的設(shè)計(jì)與研究[J] ．專(zhuān)用汽車(chē)，2012，（7）：85-87． [2] 楊首森．遙控軌路兩用物料轉(zhuǎn)運(yùn)小車(chē)的研制與應(yīng)用[J]．制造業(yè)自動(dòng)化，2009，（10）：174-176． [3] 張桂豐．電機(jī)驅(qū)動(dòng)清掃裝置的環(huán)保型清掃車(chē)總體設(shè)計(jì)[J]．福建農(nóng)機(jī)，2008，（3）：65-67． [4] 潘公宇．清掃車(chē)清掃裝置的性能研究[J]．

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