玻璃清洁机器人驱动及擦洗机构设计毕业设计说明书

本科毕业设计题目玻璃清洁机器人驱动及擦洗机构设计学院姓名学号专业机械设计制造及其自动化年级指导教师年五月摘要高楼玻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，能够克服重力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑玻璃外墙表面保洁、清洗服务的极限作业机器人。论文首先对机器人总体方案进行介绍，在此基础上，对机器人总体结构进行了设计分析。其次重点介绍了机器人的驱动机构，讨论了机器人的作业路径及运动控制规划。最后，简单介绍了机器人的擦洗机构关键词玻璃，幕墙清洗机器人，驱动机构，擦洗机构，密封机构ABSTRACTGLASSWALLCLEANINGROBOTISONEOFROBOTFORLIMITEDOPERATION,WHICHCANWALKONVERTICALGLASSWALLWITHWASHINGDEVICESITISAROBOTWITHSPECIFICAPPLIEDFUNCTIONS,BASEDONWALLCLIMBINGROBOTTECHNIQUESFORSPECIFICOBJECTSANDITWORKSONVERTICALGLASSWALL,WHEREISDANGEROUSFORHUMANBEINGSITISAROBOTCOULDCONQUERTHEGRAVITYEFFECTANDCARRYCLEANINGEQUIPMENTS,FACINGTOGLASSWALLSURFACEBEAUTIFYINGSERVICEOFMODERNHIGHRISEBUILDINGSFIRSTLY,THEWHOLEFRAMEOFTHEGLASSWALLCLEANINGROBOTISINTRODUCED,BASEDONTHIS,THEDESIGNINGANDANALYZINGOFTHESTRUCTUREOFTHEROBOTAREDESCRIBEDINDETAILSTHEN,INTRODUCINGTHEDRIVEMECHANISMOFTHEROBOT,DISCUSSEDTHEOPERATIONOFTHEROBOTPATHPLANNINGANDMOTIONCONTROLFINALLY,ABRIEFINTRODUCTIONOFTHEROBOTBODYSCRUBKEYWORDSGLASS,WALLCLEANINGROBOT,DRIVINGMECHANISMSCRUBMECHANISM,SEALINGMECHANISM目录摘要2ABSTRACT21前言42玻璃清洁机器人总体方案规划521机器人设计思想522机器人总体结构方案53驱动机构和擦洗机构731驱动机构分析7311驱动方式7312运动结构和运动规划7313运动过程控制原理分析8314外形尺寸选择10315驱动力分析10316小结1132擦洗机构分析114其它元件选择1241密封机构1242换向阀和溢流阀的选择125总结13参考文献14致谢151前言在现代都市中，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丽的风景。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，时间一长，就需要对壁面进行清洗，以美化市容市貌。许多开放性城市都规定，每年应对高楼清洗若干次。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墙的清洗，虽简便易行，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将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灵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下应运而生。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。2玻璃清洁机器人总体方案规划21机器人设计思想机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度高的自动化设备。所以该气动清洗机器人系统包括机械结构、运动规划、传感器系统、驱动系统、控制系统等几部分。由于我们所开发的清洗机器人工作场所的特殊性，本课题在机器人结构上的设计思想是在保证机器人功能的前提下，力求结构简单、可靠性高、运行稳定。因为爬壁机器人在行进过程中需要克服自身重力，所以较轻的机器人本体结构是一个需要着重考虑的设计因素。增加机器结构的灵活性，导致的结果是机械结构变得复杂，需要使用到的机械元器件增多，重量必然增加，同时控制的复杂性也增加。高楼幕墙清洗机器人是一种爬壁机器人，因此，它必须具备两大功能负壁和移动功能。在本机器人系统中，考虑到机器人要有清洗功能，我们就到了水作为清洁剂来清洗，在提供水的过程中，我们又把它当做动力源，可以说只要有水就能让它工作。因此我们主要考虑到了用水射流式清洗机器人。22机器人总体结构方案运用水射流式清洗机器人，能够巧妙地把供水，供能，抽气整合为一体。利用清洁水流经射流发射器时产生的负压来控制吸盘，机器人可以抽真空吸附在玻璃上。这样就不像现已有的机器人那样，需要带上一个大大的气泵。再利用水流经射流发射器产生的被压来推动活塞杆，实现机器人的爬行驱动。为此，我们在结构上采用了2个带活塞杆吸盘互相运动，来实现机器人的一直往前爬行运动，而避免只有一个活塞吸盘能实现的往复运动。在再整体结构上带上2个拖把，随着机器人的移动而移动来擦洗玻璃。结构如图1这种结构的该机器人，总体来说，具有如下特点1，模块化设计，整个外形由同一种高分子有计划和工程材料组成，便于连接和控制。2，结构简单紧凑，重量轻，同一动力实现吸附和爬行运动两种功能，减少动力来源。便于协调控制。图1这款机器人在总体结构上轻巧，简单，把玻璃清洁机器人两个最重要的部分吸附机构和擦洗机构巧妙地融合在一起，减少了以其它动力来实现这两种功能的复杂性，具有很好的研究前景。3驱动机构和擦洗机构31驱动机构分析311驱动方式80年代以来，自动化、省力化得到迅速发展。自动化、省力化的主要方式有机械方式、电气方式、电子方式、液压方式和气动方式等。这些方式都有各自的优缺点及其最适合的使用范围。实际应用中必须对各种技术进行比较，扬长避短，选出最适合方式或几种方式的恰当组合，以使系统更可靠、更经济、更安全、更简单。表1各种传动与控制方式的比较机械方式电气方式电子方式液压方式气动方式驱动力不太大不太大小大稍大驱动速度小大大小大受负载影响几乎没有几乎没有几乎没有较小大维护简单有技术要求技术要求高简单简单远程操作难很好很好较良好良好综合表1的比较，且由于机械驱动方式结构复杂，重量重，与前面吸附方式不合适，所以排除。吸附机构没用汽缸，固驱动方式也不用了。再则，与前面的水射流式吸附方式匹配，我们用液压方式驱动，只是把所用的油改成水。这种特殊的驱动方式结合了液压驱动原