玻璃外墙自动清洁机器人(验证机)_本科毕业设计论文.doc

本科毕业论文（设计）题 目： 玻璃外墙自动清洁机器人（验证机） 学 生： 王雷 学号： 200940620331 学 院： 物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术入学时间： 2009 年 9 月 15 日指导教师： 丁智勇 职称： 讲师 完成日期： 2009 年 4 月 20 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 2013 年 4 月 20 日玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）摘 要 ：本文主要介绍了玻璃外墙自动清洁机器人的设计背景、设计思路、制作过程、工作原理、验证过程以及使用方向。由于限于实验室条件以及对设计思路可行性的不确定性，所以决定先做一个验证机，即验证方案的可行性和对后期产品的设计提供方案。玻璃外墙机器人在制造过程中主要使用了以下器件和材料，方管铝合金，自攻螺丝钉，铝板，dc5v步进电机，超大吸盘，微型抽气机，8mm丝杆，5mm空气导管，无线模块，5v直流电源模块，74hc595以及单片机。玻璃外墙机器人主要是由铝合金搭建主框架，这样可以在不降低机器人强度的情况下减轻重量。机器人铝合金结合部以铝片加自攻螺丝钉加固，运动部分使用8mm丝杆加齿轮以控制运动，动力则采用dc5v步进电机的转动带动机器人运转，在工作时，以微型抽气机抽出超大吸盘内的空气以使机器人吸在玻璃墙幕上，整个机器人使用51单片机来控制驱动，使用74hc595对单片机的i/o口进行扩展，机器人用220v交流电转5v直流电源模块供电，以确保步进电机能达到额定电流，提供强劲的动力，再用无线模块控制机器人的状态，使得机器人稳定有序的工作。可以适合全玻璃结构的建筑体以及建筑中部分的玻璃墙面的清洁工作，它可以在无人干预的情况下完成指定玻璃墙面的清洁，替代传统的人工室外清理,。使用玻璃外墙自动清洁机器人可以最大化的降低人的危险和劳动强度，提高工作效率，降低成本。它还具有越障功能，对于有起伏有其他装饰材料的玻璃墙幕同样适合，同时它还能转弯，不光能垂直上下，还能向左向右移动真正做到清洁无死角。玻璃外墙自动清洁机器人的清洁头同样使用步进电机控制，可以随工作环境的不同而随意的更改方向和高度。有了这些设计，玻璃外墙自动清洁机器人可以说是真正做到清洁无死角。关键词：单片机；步进电机吸盘；微型抽气机；玻璃外墙；无线控制；机器人；74hc595glass wall automatic cleaning robot (demonstrator)abstract：this paper describes the automatic glass wall cleaning robot design background, design ideas, production process, the working principle, the verification process and the use of direction. limited to laboratory conditions and the uncertainty of the feasibility of the design ideas, so i decided to do a validation machine to verify the feasibility and the latter part of the product design program.glass wall of robots in the manufacturing process, the main use of the following devices and materials, square tube aluminum alloy, self-tapping screws, aluminum, the dc5v stepper motor, oversized cups, mini air pump, 8mm screw, the 5mm air ducts, the wireless module 5v dc power supply module, 74hc595 microcontroller. the glass exterior robot main structures the main frame is made of aluminum alloy to reduce the weight, so that in case the robot does not reduce the strength of. robot aluminum alloy junction of aluminum and self-tapping screws reinforcement, moving parts the 8mm screw plus gear to control the movement, power dc5v stepper motor driven rotation of the robot operation at work, a micro air pump out oversized air within the suction cup to the robot suction on the glass curtain wall, the entire robot uses 51 microcontroller to control the drive, using the 74hc595 microcontroller i / o port expansion, robot 220v ac to 5v dc power supply modules to ensure that the stepper the motor can reach the rated current, strong power, and then the state of the wireless module to control the robot, the robot stable and orderly work.suitable for all-glass structure of the building and the glass wall of the building part of the cleaning work, it can be done in the absence of intervention the specified glass wall clean alternative to traditional artificial outdoor clean-up. automatic glass wall cleaning robot can be maximized to reduce the risk of human and labor intensity, improve work efficiency, reduce costs.it also has the more impaired function, there are ups and downs and other decorative material is also suitable for glass curtain wall, it can turn, not only vertically up and down, but also to move to the right to the left truly clean and free of dead ends. the glass exterior automatic cleaning robot cleaning head using the same stepper motor control, with different work environment free of change direction and height. with this design, the automatic glass wall cleaning robot can be said to truly clean and free of dead ends.key words: single-chip; stepper motor; sucker; micro air pump; glass wall; radio control; robot; 74hc595目 录1 绪论61.1 课题研究背景及意义61.2 课题研究现状61.3 研究要求72 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分设计72.1 基本问题的解决及材料的选取72.2 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分设计82.2.1 机器人的框架设计82.2.2 玻璃外墙自动清洁机器人腿的设计92.2.3 玻璃外墙自动清洁机器人行走动力设计102.2.4 玻璃外墙自动清洁机器人清洁头设计112.2.5 玻璃外墙自动清洁机器人吸附系统设计132.2.6 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分总体设计133 玻璃外墙自动清洁机器人硬件电路部分设计153.1 单片机最小系统设计153.2 单片机i/o口的扩展设计163.3 系统系统pcb设计164 玻璃外墙自动清洁机器人软件设计174.1 程序设计思路174.2 系统总体程序算法流程图174.3 玻璃外墙自动清洁机器人前进程序算法流程图184.4 玻璃外墙自动清洁机器人后退、左转弯、右转弯程序算法流程图194.5 玻璃外墙自动清洁机器人程序设计语言195 调试195.1 调试整体方案195.2 机械部分调试195.3 硬件电路的调试205.4 系统程序的调试215.5 调试结果216 结论21注释23参考文献23致 谢401 绪论1.1 课题研究背景及意义改革开放以来，中国的经济高速发展，在世界经济总量上占的比重越来越高，中国也在2010年成功超越日本，成为世界第二大经济体。在经济高速发展的大条件下，中国的建筑也高速的发展，高层建筑越来越多（超过24米的称为高层建筑，超过100米的称为超高层建筑，152米以上的称为摩天建筑）。据不完全统计，截止2012年7月，仅仅重庆市目前已建成并投入使用的高层建筑就有8664栋，在建的649栋，而现在中国在建的摩天大楼就超过200座，可以想象，中国的高层建筑何止万座。在这些高层建筑中，很多是玻璃墙幕的，很漂亮，很美丽。但这种建筑很容易变脏，降低建筑物的美感，影响市容市貌。所以，这种建筑物就要定时清洁玻璃墙面。那么什么是玻璃墙幕及玻璃墙幕的清理有哪些要求，详细资料请见附录b中华人民共和国行业标准“玻璃幕墙工程技术规范”（jg.j102-2003）。现在国内外玻璃外墙的清洁主要有两种方式，一是使用机器人；二是采用人工的方式。目前国外主要采用了机器人来清洁，然而这种机器人的价格过于昂贵，清洗的速度较低，效果也比较差。国内玻璃外墙的清洗工作主要由人工来完成，由于是室外高空作业，人的危险性就比较高，受到环境的影响也比较大，效率也比较低，清洗时所耗费成本较高。基于这些考虑，本课题参考了当前机器人清洗服务的发展趋势，再考虑高楼玻璃幕墙的结构特点以及国标对玻璃幕墙清洗的规定，所以我设计了这个玻璃外墙清洁机器人。同时对玻璃外墙自动清洁机器人对玻璃墙幕的吸附以及行进装置的可靠性和工作性能进行了研究，获得数据对以后产品的改进提出参考，改进出可靠的玻璃外墙自动清洁机器人。改变当前我国在玻璃外墙清洗水平的落后局面，解决人工清洗危险性大、受环境影响大、效率低和成本高等问题。1.2 课题研究现状随着科学技术的发展，现在单片机的性能很高，但价格却降到了很低，并且其性能稳定，这使得单片机的使用深入到各个领域。玻璃外墙自动清洁机器人采用单片机控制，保证了其稳定性和经济性。铝合金制造技术的发展，使得在相同强度的情况下大大降低了器件的重量，这对于有重量限制的玻璃外墙自动清洁机器人降低重量有很大的帮助。现在微型抽气机的发展，使得抽气机的重量越来越小，但是抽气的能力确是大大的增加，这就为吸盘产生可控制的负压提供了动力支持，使得吸盘能够产生稳定的负压以使机器人紧紧的吸附在玻璃上。还有无线控制的发展，使得无线控制模块越来越小，也越来越便宜，加入了无线控制技术，使得机器人在突发事件下可以采用人为控制及对机器人姿态的调整，极大的增加了机器人的可控性和安全性。还有步进电机的发展，现在的步进电机做的很小，但扭力却很大，由于步进电机的可控性，在给机器人带来强大的动力时又能实现精确控制。由于材料技术的发展，现在的传感器的种类不仅更多，而且功能更强大，而价格却很低，在机器人身上使用这些传感器，不仅能知道机器人的状态，而且还能知道机器人遇到了什么问题，工作的情况。还有其他一些电子技术的发展，给了玻璃外墙自动清洁机器人理论指导和技术支持。1.3 研究要求（1）由于在设计成品之前，要对设计方案可行性进行研究，所以此次设计并完成的是验证机，即设计并制作的是玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）。（2）要提出完整而详细的设计方案。（3）要制作出机器人实体。（4）制作出的机器人要能动，并具有前进、后退、左转弯、右转弯、越障、自动清洁等功能。（5）要有完整的测试。（6）具备无线遥控功能。（7）能够吸附玻璃墙面。（8）修改记录及改进方案。2 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分设计2.1 基本问题的解决及材料的选取玻璃外墙自动清洁机器人要在高空中工作，而且还要保证对玻璃无损伤，耗能小，所以机器人的重量越小越好，并且机器人要有很高的强度，这样才能在工作中不发生形变等问题。综合以上要求，铝合金是最合适的制作机器人骨架的材料。铝合金具有重量轻，强度高，韧性大，基本上不会锈蚀等特点，是航空航天及精密仪器制造的首选材料。机器人要求可以在垂直的玻璃墙面上移动，如果仅仅靠安全绳来控制，则会造成机器人在空中摇摆不定，难以实现清洁功能，甚至还会撞坏玻璃，发生安全事故。如何使机器人吸附玻璃墙面是本课题最大的问题，玻璃墙面光滑平整，几乎无着力点，普通的方案肯定不行。于是就想到了生活中的吸盘，通过生活经验可以知道，吸盘吸在了光滑的墙壁上，直接从中间拔，就会在吸盘与墙壁之间产生负压，结果是很难拔掉。在实验中测得，直径6cm的吸盘至少能承受7.5kg的力。所以本课题最大的问题就是使用超大吸盘以解决机器人在墙面的吸附问题。解决了吸附问题，问题又来了，人很难拔下，那么机器人也就很难拔下。那么就要给吸盘放气，这样才能解决这个问题。为了使吸盘吸附的效果更好以及可控，所以选取微型真空抽气机，以使吸盘与墙面达到负压。而且还可以控制抽气机与吸盘连接的空气导管的导通与否，来控制负压及放气。动力是玻璃外墙自动清洁机器人一个很大的问题，问题在于驱动力要足够而且还能实现紧密控制。步进电机恰恰符合这些标准，由于是验证机，整体结构不会很大，所以本课题选用5vdc步进电机。由于玻璃外墙自动清洁机器人要移动，所以就要设计一个合理的方案，使得机器人的腿和清洁头能移动。通过多个方案的设计，最终选取了丝杆的方案。通过螺丝与齿轮相结合的设计，只要步进电机带动齿轮转动，那么就能使螺丝在丝杆上移动，从而达到让机器人的腿等动起来的目的。鉴于验证机的大小，所以选取8mm的丝杆。玻璃外墙自动清洁机器人要运动，要工作，就要精确地控制步进电机和抽气机等电子器件的工作，而且要稳定，性能要高，还能长时间正常的工作，功耗要小。综合以上要求，所以选取51单片机。由于要精确控制10个步进电机的工作状态，而每个步进电机需要四个信号输入，仅靠单片机的管脚是无法控制的。所以就要扩展单片机的i/o口，在此选用74hc595。对于无线控制，者选用网上的无线模块，简单实用且稳定性好。电源模块也选用网上的成品，一个220vac转5vdc4a和一个220vac转9vdc电源模块。2.2 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分设计2.2.1 机器人的框架设计框架说明：如图1，最上面的黑色长条为丝杆，可固定清洁头及清洁头的移动，中间为铝合金骨架，起支撑机器人的作用，四个竖直长条为玻璃外墙自动清洁机器人四个腿的支架及限位部分。图1 机器人的框架设计图2.2.2 玻璃外墙自动清洁机器人腿的设计l型腿吸盘步进电 机丝杆齿条l型腿支架图2 玻璃外墙自动清洁机器人腿的设计图玻璃外墙自动清洁机器人腿的设计说明：如图2，最左边图中下部的椭圆，是用于吸附玻璃墙面的吸盘，与吸盘相连的黑色长条是丝杆,旁边灰色的方块是步进电机示意图，旁边浅灰色长条为l型腿。箭头所指的图为腿的末尾部分，浅灰色半圆形为塑料齿条。右下角图为上文提到的l型腿的支架和限位部分。实物图如图3，图4，图5。图3 玻璃外墙自动清洁机器人腿立体图 图4 玻璃外墙自动清洁机器人腿的正视图图5 玻璃外墙自动清洁机器人腿的整体效果图其基本工作原理，主要是由步进电机驱动，步进电机驱动与吸盘相连的丝杆上的螺丝，通过螺丝的转动来抬高或降低吸盘的高度。另一端带齿条的也是有步进电机驱动，来控制l型腿的前进与后退。2.2.3 玻璃外墙自动清洁机器人行走动力设计步进电机齿条l型腿图6 玻璃外墙自动清洁机器人行走动力设计图玻璃外墙自动清洁机器人行走动力设计说明：如图6所示，灰色的是步进电机，弧形的为齿条。步进电机的齿轮带动齿条行进，从而带动l型腿的前进与后退，进而使整个机器人前进或后退。如下为图7，图8，图9为实物图。图7 玻璃外墙自动清洁机器人行走动力设计细节图图8 机器人行走动力设计实物图 9机器人行走动力设计俯视图2.2.4 玻璃外墙自动清洁机器人清洁头设计图10 玻璃外墙自动清洁机器人清洁头设计细节图图11 机器人清洁头设计左视图图13 机器人清洁头设计正视图图12 机器人清洁头设计右视图玻璃外墙自动清洁机器人清洁头设计说明：如图10所示，步进电机的齿轮，带动与丝杆上螺丝相连的大齿轮，便可以在最前面的丝杆上来回移动。如图13所示，步进电机直接与丝杆相连，步进电机转动便可带动丝杆转动，便可以使下面的清洁条上升和下降。通过这两个步进电机的有序配合工作，便可以实现清洁玻璃墙面的功能，当遇到障碍时，可使清洁头升起来，等越过障碍后再降下去进行清洁工作。2.2.5 玻璃外墙自动清洁机器人吸附系统设计图14 玻璃外墙自动清洁机器人吸附系统示意图丝杆空气导管吸盘抽气机玻璃外墙自动清洁机器人吸附系统说明：如图14所示，吸盘的内部通过空气导管与抽气机相连，当抽气机工作的时候，吸盘与玻璃面相接的空气被抽光，产生负压，使吸盘紧紧的吸附在玻璃面上，从而使玻璃外墙自动清洁机器人能吸附在玻璃外墙上，进而工作。当抽气机停止工作时，吸盘内会快速进空气，从而使吸盘脱落，这样吸盘就能提升，移动。2.2.6 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分总体设计玻璃外墙自动清洁机器人机械部分总体设计说明：图15为设计图，图16、图17、图18为实物图，可以看到，机器人的外形已经确定，各个器件也已安装好，机械部分顺利完成。如图15所示，玻璃外墙自动清洁机器人的行进和转弯，主要由中间8个步进电机控制。首先最边缘的一个步进电机先运动，将带吸盘的腿抬起来，然后与该l型腿相连的中间的步进电机工作，将l型腿转向一边，再由最外面的步进电机将腿落下。然后其余三个腿一个接一个的重复此动作，将l型腿都转向一边。做完这些工作后中间的四个步进电机同时工作，将l型腿转向另一边，这样就完成了一次前进的动作。左转弯，右转弯，后退也是这种原理。前部的清洁头同时工作，就能使机器人在行进的过程中进行玻璃外墙的清洁工作。如图18所示，机器人可以仅凭吸盘的作用，将机器人吸附在墙面上，为实现玻璃外墙自动清洁机器人功能提供了有力的依据。图15 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分总体设计草图 图16 机器人机械部分总体侧视图 图17 机器人机械部分总体正视图图18 玻璃外墙自动清洁机器人机械部分总体俯视图3 玻璃外墙自动清洁机器人硬件电路部分设计3.1 单片机最小系统设计单片机的最小系统,又称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以进行工作的单片机系统。对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。并且要达到如下基本要求1：（1） 具有上电复位和手动复位功能。（2）使用单片机片内程序存储器。（3） 具有基本的人机交互接口。按键输入、led显示功能。（4） 具有一定的可扩展性，单片机i/o口可方便地与其他电路板连接如图19，为单片机最小系统原理图图19 单片机最小系统原理图3.2 单片机i/o口的扩展设计由于要控制10个步进电机，就需要40个信号输出口，还有无线接收口，很明显单靠单片机的管脚无法控制和驱动机器人，那么就需要对单片机的i/o口进行扩展。由于74hc595芯片价格便宜，功能强大，所以本课题选用74hc595来进行对单片机i/o的扩展。3.3 系统系统pcb设计玻璃外墙自动清洁机器人硬件电路部分在ad6.9软件中的原理图如图所示。图20 硬件电路部分设计原理图玻璃外墙自动清洁机器人硬件电路部分在ad6.9软件中的pcb图图21 硬件电路部分设计pcb图4 玻璃外墙自动清洁机器人软件设计4.1 程序设计思路机器人的运动及工作都是由单片机来控制，单片机主要做两件事，接受无线模块发来的指令，然后按照人的要求进行工作。所以程序可以分成两大块，即指令接受部分和工作部分。由机器人的前进、后退、左转弯、右转弯功能，可以将工作部分再分成这四个小部分，分别是前进部分，后退部分，左转弯部分，右转弯部分。然后程序根据这些部分分断写，通过函数调用将这些部分整合起来，使得机器人有序、稳定、可控的工作。4.2 系统总体程序算法流程图yynyny开始系统初始化p3.2=1扫描p3.2的值前进000100100100后退右转弯停止左转弯结束nn图22 系统总体程序算法流程图4.3 玻璃外墙自动清洁机器人前进程序算法流程图yyyyyyyy开始前进i=0程序1程序2程序7程序8程序4程序5程序3程序6程序9程序10返回主函数i=1i=2i=3i=4i=5i=6i=7i=8ynnnnnnnn图23 玻璃外墙自动清洁机器人前进程序算法流程图4.4 玻璃外墙自动清洁机器人后退、左转弯、右转弯程序算法流程图原理参照上图。4.5 玻璃外墙自动清洁机器人程序设计语言由于c语言功能的强大，以及良好的可读性，再加上对c语言的熟悉，以及c语言编写的简单等因素考虑，本程序采用c语言编写。5 调试5.1 调试整体方案玻璃外墙自动清洁机器人系统调试可分为三部分，分别是机械部分调试、电路硬件调试及系统软件调试。在调试过程中，采用分部分调试会大大的降低调试的难度，同时还能增加调试的效率和进度。所以本课题的调试方案采用分部分分模块的方法进行调试。由于机器人对硬件和软件都有较强的要求，所以调试过程中软件要与硬件相结合进行调试，这样才能确保获取正实详细的调试结果，才能针对调试中产生的问题进行解决。然后排除各模块部分的问题，再进行综合调试，对所产生的的问题进行解决，并最终调试出玻璃外墙自动清洁机器人，使其能稳定、有序的工作。5.2 机械部分调试本部分主要是检查铝合金框架是否坚固，吸附系统能否达到要求，以及活动部分的阻力及吻合情况，并对出现的问题进行解决。首先对铝合金框架进行耐压测试。在框架中间部分施加两倍自身重力，以测试其坚固性。若铝合金框架或结合部出现变形，则说明铝合金框架制作或设计的不合理。出现这种情况要对铝合金框架进行加固或从新设计。对吸附系统的调试主要是测吸盘的气密性及微型真空抽气机能否产生足够的低压，方法很简单，直接将吸盘通过气管与抽气机相连，在将吸盘吸附在玻璃墙面上，在对吸盘施加向下的力，加到机器人自重的一半，并持续一段时间。若能紧紧的吸附，则说明吸附设计没有问题，完全可以达到要求。若不能，则要查明原因，看是气密性不好还是抽气机的动力不足，然后针对问题进行解决。接下来要对运动部分进行调试，玻璃外墙自动清洁机器人运动部分主要是四个l型脚及清洁头。首先要对l型腿上的升降机构进行调试，使用单片机开发板控制步进电机正转和反转，以实现升降机构的上升和下降。如果不能正常的上升和下降，则要查找原因，看是否是制作时工件不规范，造成阻力过大还是设计的问题，并针对该问题进行解决。若可以正常进行升降，则加上重量，看看能否负重升降，若不能，找出原因并解决。最后要找出升降机构升高和降低的高度与步进电机转数的关系。接下来是对l型腿的前进和后退机构进行调试，将l型腿组装到铝合金支架上，然后用单片机开发板对铝合金框架中间的步进电机进行控制，用步进电机的正转和反转来带动l型腿的前进和后退，并通过测试得出l型腿前进与后退与步进电机圈数的关系。如果出现问题，则要根据问题逐一进行解决，直到l型腿能够顺畅的运动，以带动机器人的前进、后退、左转弯及右转弯。下面是对清洁头的，方法类似上面对步进电机的调试。需要注意的是要控制好清洁头的步进电机的状态，找出最佳的清洁程序。5.3 硬件电路的调试玻璃外墙自动清洁机器人硬件电路的调试，主要是对最小系统版的调试，看做出的pcb板能否达到要求，正常的工作。机器人的电路板是在我校实验室做出来的，由于设备不够精密，再加上制板机性能的不足，所以刻出的pcb板不一定能用，在使用前一定要对pcb板进行测量。测量时要使用万用表，对布的每一根线进行通路测试，并检查刻出的板子有没有错误。知道没有发现问题才可进行电子元器件的焊接。焊接前要先用仪器检测元器件的正常与否，焊接时要遵守电路板焊接的要求，切勿造成虚焊、漏焊等问题。然后用万用表对焊接好的电路进行检测，如果没有问题才能进行下一步的调试，如果有问题一定要找出来并及时解决，且不能给后来的调试造成影响。之后就是对最小系统板进行调试，将测试程序用开发板烧入51芯片中，再把51芯片卡到最小系统板上，接通电源，按下自锁开关，用万用表测量各管脚的电平，看是否与测试程序一致，尤其是74hc595的各个管脚。最终调试好的实物图如图24。图24 硬件电路实物图5.4 系统程序的调试由于机器人的吸附、前进、后退、左转弯、右转弯功能的相对独立，为减小程序调试的难度，所以采用分摸块进行调试。由于单片机程序下载较麻烦，为减小工作量和加快调试进度，故首先采用计算机仿真，系统程序的调试使用keil 和proteus 7联调的方法，图25仿真为系统仿真图。图25 系统程序的调试仿真图在计算机上仿真实现后再在玻璃外墙自动清洁机器人上进行测试，在测试的时候及时发现问题，并记录和修改硬件和软件，以使机器人达到最佳的工作状态。在每个模块都测试完成，并且问题都解决后，再将所有的程序都综合起来，放在一个函数内，同时调试，对于出现的问题进行解决，最终使得玻璃外墙自动清洁机器人有序稳定的工作。5.5 调试结果通过一系列的调试，解决了很多的问题，终于看到了能工作的机器人，机器人实现了玻璃墙面的吸附，以及在地面上前进、后退、左转弯、右转弯以及自动清洁的功能，并且机器人可以实现人工控制。虽然机器人的动作有些慢，但本课题研究的目的是玻璃外墙自动清洁机器人（验证机），主要目的是为了验证本设计的可行性及对后来的产品设计提供方案，所以速度处在可以接受的范围。总体上，通过调试，实现了玻璃外墙自动清洁机器人的所有功能。6 结论本课题目标是为城市高层玻璃建筑外墙清洗服务业设计一种自动清洗机器人，以帮助人们替代人工去完成清洁工作，减小能源消耗，降低人的风险，提高玻璃外墙清洗效率。课题成功的研制了一台玻璃外墙自动清洁机器人验证机，该验证机能适合几乎所有的玻璃外墙，即使一些有弧度、有障碍的玻璃墙面。如图26所示为玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）。图26 玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）本论文详细的讲解了玻璃外墙自动清洁机器人的设计及调试过程，在设计的时候参阅了大量的相关文献，也在网上查阅了很多的资料，并最终确定了设计的方案及原料。在文中详细的提及了验证机的制作过程及调试过程，验证了玻璃外墙自动清洁机器人技术上的可行性，并对验证机的行进方式、清洁过程和越障过程进行设计和验证。总结本课题的研究工作，得出以下结论：（1）玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）的制作和设计是成功的，实现了课题开头的功能要求，即能够无线遥控，并具有前进、后退、左转弯、右转弯、越障、自动清洁等功能。（2）验证了玻璃外墙自动清洁机器人的方案和设计，证实方案是有效且可行的。（3）通过制作实体和系统调试，积累了设计经验，为后来产品的设计提供了技术支持和改进意见。通过本课题的研究，为后续的产品研发提供了改进意见，具体意见如下：（1）步进电机要选用转速快且动力足够强劲的产品。（2）铝合金框架的制作要精密，不同部位的粗细及硬度要求不一样，要做好设计，以降低机器人的重量和材料的使用。（3）要改进清洁头的设计，使其清洁部更大，更良好的贴合玻璃，运动的更快，还能自动判断清洁过的部分的清洁度。还要设计专门的擦玻璃边角的清洁头，两个清洁头配合使用，可处理任何的玻璃墙面。（4）增加重力传感器，及时修正机器人的姿态，使其能竖直上下，不会跑偏。（5）在吸盘部分加上气阀，使吸盘不至于在腿抬起的时候因负压而抬不起。（6）在吸盘与气阀中间加上空气压强传感器，以判断吸盘是否与玻璃墙面紧密贴合。（7）在机器人前部加上摄像头，以判断清洁后的玻璃墙面和未清洁的玻璃墙面的状况，好人为的加以干预，以便更好地完成清洁工作。（8）要选用性能更强的控制处理芯片，以适应新功能的要求。（9）设计成可拆卸结构，便于运输。（10）加入伸长和缩短甚至能弯曲的结构，以适应不规则玻璃墙面的要求。（11）使用更大功率的真空抽气机，以确定在吸盘内产生足够的负压。玻璃外墙自动清洁机器人是一个复杂的工程，本文所探讨的方案和设计还需要进一步的验证和深化。机器人四个吸盘的结构很可能难以承担吸附的重任，吸附机构还需要更多的改进。还有机器人的行动机构可能不是最优的设计，还需要更多的设计和探索。玻璃外墙自动清洁机器人要实行产业化还有很长的路走，还需要加入更多复杂的功能，以及开发出更多型号的机器人，以适应不同墙面及不同客户的需求。中国的玻璃墙幕建筑越来越多，玻璃建筑的清洗需求也越来越大，可见玻璃外墙自动清洁机器人的市场很大。我有理由相信，只要能设计出合理的、有效的、安全的玻璃外墙自动清洁机器人，一定会给中国的玻璃建筑清洗业带来新的选择。注释1. 张毅刚，彭喜元，彭宇，单片机原理及应用，高等教育出版社，2011，第一章第3节。参考文献1 郭天祥. 51单片机c语言教程m北京：电子工业出版社. 2009.2 张毅刚，彭戏元，彭 宇单片机原理及应用（第二版）m北京：高等教育出版社2010.3 王新贤通用集成电路速查手册m济南:山东科学技术出版社2002.4 谭浩强. c语言程序设计m. 北京: 电子工业出版社. 2012。5 邵浩. 清洗爬壁机器人机构及清洗作业系统的研究. 学位论文. 哈尔滨工业大学博士论文. 1999.6 廖广奎. 飞机清洗机器人“skywash”. 机器人技术与应用.7 奇正. “清洗巨人”世界上最大的机器人. 机器人技术与应用. 1996.8 李开生. 通用擦窗机器人控制系统体系结构的研究和实现. 北京工业大学博士论文2001.9 迟科祥. 颜国正. 仿生机器人的研究状况及其未来发展刊. 中. 北京: 电子工业出版社. 2001.10 钱晋武. 何永义. 程维明. 多肢体自位移动机器人研究进展刊. 中. 北京：高技术通讯. 2001.11 张毅刚. 彭喜元. 彭宇. 单片机原理及应用. 高等教育出版社. 2011.附录a元器件清单名称个数stc89c52芯片174hc5955继电器1自锁开关1步进电机10铝合金方管7微型抽气机1超大吸盘411.0592mhz晶振130pf瓷片电容21k电阻210uf电容18mm丝杆1220v转5v电源模块1220v转9v电源模块1插针70杜邦线50杜邦头100附录b玻璃幕墙工程技术规范根据中华人民共和国行业标准“玻璃幕墙工程技术规范”1（jg.j102-2003），其中关于玻璃幕墙的相关术语规定如下：由玻璃面板与支承结构体组成的相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构荷载和作用的建筑外维护结构或装饰性结构，通称为玻璃幕墙。由于城市景观和建筑艺术的要求，建筑的平面形状和竖向体型日趋复杂，墙面线条、凹凸、开洞也采用较多。幕墙几何造型丰富多彩，有竖直、斜面、圆柱面、棱台面、球面等。幕墙有明框、隐框、半隐框及全玻璃幕墙等结构形式。幕墙与房屋主体结构之间柔性连接，在水平、铅直、内外方向上预留微量变形余地，并在相邻玻璃间预留“伸缩缝”，缝隙下部用橡胶条隔开，以补偿温度影响。玻璃幕墙拼接胶缝宽度满足玻璃和胶变形程度，不宜小于10mm，并且幕墙玻璃表面周边与建筑内、外装饰物之间的缝隙不宜小于5mm。 玻璃幕墙就结构形式而言分为：1. 明框玻璃幕墙：金属框架的构件显露于面板外表面的框支承玻璃幕墙2. 隐框玻璃幕墙：金属框架的构件完全没有显露于面板外表面的框支承玻璃幕墙3. 半隐框玻璃幕墙：金属框架的竖向或横向构件显露于面板外表面的框支承玻璃幕墙4. 全玻璃幕墙：由玻璃肋和玻璃面板构成的玻璃幕墙。一般玻璃幕墙壁面上可能存在以下多种物体：突起的水平或竖直窗框、密封。胶条、窗面凹缝及黑漆、泥块、纸屑、尘埃、油渍、积灰等污垢。国标中关于幕墙清洗要求如下：1. 幕墙外表面的检查、清洗、保养与维修工作不得在4 级以上风力和大雨(雪)天气下进行。2. 幕墙外表面的检查、清洗、保养与维修的作业中，凡属高空作业者，应符合现有行业标准建筑施工高处作业安全技术规范jgj-80 的有关规定。3. 业主应根据幕墙表面的积灰污染程度，确定其清洗次数，但不应少于每年一次。4. 清洗幕墙应按幕墙使用维护说明书要求选用清洗液5. 清洗幕墙过程中不得撞击和损伤幕墙。附录c源程序#include#include #define uint unsigned int#define 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