关 键 词：

机械毕业设计论文CAD图 机器人设计【毕业论文 机械毕业设计 机器人三维设计图 毕业设计论文 设计【毕业论文 【图纸论文】 设计【CAD图纸 机械CAD图纸 CAD图纸三维 高层建筑玻璃幕墙

资源描述：

悬挂式高层建筑玻璃幕墙清洗机器人设计【三维图】【机械毕业设计论文CAD图】.zip,机械毕业设计论文CAD图,机器人设计【毕业论文,机械毕业设计,机器人三维设计图,毕业设计论文,设计【毕业论文,【图纸论文】,设计【CAD图纸,机械CAD图纸,CAD图纸三维,高层建筑玻璃幕墙

内容简介：

!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat三维主动辊.dwg初稿.docx半轴1.dwg半轴2.dwg卷筒A2.DWG垂直升降装置A1.DWG小链轮A2.DWG总装配图.STEP总装配图A0.DWG悬挂式高层建筑玻璃幕墙清洗机器人设计-说明书-终板.doc清洗机本体A1.DWG被动辊芯轴.dwg轴A3.DWG辊筒链轮.dwg运动视频.mp4摘要目前，大部分高层玻璃幕墙通过人工完成清洗这种清洗方法不仅效率不高，而且还因为工作环境不佳易发生事故。 本文研究的玻璃幕墙清洁机器人是一种可在垂直墙壁上移动并完成清洁操作的服务机器人。 机器人可实现高层外墙清洗的自动化，大大提高了工作环境，提高了清洗效率。本文首先介绍了目前攀岩机器人的技术原理，确定了清洗机器人的总体设计方案，对清洗机器人的各个模块进行分析设计，并通过计算对清洗机关键零部件进行选型，最后完成悬吊式高层玻璃幕墙清洗机器人的结构设计。通过理论建模的方法，完成清洗机轨迹的影响规律，清洗工作过程中涉及的推力风扇静推力记性理论计算，建立了清洗机吸附稳定性数学模型及清洗刷速度的教学模型。最后，通过物理原型实验，清洗机的性能无负载空载试验，验证清洗机的清洗作用精度，得到推力风机的静推力曲线，并在不同条件下进行清洗刷试验，实验结果验证设计的合理性。关键词：高层幕墙，清洗机，结构设计，稳定性，移动机器人目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1 课题背景11.2 壁面移动机器人应用现状11.2.1应用领域11.2.2吸附方式21.2.3移动方式41.3 课题主要研究内容6第二章 悬吊式高层建筑玻璃墙清洗机结构设计82.1 玻璃幕墙清洗机设计任务要求82.2整体方案设计研究92.2.1 整体方案分析设计92.2.2吸附方式分析设计102.2.3清洗方式分析设计112.2.4清洗刷供水管路设计142.2.5悬吊装置设计142.3驱动部分计算选型分析152.3.1推力风扇电机选型152.3.2清洗驱动电机选型162.3.3清洗液供给泵流量计算172.3.4悬吊装置提升机选型17第三章 清洗机工作过程中的受力分析193.1工作过程受力分析193.1.1推力风扇静推力计算193.1.2吸附稳定性研究20第四章 使用说明书24第五章 标准化审查报告25第六章 结论26参考文献28致谢29 悬挂式高层建筑玻璃幕墙清洗机器人设计 摘要目前，大部分高层玻璃幕墙通过人工完成清洗这种清洗方法不仅效率不高，而且还因为工作环境不佳易发生事故。 本文研究的玻璃幕墙清洁机器人是一种可在垂直墙壁上移动并完成清洁操作的服务机器人。 机器人可实现高层外墙清洗的自动化，大大提高了工作环境，提高了清洗效率。本文首先介绍了目前攀岩机器人的技术原理，确定了清洗机器人的总体设计方案，对清洗机器人的各个模块进行分析设计，并通过计算对清洗机关键零部件进行选型，最后完成悬吊式高层玻璃幕墙清洗机器人的结构设计。通过理论建模的方法，完成清洗机轨迹的影响规律，清洗工作过程中涉及的推力风扇静推力记性理论计算，建立了清洗机吸附稳定性数学模型及清洗刷速度的教学模型。最后，通过物理原型实验，清洗机的性能无负载空载试验，验证清洗机的清洗作用精度，得到推力风机的静推力曲线，并在不同条件下进行清洗刷试验，实验结果验证设计的合理性。关键词：高层幕墙，清洗机，结构设计，稳定性，移动机器人ABSTRACTAt present, most of the high-rise glass curtain wall through the manual cleaning of this cleaning method is not only inefficient, but also because of poor working environment prone to accidents. The glass curtain wall cleaning robot studied in this paper is a service robot that can be moved on a vertical wall and complete a cleaning operation. Robots can achieve high-level external wall cleaning automation, greatly improving the working environment, improve the cleaning efficiency.This paper first introduces the technical principle of the current rock climbing robot, determines the overall design scheme of the cleaning robot, analyzes and designs the various modules of the cleaning robot, and selects the key parts of the washing machine, and finally completes the suspended high-rise glass Structural Design of Curtain Wall Cleaning Robot. Through the theoretical modeling method, the influence law of the tractor trajectory is completed, the mathematical model of the suction machine stability and the brushing speed of the cleaning machine are established by calculating the static thrust of the thrust fan involved in the cleaning process.Finally, through the physical prototype experiment, the performance of the washing machine without load no load test, verify the cleaning machine cleaning effect accuracy, the thrust fan static thrust curve, and under different conditions for cleaning brush test, the experimental results verify the rationality of the design.Keywords: High - rise curtain wall, washing machine, structural design, stability, mobile robot目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1 课题背景11.2 壁面移动机器人应用现状11.2.1应用领域11.2.2吸附方式21.2.3移动方式41.3 课题主要研究内容6第二章 悬吊式高层建筑玻璃墙清洗机结构设计82.1 玻璃幕墙清洗机设计任务要求82.2整体方案设计研究92.2.1 整体方案分析设计92.2.2吸附方式分析设计102.2.3清洗方式分析设计112.2.4清洗刷供水管路设计142.2.5悬吊装置设计142.3驱动部分计算选型分析152.3.1推力风扇电机选型152.3.2清洗驱动电机选型162.3.3清洗液供给泵流量计算172.3.4悬吊装置提升机选型17第三章 清洗机工作过程中的受力分析193.1工作过程受力分析193.1.1推力风扇静推力计算193.1.2吸附稳定性研究20第四章 使用说明书24第五章 标准化审查报告25第六章 结论26参考文献28致谢2929第一章 绪论1.1 课题背景近年来，城市和环境整顿工作越来越受到人们的重视，正如城墙外墙的建筑装修和清理工作已成为城市环境整治的重点。 玻璃幕墙外的传统高层建筑清洁工作由工人完成高空作业，作业环境差，劳动强度高，效率低，成本高的外墙清洗作业现场。 开发替代高效玻璃幕墙清洗机的低效，高风险的手动操作方式，一方面避免高空事故的发生，另一方面可以显着降低高层玻璃幕墙清洗机的成本， 水平幕墙清洗机，可提高玻璃幕墙清洁工作效率，降低员工劳动强度。目前国内外有很多专家学者研究过高空机器人，一些高空幕墙玻璃清洗机器人已经投入使用，可以做成爬墙式机器人，但由于机器人本身的负载有限，很难安装一个简单的清洁结构玻璃幕墙清洗操作，在国内外墙面清洗领域也是大量的手工工作在高层外墙上进行清洗，高空清洗机器人还没有广泛应用，所以发展轻量化节能刷机构，提高清洗机器人的清洁质量和效率，使其稳定高效的工作是着眼于外墙清洗机器人的研究。为了保护员工的人身安全，节省成本，提高劳动生产效率，本文分析和设计了玻璃幕墙清洗机的实验和实验研究。通过本次研究，将推动高层建筑玻璃幕墙清洁技术展览会，提高经济效益和社会效益具有十分重要的现实意义。1.2 壁面移动机器人应用现状1.2.1应用领域玻璃幕墙墙壁自动清洗移动机器人是一种具有特定功能的机器人，属于高空极限作业的机械装置，由于玻璃幕墙壁面自动清洗移动机器人的特殊功用，其主要应用领域包括：（1）核能工业用于核废料储罐和其他军用设备的常规维护，焊接检验，目视检查等。（2）石油化工行业使用化学罐进行金属罐的日常维护，罐体内外壁进行喷砂工艺处理。（3）在建筑行业的应用对建筑物表面进行喷涂、外墙表面贴瓷砖、壁面清理、玻璃幕墙清洗等。（4）消防部门的应用运送救援设备设施、物资，进行壁面救援作业等。（5）电力行业上用于电厂水冷壁的日常清理、维护、检测等，用于风力发电机塔架的清洗维护工作。 （6）造船行业上的应用，对船体表面进行油漆喷涂，船体的下表面进行清洗作业。（7）航空领域上的应用，对飞机的外表进行清洗工作、检测及日常维护等作业。随着壁面移动机器人技术不断发展，壁面机器人必将会被广泛的应用到更广阔的空间，实现更复杂艰巨的任务，同时对壁面机器人的研究开发也将会更加深入，壁面机器人日后会产生优异的社会效益。1.2.2吸附方式对于壁面移动机器人而言，主要解决问题之一就是怎样使机器人能够平稳地附着到建筑物表面，进而在壁面上进行相关作业。伴随壁面机器人技术的不断提升和完善，比较成熟的吸附方式包括：推力吸附、负压吸附、磁吸附、静电吸附、仿生吸附。1. 推力吸附推力吸附主要是通过由螺旋桨的旋转或由喷射发射的气体产生的气流使机器人移动而将壁附接到壁的方法。最早的墙上移动机器人是用来吸收吸附的方式，由日本大阪府立大学西阳教授开发，移动机器人的墙壁上使用螺旋桨的旋转点到墙壁的推力，由教授开发的图片西梁螺旋翼机器人。北京航空航天大学开发了一种推力式壁式移动机器人，通过旋转管道风扇产生推力。墙体机器人体未配备驱动装置，并且通过由安装在屋顶上的提升装置拉动机器人来移动机器人。2. 真空吸附 韩国sunkyunkwan大学开发了LARVA-I，LARVA-系列机器人，系列机器人为建筑物进行目视检查，单机吸盘机器人，机器人结构紧凑，重量轻，运动灵活，样机如图 1-4 所示。图 1-4 真空吸附机器人4. 磁吸附 磁性吸附通过磁力将机器人吸附到导磁材料的表面。 日本三菱重工开发了轮式永磁吸附墙移动机器人。 通过携带不同的执行器，机器人可以实现清洁和测试工作。5. 静电吸附 加拿大斯坦福研究所使用柔性静电吸附技术开发静电吸附墙移动机器人。 开发的机器人具有较高的吸附能力，可吸附在各种墙体上，功耗仅为20mW / N，用于静电吸附技术的履带式移动机器人，用于双足静电吸附墙移动机加。6. 仿生吸附 卡内基梅隆大学开发了一种使用仿生粘合剂材料的壁式移动机器人，其通过轨道移动，履带材料是允许机器人吸附在墙上的粘性材料。 机器人可以吸附在斯坦福大多数墙壁材料上大学开发出一种看起来像壁虎的墙壁的移动机器人，并且机器人对于每条腿都是粘稠的。1.2.3移动方式1.足式壁面移动机器人 在过去的几十年中，已经有很多机械装置可以在墙上移动，这代表了脚踏式移动设备。 移动脚的数量通常为2英尺，4英尺，6英尺，8英尺，末端配有真空吸盘，夹紧机构或磁吸附装置。 因为他们通常有更多的自由，可以在复杂的墙上移动，并且有很好的避免障碍的能力。 然而，由于使用脚部动作，其控制系统更加复杂，而且运动不连续，速度不足的缺点。随着移动脚数的增加，使机器人具有更大的承载能力，还提高了墙上移动机器人的稳定性。 但是，增加运动量使整个控制系统更加复杂，同时也相应增加了机器人自身的重量和体积。 因此，具有双足结构的机器人具有紧凑的结构尺寸和高效的能量效率。2.轮式壁面移动机器人 意大利开发了一种双向移动机器人，如图1-14所示，通过吸引机构成的吸盘内部的真空吸附在墙上。 艾丽西亚1携带能力弱，运动缓慢，具有一定的障碍能力（障碍物大小1cm）。 改进的Alicia 2吸附结构通过两个连杆连接三个单个吸盘模块，提高了机器人的承载能力，大大增加了工作空间。 Alicia 2的直径为30厘米，其自身重量为4公斤，承载能力为10公斤。日本开发了两个独立于车轮的Wall Walker，它使用一个滑动吸盘，将机器人的车轮包裹在其内部，并将液体传送到密封玻璃之间，使机器人能够稳定 吸附在玻璃表面上，通过其自身的移动速度和使用安装在其机器内部的清洁装置，机器人可以清除玻璃表面上的所有污渍。3.履带式壁面移动机器人Auto Crawler LLC开发了履带式移动机器人自动爬行器，通过真空分配器将墙上的移动机器人真空分配给吸盘，跟踪气动马达驱动。 机器人可以携带各种操作设备，并应用于波音飞机表面的探伤作业。 韩国开发了成功组合的履带式和吸盘式移动机器人，开发了机器人履带式铲斗均匀安装的真空吸盘，在运动过程中，吸盘通过使用机械阀完成抽吸吸盘的动作，运动 加速达15m / min，共安装24个吸盘，采用电池供电，研究人员对机器人力量，单吸压力变化等相关研究和分析。3. 牵引式壁面移动机器人移动墙壁机器人的另一种方法是使用电缆或绳索在建筑物顶部安装移动设备，以控制机器人的水平移动并上下移动。 下图显示了上海交通大学设计研究的双吸杯清洁机器人。 机器人本体没有自己的驱动系统，但可以依靠自身的重力和车顶安装在玻璃表面的平滑运动上，并使用双重真空吸盘使其牢固地吸附在玻璃表面上 通过四组光电传感器可以检测到，如水平窗框障碍物可以交叉，具有一定的屏障能力。4. 组合式壁面移动机器人移动到一定程度的单一方式限制了移动机器人的移动性，所以学者们致力于研究模块化移动模式，通过移动组合来增强机器人的移动性。 哈尔滨工业大学开发了轮式混合式爬墙机器人，如下图1-22所示，通过混合动力驱动的“车轮”和“脚”，可以使机器人在“车轮”和“脚”之间切换，使用 “轮式”机构可以使机器人具有良好的灵活性，移动速度快，移动性强，并且对于更复杂的墙体，采用“脚”型移动机构，可以使机器人轻松避免障碍，能力强，使用 的“脚”型移动机构可以使机器人自主地从地面到墙面，适应力强。 机器人使用真空吸尘，吸盘尺寸为190170mm，驱动轮直径为200mm。1.3 课题主要研究内容在本文中，对玻璃幕墙清洗机的结构设计进行了分析，并对工作流程进行了理论分析和模拟。 设计的玻璃幕墙清洗机的性能通过物理原型的组装和实验进行测试。 最后，高层建筑玻璃幕墙清洗机的设计，为高层建筑外部清洗提供更安全高效的解决方案，具体工作包括： （1）分析现有的壁挂式移动机器人技术解决方案，通过比较分析找到适合高层建筑墙体清洗的最佳方式实现，并对玻璃幕墙清洗机部件的程序分析设计完成相关部分的选型计算， 清洗机整体结构设计的最终完成。（2）本文分析了连续和对称清洗条件的条件，分析了清洗轨迹曲线的变化规律，建立了玻璃幕墙清洗机工作过程中的机械模型，确定了玻璃幕墙清洗机运行过程中的吸附稳定性条件， 移动玻璃幕墙清洗机的零部件分析的特点。第二章 悬吊式高层建筑玻璃墙清洗机结构设计玻璃幕墙清洗机的整体结构直接影响清洗机的质量，效率，安全性和实用性。 本章分析和设计了玻璃幕墙清洗机的整体结构。 根据外部清洗的特殊操作方法，在标准的技术要求下，确保各种模块的清洗机更好地满足设计要求，确保在各种模块的前提下顺利可靠的工作 玻璃幕墙清洗机分析设计，并确保结构尽可能简单。2.1 玻璃幕墙清洗机设计任务要求本文的目的是开发一种适用于清洗高层建筑玻璃幕墙的清洗机，使洗衣机能够取代手工作业，完成建筑玻璃幕墙的清洁，清洗效率高 ，质量好，玻璃幕墙清洗机技术要求：（1）清洗机具有很好的吸附性，能够相对稳定地附着在建筑物外墙壁表面，可在5 级（8.0 m/s 10.7 m/s）及以下的风力等级下工作，作业中玻璃幕墙清洗机不会出现倾覆、跌落等现象，保证清洗机具有足够的吸附能力，确保绝对安全。（2）玻璃幕墙清洗机的吸附力是可调节的，可以对玻璃幕墙清洗机整体吸附力大小进行适度调节，也可以对每个的吸附装置进行吸附力的调节。（3）玻璃幕墙清洗作业时清洗机没有摆动，移动保持平稳、灵活，移动过程中振动小、噪音小。（4）悬吊装置可以适应各种建筑物楼顶外檐，保证玻璃幕墙清洗机本体能够顺利地进行工作。（5）玻璃幕墙清洗机的悬吊装置、吸附装置、供料装置、清洗装置必须即能单独控制又可以相互配合操作，为了确保清洁过程能够与各个部分的工作协调一致，使得悬挂装置中的洗衣机可以在建筑物外部自由而灵活地运动，以完成清洁操作。（6）玻璃幕墙在清洗时不能对玻璃幕墙产生刮擦，划痕，不得破坏玻璃幕墙。具体技术要求如表2所示。表2：清洗机器人技术要求指标技术要求指标量化设计参数清洗机本体自重150kg最大吸附力40N最大提升能力400kg最大移动速度4m/min清洗作业方式模拟人工作业清洗高度700mm一次摆动清洗范围80-650mm清洗周期1-4s清洗楼层高度200m2.2整体方案设计研究2.2.1 整体方案分析设计外部控制系统楼顶悬吊系统现有壁面机器人的主要功能包括：移动功能、吸附功能、作业功能，根据现有技术方案，本清洗机的整体系统包括：楼顶悬吊系统、清洗机本体、外部控制系统，具体结构关系如下图所示。清 洗 机 本 体吸附装 置供水装 置清洗装 置清洗整体系统结构关系图操作方式为建筑悬挂装置的屋顶安装，驱动玻璃幕墙清洗机，通过钢丝绳上的洗衣机车身牵引，实现玻璃幕墙清洗机在建筑物玻璃幕墙面上下摆动，玻璃幕墙清洗机从建筑物的屋顶从顶部清洗。在清洁之后，将悬架起吊系统卷筒的旋转，并通过抬起悬架将清洗机本体提升回屋顶，然后进行下一次清洁。下图为清洗机整体图。1.悬吊装置 2.建筑物玻璃幕墙 3.清洗机本体清洗机整体图2.2.2吸附方式分析设计吸附装置作为核心问题主要是对壁面移动机器人的研究，目前比较成熟的吸附方式主要有包括：磁吸附、真空吸附、推力吸附、静电吸附和仿生吸附。各吸附方案比较如表1所示： 表1 各种吸附方案的优点为了满足建筑玻璃幕墙清洗作业的要求，考虑到现有吸附方案的可行性，设计采用推力吸附，上部洗衣机安装了四个推力风机，四台电机 四个推力风扇驱动，如下图所示。 用四个风扇驱动的目的是通过接头的推力来调节洗衣机的作用，以确保清洗机在操作时可以稳定地附着在建筑物的外墙表面上。 推力风扇驱动电机的转速可以调节，通过调整四个电机的转速来调整推力的大小和作用点。2.2.3清洗方式分析设计清洗驱动方案分析传统的高层建筑玻璃幕布清洗工作由工人在高海拔地区，广泛使用刮水器对玻璃幕墙进行表面清洗，缺少这种清洁容易出现二次返修，需要清洁清洁以确保质量 的清洁。 本文设计了洗衣机的清洗方法，以模拟手动清洗动作，使用清洁刷在线性滑块上的水平循环运动和垂直方向的洗衣机合成方式实现清洗机清洗动作。为了水平循环清洗刷实现运动，驱动部分设计了同步带驱动程序和连杆驱动程序。同步带由伺服电机驱动，循环正，负运动带带周期运动，同步带和电刷安装板固定连接，驱动清洁刷在线性滑块上进行往复运动循环，如图所示同步皮带传动的优点是：整体结构简单，易于实施，占用空间容易，安装方便; 通过设置伺服电机可以反转，实现洗衣机清洗操作的循环; 清洁刷运动速度恒定，方便; 同步带具有一定的灵活性，整体灵活性在清洗过程中更好。连杆的主体是四连杆结构，具体连接形式如图所示。 通过连续旋转的电机驱动A连杆，B连杆，使C连杆摆动摆动，以实现清洁刷上的直线滑块做循环往复运动。使用连杆驱动的优点是：电机在连续工作的方向上，动作平稳，电机振动小; 通过电机单向旋转，实现清洁刷的往复运动，结构比较简单; 连杆结构完成，不需要刷初始电机的转速可以调节，通过调整电机的转速可以调整清洗周期。 而且缺乏：整体结构较大的空间，安装需要考虑是否会干扰其他部分; 实现连杆的摆动需要较大的驱动扭矩，电机输出扭矩要求更高。通过比较上述两种驱动方式，伺服电机驱动的主要优点是清洁刷的轨迹准确，清洁刷的摆动位置一致，保证了清洁轨迹的精度。 综合以上分析比较，考虑到玻璃幕墙清洗轨迹的准确性、电机运转的平稳性、结构的牢固性，采用伺服电机驱动方案作为最终的驱动方式。 清洗作业部位结构设计对于清洗机本体，清洗作业的清洗刷部分为关键的部件，清洁刷应具有一定的柔性，既可以保证与玻璃幕墙面的紧密贴合又要保证不伤害玻璃幕墙体表面。雨刷器滑座的连接，滑座上连接清洁清洁刷固定座板，清洁刷安装在清洁刷固定座板上，清洁刷整体结构如下图所示。清洁清洁刷安装在清洁刷固定座板上，清洁刷两侧安放高压水喷管，高压水喷管上有喷孔，被加压的水和气体混合从高压水喷管喷出，充分而均匀的喷到玻璃幕墙上，这样可以确保清洗时水雾的均匀喷洗。清洗刷固定座板板与滑块座采用整体设计，通过移动滑块可以使清洁刷固定座板在滑座的移动下跟着移动，在其连接处安装弹簧，这样在清洗时整个清洁刷部分具有一定的柔性，遇到障碍物时有一定的避障能力，同时可以对清洁刷的伸出量进行调节，用以适应不同的墙体表面。清洁刷高度700mm、宽度10mm，材质采用橡胶，具有一定的柔韧度。2.2.4清洗刷供水管路设计清洗机输送高压气水混合的清洗液采用流量可调的空压机和高压水泵对清洗液进行输送，供给泵与水箱安装在楼顶起吊装置附近，随着起吊设备机一起移动，通过橡胶软管把清洗液输送到清洁刷部位。由于清洗的速度相对很快，所以供给泵的流量需要很大，使用供给泵的流量调节功能来可以满足不同清洗工况下对不同流量的需求，将整个供液系统安装在清洗机的内部，使整个清洗机结构紧凑。2.2.5悬吊装置设计 玻璃幕墙清洗机在壁面的移动是通过悬吊装置驱动的，悬吊装置通过钢丝绳对清洗机进行牵引提升，如图所示。悬吊架体上安装提升机，对钢丝绳进行牵引，实现清洗机本体的上下移动，悬吊架体底部安装有脚轮，实现悬吊装置的水平移动。1.清洗机本体2.推力风扇叶片3.脚轮4.提升机5.配重块6.悬吊架体悬吊装置示意图下图为悬吊架体的结构图。提升机安装在悬吊架体上，架体上安装滑轮，对钢丝绳进行导向。通过移动架体前端的滑架可以适应不同建筑物楼层顶端的外檐，下端的方滑杆可进行细微调整，从而使清洗机本体可以紧密地贴附与建筑物外墙表面，在清洗作业时，推力风扇额外提供吸附力，确保了清洗机的安全性。控制箱实现对清洗机运动的控制。悬吊架体结构图2.3驱动部分计算选型分析设计的主体结构已经确定，需要对个驱动部分进行计算选型，实现机器的功能，计算选型主要包括：推力风扇叶片、风扇驱动电机的选型、清洗机构驱动电机的计算选型、清洗液供给泵的计算选型、悬吊装置提升机的选型。2.3.1推力风扇电机选型安装在玻璃幕墙清洗机上部的推力风扇可以看作为简单的推进器，通过推力风扇叶片的旋转能够产生一定的推力，本文中推力风扇叶片的驱动电机采用的是无刷直流变频调速电机，参考目前现有推进器的实际转速范围，推力风扇叶片驱动电机转速范围为 05000r/min，由于每个电机驱动一个推力风扇，电机功率选择为300W，具体参数见下表。选用的电机如图所示。2.3.2清洗驱动电机选型清洗机构的电机要求满足速度可调节、输出转矩大、工作运行平稳、负载工作时间长等特点，满足以上要求的电机我们可以选择步进电机，本设计选取步进电机作为清洗机构的驱动电机。对清洗机构进行的受力分析如图所示，步进电机的转矩为M1，清洁刷所受重力为 G1。清洁刷在清洗过程中主要负载来自于清洁刷在滑动杆上滑动时会产生阻碍清洁刷运动的摩擦力 F1（摩擦系数），和墙面给清洁刷的阻力 f1，通过分析清洁刷部分的负载可以反向求出所需步进电机转矩的选取范围，其中：M1=(F1+f1)h0 F1=G1 若使步进电机能够驱动清洁刷，需满足如下关系式：M0kM1考虑传动过程中的摩擦等因素而引入修正系数 k。清洗机构初始设计参数如表 2-4 所示。清洗过程中设定 f1为2N，计算获得 M1为 1.33Nm，k 取 5 后获得步进电机驱动转矩为 6.65Nm。所选取的步进电机，驱动器及直流电源如图 2-11 所示，性能参数见表 2-5。伺服电机选型伺服电机性能参数表2.3.3清洗液供给泵流量计算为清洗机输送清洗液的供给泵应具有流量调节功能，能适应不同工作要求下清洗液输送，且保证清洗液输送均匀性、稳定性。清洗机清洗一次时间 t 为 12s，清洗清洗液密度H0为 12mm，清洗轨迹水平移动距离 L 范围为 600700mm，清洁刷高度 d 为 700mm。则刷涂一次所需流量 Q 可通过下式获得： Q=LdH0通过计算可得流量泵的调节范围为0.003120.0312m/min。2.3.4悬吊装置提升机选型提升机为玻璃幕墙清洗机本体的移动提供牵引动力，清洗机本体上分别安装有清洗机构、推力吸附机构、清洗液泵及污水收集器，清洗机本体重量在100150kg，选用吊篮提升机作为牵引动力，提升机的技术参数如表 2-6 所示。表 2-6提升机的技术参数表第三章 清洗机工作过程中的受力分析3.1工作过程受力分析3.1.1推力风扇静推力计算推力风扇的选择直接受到推力风扇的推力的影响。 推力风机的选择直接影响吸附效果。 在本文中，选择铝合金刀片作为推力风扇的叶片。 参考螺旋桨静推力的计算方法，推力计算，风机直径选择250mm，叶片角度34，间距为529.49mm。 螺旋桨的静力推力是推进器在固定位置旋转时产生的推力或张力。 本文采用经验公式计算推力风扇产生的推力。 经验公式是人们长期以来的惯例，通过使用经验公式，可以避免繁琐的扣除，在一定范围内，经验公式更准确。 在本文中，雅培公式用于推导螺旋桨的静力推力。 静力推力公式如下： 式中，Ts为静推力，单位为 N；D 为螺旋桨直径，单位为 mm；p 为螺旋桨螺距，单位为 mm；n0为螺旋桨转速，单位为 r/min。静推力计算结果如表 3-5 所示。3.1.2吸附稳定性研究清洗机在清洗作业时，受到的是空间力，受力情况较为复杂，在工作过程中要确保清洗机本体稳定地吸附在建筑物外墙表面，需对清洗机的受力情况进行分析。 无风载荷时受力分析若清洗机在没有外界风载荷，即无风的天气状态下工作，清洗机稳定吸附于外墙表面并匀速下滑，设清洗机此刻位置为清洁刷向右移动，移动速度为 v0，对清洗机的受力分析如图所示。稳定清洗时，受力关系为：其中，清洁刷受到墙面的摩擦力分解为与X轴平行的Pfx和Z轴平行的 Pfz。工作中左右钢丝绳处受力状态相同。F1=F21=2将 F1、F2分解为与 Z 轴平行的Fz1、Fz2、和与 Y 轴平行的 Fy1、Fy2。推力风扇分为上下两组，每组两个风扇，产生的推力为：式中，F1、F2为左右钢丝绳的拉力；FZ1、FZ2为 F1、F2在 Z 轴方向的分力；FY1、FY2为 F1、F2在 Y 轴方向的分力；1、2为钢丝绳与壁面间的夹角；P为墙体对清洁刷的力；Pfz为清洁刷与壁面在 Z 轴方向的摩擦力；Pfy为清洁刷与壁面在 Y 轴方向的摩擦力；T1、T2、T3、T4为推力风扇所产生的推力；N1、N2、N3、N4为壁面对移动轮的力；Nfx1、Nfx2、Nfx3、Nfx4为壁面对移动轮在 X 轴方向的摩擦力；Nfz1、Nfz2、Nfz3、Nfz4为壁面对移动轮在 Z 轴方向的摩擦力。确保清洗机稳定地吸附与外墙表面，并且可进行清洗作业，需满足四个移动轮均受力，且清洁刷受到壁面的力，得出稳定吸附条件为：由式(3-20)可得： 存在风载荷时受力分析在存在自然风外载荷时，即有风的天气状态下工作，清洗机需满足稳定吸附于外墙表面并匀速下滑，设清洗机此刻位置为清洁刷向右移动，移动速度为 v0，对清洗机的受力分析如图所示。由于外界风向不稳定，且清洗机侧向受力对清洗机的稳定性影响较大，本文只考虑清洗机受到平行于XY平面，即平行于地面的风向所产生的力，风向与 XZ 平面，即壁面角度为。a 稳定清洗时，受力关系满足式(3-26)，则有：在存在侧向风载荷时，稳定吸附条件依然为式(3-25)，则由式(3-37)可得：不产生侧向移动的条件为：通过对稳定吸附条件分析，为分析清洗机的整体受力情况提供理论依据。第四章 使用说明书课题选择了悬挂式高层建筑玻璃幕墙清洗机器人设计是一种全新设计理念的产品，它是一种全自能化的机械设备。将设备安装调试好后，插上电源打开开关，产品正常启动，使用前选择适当的润滑油，保证其润滑性、相容性，定期更换润滑油。先使在楼顶试运行，清洁刷左右摆动自如，且规律的摆动后再投入使用。当机器出现故障时，应先切断电源拆机检查。第五章 标准化审查报告该设计图样共计6张，其中总装图1张，悬吊设备装配图1张，清洗机本体装配图1张，零件图3张，设计文件有：设计计算说明书、产品使用说明书、产品标准化审查报告等等。经审查：产品图样完整、清晰，并按经过规定程序批准的图样和技术文件制造。图纸文件及技术资料符合GB/T4458.5-2003、GB/T1184-1996、GB/T1182、GB/T1031、GB/T4485.1-2002、GB/T17825.3-1999等有关制图标准的要求。综上所述，产品技术文件齐全、正确，反映了该产品研制的实际情况。使其完全自动化生产，提高效率。悬挂式高层建筑玻璃幕墙清洗机器人设计在标准化方面已基本具备生产的条件,经审查予以通过。第六章 结论在本文中，基于对幕墙清洗机器人常见技术的深入研究，提出了剧场超椭球幕墙的构造，自爬机器人的配置，分析和总结了攀登机器人的基本设计原理。基于上述，基于模糊故障树分析方法分析了自爬式幕墙清洁机器人的可靠性，并根据分析结果提出了自爬式机器人的改进方案。最后，完成了自爬式幕墙清洗机器人的结构设计和控制系统，全面实施了攀爬运动和清洗运动功能实验，结果表明机器人完全符合设计要求实现了幕墙清洁机器人在复杂弯曲幕墙上的首次应用。本文的创新成果如下： (1) 建立了幕墙清洗机器人的附件力学模型，直观，准确地分析了幕墙机器人的安装机构。 并提出了机器人附件模型的稳定条件和倾覆临界角以及防倒转特征角的概念。 基于此模型，进行稳定性分析，为幕墙清洗机器人的设计提供依据。(2) 定义了帘式清洗机的清洁强度，建立了清洁强度公式。 分析了清洁剂的宽度，厚度和有效宽度对清洗效率的影响。 提出了一种基于有效宽度优化洗衣机设计的方法。(3) 出了幕墙清洁机器人的自爬式配置。 分析了配置的机械特性和设计原理。 机器人设计并应用于超椭圆结构，适用于国家大剧院的幕墙清洁。 模拟幕墙清洗作业。(4) 基于模糊故障树分析方法，建立了自爬式幕墙清洗机器人的故障树。 通过对机器人关键部件重要性的分析，提供了定性和定量分析手段，用于结构设计的可靠性。(5) 完成了自爬机器人抓握铰链结构的设计，实现了自爬式幕墙清洗机器人的表面运动功能。虽然本文研究了幕墙清洗机器人设计中的常见问题，大剧院的幕墙结构的复合体是通过攀登机器人的设计完成的。 然而，幕墙清洗机器人的研究仍处于初级阶段，许多关键技术还需要进一步研究