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《新型高樓清洗爬壁機器人的研究與設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、成都理工大學碩士學位論文新型高樓清洗爬壁機器人的研究與設(shè)計姓名：吳神麗申請學位級別：碩士專業(yè)：測試計量技術(shù)及儀器指導教師：李宏穆20090501摘要新型高樓清洗爬壁機器人的研究與設(shè)計作者簡介：吳神麗，女，1984年4月生，師從成都理工大學李宏穆副教授，2009年6月畢業(yè)于成都理工大學測試計量技術(shù)及儀器專業(yè)，獲得工學碩士學位。摘要在機器人領(lǐng)域中，隨著工業(yè)化的發(fā)展，信息化的到來，城市里高樓林立，為城市帶來新的風景線，從而也衍生出繁重的清洗任務(wù)。高層建筑物壁面的清洗大部分由工人完成，不僅效率低，而且工作環(huán)境惡劣易發(fā)生事故。高層建筑
2、清洗爬壁機器人正是在這種背景下應(yīng)用而生，它屬于移動式服務(wù)機器人的一種，可在垂直壁面及屋頂移動進行物體表面的清洗。對高層建筑爬壁清洗機器人的不斷研究，會實現(xiàn)清洗作業(yè)的自動化，同時通過更換周邊設(shè)備可適應(yīng)其他的操作任務(wù)，其主要壁面移動機器人載體可以深入應(yīng)用到核工業(yè)、石化、消防、造船等行業(yè)。國內(nèi)國外對高樓爬壁清洗機器人的研究已有幾十年的歷史，研制出各種各樣的清洗爬壁機器人，但總體來看，仍然存在一些問題。本文針對壁面作業(yè)的特殊情況，在國內(nèi)外壁面自主移動機器人研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種氣驅(qū)動、真空吸附、靈活移動的框架式清洗爬壁機器人，使其
3、在高層建筑壁面清洗工作中徹底解放工人的勞動力，成為建筑清洗行業(yè)的主力軍。機器人本體上裝有清洗裝置，按規(guī)劃的工作路徑進行清洗。高層建筑壁面的污垢主要是大氣塵垢，清洗系統(tǒng)是清洗爬壁機器人的重要組成部分之一，考慮機器人的作業(yè)環(huán)境、清洗效率和環(huán)保的要求，整個清洗作業(yè)系統(tǒng)包括滾刷系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、水循環(huán)回收系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、潔面系統(tǒng)，采用沖洗、刷洗、刮洗聯(lián)合作用的清洗作業(yè)方式。刮板可以刮凈和回收殘留在壁面的液滴，通過污水管進入污水箱。污水的回收和再利用使機器人實現(xiàn)自給供水，有利于增加清洗機器人的效率，而且可以減輕清洗機器人的負載重量。
4、機器人爬壁系統(tǒng)是清洗爬壁機器人的核心部分，由移動系統(tǒng)和吸附系統(tǒng)組成。移動吸附系統(tǒng)設(shè)計了十字框架結(jié)構(gòu)和真空吸附方案，使機器人靈活移動，避障能力強。機器人主體部分由可以相互平移的兩個呈十字型框架構(gòu)成，其中任意一個框架可以相對另一個進行平移，每個框架成組配置可獨立控制腿足結(jié)構(gòu)。腿足結(jié)構(gòu)具有一個主動直動關(guān)節(jié)。隨著腿部的交替吸附和框架主體的相對運動，機器人實現(xiàn)壁面自由移動的功能。驅(qū)動方式由X方向和Y方向兩個相互垂直的機構(gòu)組成，分別選用一個雙作用無桿氣缸，安置在中間的安裝箱內(nèi)。移動系統(tǒng)的十字交叉結(jié)構(gòu)主要采用鏤空的高強度鋁合金材質(zhì)加工成的
5、板狀I(lǐng)成都理工大學碩士學位論文結(jié)構(gòu)，既提高機器人整體的剛度，又避免增加機器人的重量。Z向四個氣缸實現(xiàn)吸盤組的抬起和落下動作。框架式結(jié)構(gòu)主要依賴于本體自由度與腿足自由度的結(jié)構(gòu)，各部分結(jié)構(gòu)簡單，滿足靈活性和機動性的要求。吸附系統(tǒng)根據(jù)機器人工作的現(xiàn)場實際，采用真空吸附、氣體驅(qū)動的吸盤組結(jié)構(gòu)，有效地滿足負載能力、速度、越障，研制一種運行可靠的壁面移動機構(gòu)，使系統(tǒng)簡單、可靠、操作方便。真空吸盤組采用正三角排列和使用氣動的驅(qū)動方式。吸盤組結(jié)構(gòu)形式有利于利用吸盤的彈性變形，提高越障能力，保證吸盤與壁面的吸附，提高機器人工作的安全性和可靠性
6、。本文對元器件的選型主要選用德國Festo公司的真空元件，對真空元件和氣動元件進行優(yōu)化組合，使參數(shù)設(shè)計合理和模塊化程度高，滿足機器人本體的設(shè)計要求。通過計算確定吸盤的直徑、數(shù)量，合理安排吸盤布局，考慮系統(tǒng)的負載和用氣量,選擇合適的氣缸，繪制出氣路圖。對機器人作業(yè)中的具體路徑進行了規(guī)劃。為了提高機器人的清洗效率，進行路徑規(guī)劃時要求整個過程中動作最少，單位清洗面積最大，保證機器人的主運動方向與路徑的規(guī)劃方向相同。避免建筑物壁面二次污染，因此將機器人運動路徑設(shè)計為自上而下。由于機器人可以對窗框一類的障礙進行越障，因此使路徑規(guī)劃簡化
7、不少?？刂葡到y(tǒng)是清洗爬壁機器人的關(guān)鍵部分，采用西門子公司的S7-300PLC完成對機器人主體的吸盤脫離、本體移動、吸盤吸附和清洗的順序控制。為了控制方便、操作簡單，控制器PLC固定在機器人本體上，通過自動控制和手動控制對機器人的整體進行控制，故障診斷和綜合管理，實現(xiàn)機器人各部分的協(xié)調(diào)工作和配合。通過UG三維軟件對所設(shè)計的機器人建立三維實體模型和動畫模型，對主體機構(gòu)進行運動仿真，對其進行有限元分析和機構(gòu)分析，得出仿真結(jié)果。通過觀察和分析仿真結(jié)果，驗證各運動部件之間無干涉發(fā)生，運行平穩(wěn)，證明了系統(tǒng)設(shè)計和運動的可行性。本文分別對清
8、洗爬壁機器人的主體機構(gòu)進行有限元分析和機構(gòu)分析，并對主要機構(gòu)桿件運動的位移、加速度和時間的關(guān)系進行分析，實現(xiàn)對機器人性能的有效分析和控制。本文對清洗作業(yè)整個系統(tǒng)設(shè)計的污水回收系統(tǒng)和清洗滾刷系統(tǒng)使清洗爬壁機器人工作效率更高且可以有效的減輕機器人自身的重量；在清洗爬壁機器人的吸附結(jié)構(gòu)上設(shè)計一種
