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《一種新型高樓清洗爬壁機器人的設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、研究與開發(fā)機機電工程技術(shù)電工程技術(shù)2010年第39卷第06期一種新型高樓清洗爬壁機器人的設(shè)計高九崗，吳神麗，李宏穆（成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動化工程學(xué)院，四川成都610059）摘要：設(shè)計出一種氣驅(qū)動、真空吸附、靈活移動的十字框架式清洗爬壁機器人。機器人本體上裝有清洗裝置和污水再回收系統(tǒng)使機器人實現(xiàn)自給供水，減輕負(fù)載重量。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。通過一種穩(wěn)定的PLC控制方案，使機器人具有自動和手動兩種操作方式，使其能更好地完成高層建筑壁面的清洗工作。關(guān)鍵詞：清洗爬壁機器人；氣動系統(tǒng)；真空吸附；PLC控制；UG仿真中圖分類號：TH1
2、2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009－9492(2010)06－0066－021引言隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展和人口的日益增加，為了節(jié)省土地資源，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)中，高層建筑的外觀越來越多地采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，沒有玻璃覆蓋的地方也多采用瓷磚覆蓋以增加建筑物的美感，但也衍生出繁重的幕墻清洗任務(wù)。如果采用傳統(tǒng)的靠升降臺或吊籃承載清潔工，雖簡單易行，但相當(dāng)危險。如果改用安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)將擦窗機對準(zhǔn)窗戶進(jìn)行自動擦洗，則前期設(shè)備投資較大，成本較高，且要求在建筑物設(shè)計之初就要考慮擦窗系統(tǒng)，因而限制了其他使用［1］。針對壁面作業(yè)的特
3、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)計出一種真空吸附、氣驅(qū)動、自主移動的清洗機器人。通過對機器人的設(shè)計，1．Y向氣缸2，4，11，14．Z向氣缸3，5，12，15．吸盤組使其在高層建筑壁面清洗工作中徹底解放工人的勞動力問6．電動機7．X向氣缸8，9．滾刷10，16．十字框架13．水箱題，在清洗壁面時適用性更強，效率更高，使服務(wù)型機器圖1清洗爬壁機器人三維實體模型人大批量進(jìn)入市場。2清洗爬壁機器人整體設(shè)計根據(jù)清洗爬壁機器人清洗作業(yè)的要求，機器人首先必代替人工進(jìn)行有效率的清洗工作，因此本課題采用機械力須具備清洗作業(yè)功能和控制功能，此外清洗爬壁機器人
4、還清洗作用方式，即沖洗、刷洗、刮洗聯(lián)合作用方式。高壓必須在高層建筑物表面進(jìn)行吸附和移動，因此清洗爬壁機水沖洗壁面，便于除去壁面上附著力較小的污垢并浸潤壁器人系統(tǒng)應(yīng)包括機器人清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三面；電機通過同步傳動齒形帶帶動滾刷旋轉(zhuǎn)，通過滾刷刷大部分。清洗爬壁機器人總體設(shè)計的三維實體模型如圖1洗，便于除去附著力較大的污垢。刮板可以刮凈和回收殘所示。留在壁面的液滴，通過污水管進(jìn)入污水箱［2］。整個清洗作3清洗爬壁機器人清洗系統(tǒng)設(shè)計業(yè)系統(tǒng)包括滾刷系統(tǒng)、噴水系統(tǒng)、水循環(huán)回收系統(tǒng)和潔面高層建筑壁面的污垢主要是大氣塵垢，清洗系統(tǒng)是清系統(tǒng)，清洗爬壁機器人的清洗系
5、統(tǒng)三維實體模型如圖2所洗爬壁機器人的重要組成部分之一，考慮清洗爬壁機器人示。收稿日期：2009－12－1566機機電工程技術(shù)電工程技術(shù)2010年第39卷第06期研究與開發(fā)建筑物壁面材料雖然多樣化，但大多數(shù)都為非導(dǎo)磁材料，如玻璃、瓷磚和涂料等，因此吸附方式采用真空吸附。單個吸盤雖然結(jié)構(gòu)簡單，容易控制，但是會降低機器人在移動過程中的越障能力和可靠性，而吸盤組結(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。十字框架結(jié)構(gòu)使機器人整體結(jié)構(gòu)緊湊，可以保證機器人的整體剛度，在移動吸附過程中，使機器人可以自由移動。1，4
6、．滾刷2．電動機3．同步齒形帶5．水箱圖2清洗爬壁機器人的清洗系統(tǒng)水是循環(huán)使用，有利于增加清洗爬壁機器人的效率，右側(cè)的滾刷用適量的循環(huán)水洗刷，對污垢進(jìn)行浸潤，左側(cè)的滾刷始終用清水進(jìn)行沖洗，可以去掉殘留的污垢，如圖3所示。1，2．十字框架3．X向氣缸4．Y向氣缸圖4機器人移動吸附系統(tǒng)三維模型主視圖5［3－4］清洗爬壁機器人控制系統(tǒng)設(shè)計控制系統(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、操作簡便，控制器PLC固定在機器人本體上，通過自動控制和手1，7．水泵2，6．污水
7、收集器3，4．滾刷5．負(fù)壓發(fā)生器8．粗濾網(wǎng)9．精濾網(wǎng)10．清洗液11．水箱動控制對機器人的整體進(jìn)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。其總體框圖如圖5圖3水循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)圖所示。4清洗爬壁機器人爬壁吸附系統(tǒng)設(shè)計機器人移動吸附系統(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，在機器人工作過程中攜帶機器人的清洗系統(tǒng)，吸附在建筑物壁面上，實現(xiàn)對建筑物壁面清洗的功能。機器人主體部分由可以相互平移的兩個呈十字型的框架構(gòu)成，其中任意一個框架可以相對另一個進(jìn)行平移，每個框架成組配備可獨立控制的腿足結(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
8、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
