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摘 要
近年來，隨著社會的發(fā)展，樓層越來越高，使用玻璃幕墻的樓房也越來越多，避免清洗時一個很重要的問題，傳統(tǒng)的方式多數(shù)為人工，或者是采用電纜從樓頂將機器人吊下，工作效率偏低，危險性高，于是清洗用爬壁機器人應(yīng)運而生，本文的任務(wù)就是設(shè)計一種能夠在壁面上吸附行走的清洗機器人。
本文在簡單介紹清洗機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于二維軟件CAD對四輪式風(fēng)壓吸附清洗機器人的本體機構(gòu)進行了設(shè)計，對一些關(guān)鍵部分進行了設(shè)計計算及校核計算，重點是爬壁機器人的移動結(jié)構(gòu)、吸附結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計計算。
本文設(shè)計的清洗機器人采用四輪式小車形狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單；采用風(fēng)壓吸附方式，利用螺旋槳對空氣的壓縮所產(chǎn)生的壓力將機器人壓在物體表面，避免了清晰機器人對壁面的局限，降低了控制難度；清洗機主要由伺服懸吊系統(tǒng)、清洗主機和由計算機控制系統(tǒng)組成；采用無人化清洗，自動清洗，自動供水，自動供清洗液，單片機系統(tǒng)控制，操作人員只需通過鍵盤即可操縱清洗機工作，而且在清洗過程中，清洗機能夠自動進行邊緣識別，可根據(jù)建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗；采用后輪驅(qū)動，一個電機驅(qū)動兩個后輪，后輪帶動前輪完成機器人的行走，使用直齒圓柱齒輪傳動裝置作為減速器；采用樓頂供電；機器人可以在水平面或者垂直表面直線行走。本機的清洗效率較高，清洗效果良好。
關(guān)鍵詞：清洗機器人；減速器設(shè)計；風(fēng)壓吸附；單片機控制；齒輪機構(gòu)；電機控制；刷洗；
Ⅰ
ABSTRACT
In recent years, with the development of society, more and more floors, with glass curtain wall building more and more to avoid cleaning a very important issue, most of the traditional way of artificial, or a cable from the top of the building will be used under the robotic crane, low efficiency, high-risk, then cleaned with a wall-climbing robot came into being, this task is to design a walk on the adsorption to the wall climbing robot for cleaning.
This paper briefly wall-climbing robot based on the research status, based on 2D software, CAD, four-wheel vacuum on wall-climbing robot body bodies were designed, carried out on some key satisfied with the design calculation and checking terms, focusing on the mobile climbing robot structure, adsorption structure and drive system design and calculation.
This designed wall-climbing robot car with four-wheel-type shape of the structure, simple structure;By pressure adsorption,robot using the pressure generated by the propeller on the compressed air pressure in the surface,avoiding the clear limitations of the robot on the wall,reducing the difficulty of control;Washing machine is suspended by a servo system, cleaning host and consists of computer control system;The cleaning of the unmanned, automatic cleaning, automatic water supply for automatic washing liquid, single chip control system, operating only through the keyboard to manipulate the work of the washing machine in the cleaning process, the washing machine to automatic edge recognition, according tothe building floor wash for vertical or horizontal wash;Rear-wheel drive, a motor to drive the two rear wheels, rear wheel drive the front wheels to complete the robot to walk, use of the spur gear transmission device as reducer;Roof supply; robot walk a straight line can be horizontal or vertical surface. The higher the cleaning efficiency of the machine a good cleaning effect.
Key words: Cleaning Robot；Reducer Design；Pressure Adsorption Mode；MCU Control；Gear mechanism；Motor control；Scrub；
Ⅱ
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論………………………………………………………………………………1
1.1 課題研究的目的和意義…………………………………………………………1
1.2 課題研究現(xiàn)狀及分析……………………………………………………………1
1.2.1 國外壁面清洗機器人研究現(xiàn)狀……………………………………………1
1.2.2 國內(nèi)壁面清洗機器人研究現(xiàn)狀……………………………………………2
1.3 高層建筑外墻清洗機發(fā)展趨勢…………………………………………………4
1.4 課題的研究設(shè)想…………………………………………………………………4
第2章 清洗機器人總體方案設(shè)計…………………………………………………5
2.1 對樓頂樓面的實際考察…………………………………………………………5
2.1.1樓面結(jié)構(gòu)考察……………………………………………………………5
2.1.2 樓頂?shù)膶嶋H考察……………………………………………………………5
2.2 清洗機器人的總體方案…………………………………………………………6
2.3 清洗機器人清洗系統(tǒng)方案………………………………………………………7
2.4 清洗機器人爬壁系統(tǒng)方案………………………………………………………8
2.5 清洗機器人控制系統(tǒng)方案………………………………………………………8
2.5.1設(shè)計的基本原則……………………………………………………………8
2.5.2可供選擇的設(shè)計方案………………………………………………………8
2.5.3方案的分析…………………………………………………………………8
2.6 其它部分方案……………………………………………………………………9
2.6.1材料選擇……………………………………………………………………9
2.6.2 輪的潤滑問題………………………………………………………………9
2.6.3 軸承的潤滑問題……………………………………………………………9
2.7 本章小結(jié)…………………………………………………………………………9
第3章 清洗機器人清洗系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………10
3.1 清洗機器刷洗部分設(shè)計…………………………………………………………10
3.1.1 盤刷設(shè)計……………………………………………………………………10
3.1.2 滾刷設(shè)計……………………………………………………………………11
3.1.3刷洗部分所用彈簧的設(shè)計…………………………………………………11
3.2 內(nèi)空心軸設(shè)計……………………………………………………………………12
3.3 清洗機主機滾輪的設(shè)計計算……………………………………………………13
3.4 主機上傳感器及行程開關(guān)的選擇………………………………………………13
3.5復(fù)合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………14
3.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………14
第4章 清洗機器人風(fēng)壓系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………15
4.1 采用風(fēng)壓的意義…………………………………………………………………15
4.2 基本原理…………………………………………………………………………15
4.3 氣動計算的原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求………………………………………………15
4.4 風(fēng)壓部分力學(xué)計算………………………………………………………………16
4.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………16
第5章 清洗機器人主要零件設(shè)計…………………………………………………18
5.1 直齒輪副的設(shè)計計算……………………………………………………………18
5.1.1 齒輪的設(shè)計計算及強度校核………………………………………………18
5.1.2 齒面接觸疲勞強度計算…………………………………………………20
5.1.3 齒根抗彎疲勞強度驗算……………………………………………………21
5.1.4 齒面靜強度計算……………………………………………………………22
5.1.5 齒根（抗彎）靜強度驗算…………………………………………………23
5.2 錐齒輪副的設(shè)計計算……………………………………………………………24
5.2.1 基礎(chǔ)尺寸確定……………………………………………………………24
5.2.2 確定載荷系數(shù)K…………………………………………………………25
5.2.3 齒面接觸疲勞強度計算…………………………………………………25
5.2.4 齒根抗彎疲勞強度計算…………………………………………………26
5.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………26
第6章 清洗機器人控制系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………28
6.1 控制部分的基本組成……………………………………………………………28
6.2 控制部分工作原理………………………………………………………………29
6.3 驅(qū)動部分工作原理………………………………………………………………30
6.4 控制軟件的實現(xiàn)…………………………………………………………………30
6.4.1 主機+POD組合……………………………………………………………30
6.4.2 雙平臺………………………………………………………………………31
6.5 軟件的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………31
6.5.1 軟件的主體結(jié)構(gòu)……………………………………………………………31
6.5.2 軟件功能模塊的劃分………………………………………………………31
6.6 控制系統(tǒng)軟件程序的實現(xiàn)………………………………………………………32
6.6.1 伺服懸吊系統(tǒng)部分………………………………………………………32
6.6.2 清洗機主機部分…………………………………………………………32
6.7 本章小結(jié)…………………………………………………………………………33
結(jié)論………………………………………………………………………………………34
參考文獻 ………………………………………………………………………………35
致謝………………………………………………………………………………………37
附錄………………………………………………………………………………………38