《蔡玉智毕业论》word版

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1、前言在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。在建筑业，由于玻璃的采光性好，保温防潮性能好，彩色玻璃实用美观，高层建筑的外壁越来越多地采用玻璃幕墙结构，但是为了保证建筑外观的整洁美丽，时间一长，就需要对壁面进行清洗，以美化市容市貌。许多开放性城市都规定，每年应对高楼清洗若干次。目前高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有两种，一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗，虽简便易行，但劳动强度大，工作效率又低，属于高空极限作业对人身安全及玻璃壁面都有很大的威胁性。另一种是用安装在楼顶的轨道及吊索系统将擦

2、窗机对准窗户进行自动擦洗。这种方式初次投资成本较高(高达数百万元)，而且要求在建筑物设计之初就要考虑擦窗系统，因而限制了其使用，因此急需一种能代替人而又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作，而且玻璃幕墙一般面积较大，大多处于几十米甚至上百米的高处，且周围无可攀援的支架，这就使得玻璃幕墙的清洗成为一项繁重、危险、耗资的工作。如果用人去清洗，不仅花费高，而且安全难以保证。特别是目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。高层建筑清洗机器人正是在这种背景下应运而生。它的出现将极大

3、降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产效率，也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效益、经济效益。因此，国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。25I第1章擦玻璃机器人系统设计1.1、擦玻璃机器人系统方案擦玻璃机系统由爬行机构、气动真空模块、机体和擦玻璃模块有机构成。爬行机构可以模仿四足动物的爬行动作；气动真空模块可使吸盘产生足够吸附力，使机器人吸附在玻璃上；擦玻璃模块可实现擦玻璃动作，并且可以自动喷水。图1-1擦玻璃机器人系统方案1.2、气动真空模块方案气动真空子系统，由空气压缩机、真空器、吸盘及控制元件组成。由

4、PLC对控制元件进行控制，使吸盘能够交替工作，产生真空，保证机器人不摔落。图1-2气动真空模块方案1.3、爬行机构方案25I爬行机构由四杆机构组成，在单一气缸的驱动下实现机器人“四肢”爬行动作，动作灵活，无卡死。图1-3爬行机构方案1.4、擦玻璃模块方案擦玻璃模块在单一直流电机的驱动下，实现旋转运动，在玻璃上擦拭，并且可实现正反转，保证擦拭干净，在玻璃上的压力可调。第2章行走模块设计25I2.1、真空系统设计：真空系统我们采用规格为妙德（台湾高仿），PFYS-60-10-N，附6mm快速插头的真空吸盘，然后利用换向阀的换气功能，通过气压泵

5、，真空器，pLC等控制装置进行控制，使其产生真空，以达到理想效果。下图是真空系统的设计简图：图2-1真空系统（1）真空时：当Y7得电时，二位五通换向阀右边得电，气源通气使得吸盘吸住产生真空。（2）不真空时：当Y10得电时，二位五通换向阀左边得电，气源通气使直接回到气源回路，不产生真空。2.2、行走系统的设计：行走系统采用简单的四杆机构组成，然后再由单一气缸的推动下使“四肢”向前，向后行走及转弯。以下是四杆机构的简图及运动情况。25I图2-2行走系统（1）爬行运动：在爬行过程中,对角2个吸盘A、B吸紧玻璃固定,吸盘C、D松开,连杆1在力F的

6、作用下向右平移,从而带动连杆2、3向上摆动,实现一步向上爬行。同理,在下一步,对角2个吸盘C、D吸紧玻璃固定,吸盘A、B松开,连杆1在活塞推力的作用下向左平移,从而带动连杆2、3向上摆动。如此往复运动实现爬行功能（2）转弯运动:在转弯过程中,A、C这2个吸盘固定,B、D2个吸盘松开,连杆1向左平移,推动连杆3向右摆,从而实现机构向左转弯。向右转弯则采用反向操作。2.3、机构力学分析及结构参数选取方法如下：(1)受力分析：由图A所以机构，根据力矩平衡可得：F（L1+L2)=Gh，h=1/2LacCos∮其中F------活塞杆推力25IL1

7、.L2------吸盘A.C中心到连杆1之间的距离G-------整机重量h-------重力作用线到吸盘A中心的距离（近似认为整个机构在运动过程中重力作用线始终竖直通过连杆2的中点）Lac------连杆2的长度∮------连杆2运动时与水平线所成的夹角为了在保证强度的前提下使机构质量尽量轻，采用铝作为机构的材料,设整个机构质量为X克，故而G=X克，去摆脚∮在±15º之间，取L1+L2=117mm，Lac=180mm，带入公式（1）克求的F，再去安全系数n=1.5，故而也能求出推动连杆所需要的力。第3章机器人控制原理25I上墙：当按下

8、X1时，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。下墙：当按下X2时，Y2、Y4、Y6、Y10、Y13、Y14同时得电，左上脚