一種高樓玻璃幕墻清洗機設(shè)計含8張CAD圖
一種高樓玻璃幕墻清洗機設(shè)計含8張CAD圖,一種,高樓,玻璃,幕墻,清洗,設(shè)計,cad
一種高樓玻璃幕墻清洗機設(shè)計
摘 要
隨著中國制造2025即將到來，自動化作業(yè)是所有機器的趨勢。本論文設(shè)計的清洗機，可實現(xiàn)無人操作工作，能夠自動實現(xiàn)清洗，供水，提供清洗液等自動化功能。本清洗機的控制單元采用單片機控制，控制可靠性高，工作人員只需要通過鍵盤就能操作其工作，而且清洗機在工作過程中還具有自動邊緣識別、自動規(guī)劃清洗路徑的功能。
設(shè)計過程中通過認(rèn)真分析現(xiàn)代高樓玻璃幕墻對清洗技術(shù)提出的要求，構(gòu)想出多套設(shè)計方案，通過對各套設(shè)計方案的多角度相比，最為恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計方案。設(shè)計之時，要完全注意設(shè)備清洗之時的效率、工作安全性，既要保證快速高效率的完成作業(yè)，也要保證安全第一。設(shè)計中通過零件材料的選擇、關(guān)鍵零件的分析設(shè)計與機構(gòu)優(yōu)化、控制系統(tǒng)的嚴(yán)格仿真、以及整套圖紙的嚴(yán)格設(shè)計，使裝備達(dá)到所需設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：自動化；控制；高樓玻璃幕墻；清洗；設(shè)計方案
Abstract
With the coming of Made in China 2025, automation is the trend for all machines.The cleaning machine designed in this paper can achieve unattended cleaning, with automatic cleaning, automatic water supply, automatic cleaning liquid supply and other automatic functions.The control unit of the cleaning machine is controlled by single-chip computer with high control reliability. The worker can operate the cleaning machine only by means of keyboard. In addition, the cleaning machine also has the functions of automatic edge recognition and automatic planning of cleaning path.
During the design process, through careful analysis of the requirements of modern high-rise glass curtain wall on cleaning technology, several sets of design schemes are conceived, and reasonable design schemes are selected by comparing the various design schemes.During the design process, the cleaning efficiency and work safety of the cleaning machine should be fully considered, which not only ensures the quick and efficient completion of work, but also ensures the safety first.In the design, the equipment meets the required design requirements through the selection of parts and materials, analysis and design of key parts and mechanism optimization, strict simulation of control system and strict design of the whole set of drawings.
Key words: automation; control; high-rise glass curtain wall; cleaning; design scheme
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1選題背景及意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.1國外研究現(xiàn)狀 1
1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 2
1.3發(fā)展趨勢 3
2 總體方案設(shè)計 3
2.1方案分析 3
2.2方案的確定 4
2.3總體設(shè)計 5
2.3.1總體方案內(nèi)容 5
2.3.2材料選擇 5
2.3.3齒輪的潤滑問題 6
2.3.4軸承的潤滑問題 6
3主要零部件的設(shè)計 6
3.1傳動系統(tǒng)設(shè)計 6
3.1.1圓柱齒輪副的設(shè)計 6
3.1.2圓錐齒輪副的設(shè)計 12
3.2清洗機構(gòu)設(shè)計 15
3.2.1 盤刷設(shè)計 15
3.2.2 電機的選擇 16
3.2.3 噴水機構(gòu)設(shè)計 17
3.2.4 刮凈器設(shè)計 17
3.3污水循環(huán)機構(gòu) 18
3.3.1 工作原理 18
3.3.2 污水收集器 18
3.3.3 水箱 18
3.3.4 水泵選型 19
3.3.5 過濾器選型 19
3.4主框架設(shè)計 19
3.4.1 材料的選擇 19
3.4.2 外形結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
3.5壓緊機構(gòu)設(shè)計 20
3.5.1風(fēng)壓機構(gòu)設(shè)計 20
3.5.2貼緊力計算 22
3.6行走機構(gòu) 23
3.6.1支撐輪 23
3.6.2支撐輪軸 23
4 控制系統(tǒng)設(shè)計 26
4.1 控制部分的基本組成 26
4.2 控制部分工作原理 27
4.3 軟件的結(jié)構(gòu) 27
4.4 控制系統(tǒng)軟件程序的實現(xiàn) 28
總 結(jié) 31
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
III
1 緒論
1.1選題背景及意義
從人工智能角度分析，玻璃清洗機是擁有自動清洗功能的壁面移動機器人，是可以在玻璃表面任意角度的玻璃表面作業(yè)的特種機器人【1】。因為它可以在高空危險的極限環(huán)境下自動作業(yè)，因此近年來逐漸受到人們的關(guān)注。
隨著買樓熱的興起，越來越多的人住進(jìn)了樓房，而且住的越來高，這就引起擦玻璃難的問題。在智能機器人快速發(fā)展的今天，當(dāng)前具有自動智能清潔功能的機器人便成為研究的重點之一。智能清潔機器人在國外發(fā)展迅速，在許多高危險環(huán)境下隨處可見它的身影。
不管是國內(nèi)還是國外，玻璃的清潔方式主要有兩種方式，一種是使用機器人清洗，另一種是采用傳統(tǒng)的人工清洗。在國外，由于自動化水平較高，主要采用智能機器人來清洗玻璃，但是機器人價格過于昂貴，速度相對較低，效果較差。在國內(nèi)玻璃的的清洗主要還是依靠人工完成，但由于實在高層的室外工作，危險系數(shù)較高，受外界客觀環(huán)境影響也較大，效率就更低了，因此耗費的成本大大增加。
綜合上述考慮，本課題參考國內(nèi)外清潔機器人的發(fā)展趨勢，綜合考慮高樓玻璃墻的結(jié)構(gòu)特點以及國內(nèi)外對玻璃墻壁的清洗規(guī)定，設(shè)計了這款機器人產(chǎn)品，使高樓玻璃墻的清洗能實現(xiàn)自動智能，以改變我國在這方面的落后局面，提高清洗的安全性、高速度、高效率、低成本等問題。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國外研究現(xiàn)狀
日本的機器人在全世界處于前列，尤其對智能機器人的研究實力雄厚，是值 我國學(xué)習(xí)的。下圖所示為日本某公司開發(fā)的多用途壁面機器人，該機器人自重100kg，還可以承載150kg，機器人的車輪采用磁性材料設(shè)計而成，可以采用磁吸的方式吸掛在墻上，因此可以直接越過坑洼不平的墻面以及其他墻上的不明障礙物，是其可以用于許多復(fù)雜環(huán)境，如橋墩底部、玻璃幕墻的清洗與檢修工作。
圖1.1 多用途壁面機器人［1］ 圖1.2 雙車體機器人［2］
上圖所示為雙車體機器人，也是由日本研制，吸附方式采用負(fù)壓吸盤，在工作過程中吸盤與壁面之間雖然有滑動，但密封性能較好，利用大氣壓強和吸盤內(nèi)部的壓力差是其吸附在墻壁上，保證其不會滑下，再借助四個高摩擦系數(shù)的輪子在墻壁上行走。吸盤和四輪協(xié)調(diào)工作，通過改變輪子的正反轉(zhuǎn)來控制機器人的行走方向，通過改變左右輪子的速度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，而且機器人四輪均為獨立控制【2】，這就是其工作時靈活輕松的完成工作。
1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
在國內(nèi)，清潔機器人起步較晚，但也有了一定的發(fā)展。圖1.3中即為中國科研人員研發(fā)的清洗機器人，主要是打掃國家大劇院玻璃幕墻，下圖為工作場景，以及機構(gòu)組成，這個機器人總長約3m, 高0.5m，寬1m,機身主體采用鋁型材，這樣不僅可以保證機身的高強度，而且還可以減輕重量。在工作中借助建筑物的滑動導(dǎo)桿為中介進(jìn)行工作，避免了其行走機構(gòu)的設(shè)計工作以及直接抓取值 行走對建筑物帶來的破環(huán)。
圖1.3 北航清潔機器人［3］
1.3發(fā)展趨勢
綜合清洗工作的環(huán)境及特點，這就對清洗爬壁機器人提出了非常高的要求?？偨Y(jié)的設(shè)計原則如下：低重量、低成本、高安全、高效率、適應(yīng)性強。
綜合清洗機的工作環(huán)境，主機發(fā)展趨勢如下：
（1）能夠清洗瓷磚還有玻璃材質(zhì)的幕墻，構(gòu)造務(wù)必簡單，控制之時便利。
（2）即是再過復(fù)雜的墻面依舊配用，比方說階梯式的墻面適、多場景，這個結(jié)構(gòu)及工作和控制就很復(fù)雜。
（3）能夠較好的匹配別的壁面機器人，當(dāng)設(shè)計專業(yè)化的清洗裝置，處于不同的場景依舊可開展工作。
2 總體方案設(shè)計
2.1方案分析
注意設(shè)備的工作環(huán)境及特點，行走機構(gòu)通過電機驅(qū)動實現(xiàn)行走運動，清洗機構(gòu)通過水泵把清洗液從水箱抽出實現(xiàn)清洗，樓頂行走借助外鋪設(shè)導(dǎo)軌，使其沿導(dǎo)軌行走【3】。確定的設(shè)計方案如下：
（1）方案一：結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1
圖2-1
此方案采用負(fù)壓履帶吸盤結(jié)合在一起向前行走，因為墻面材質(zhì)對其有影響，很多瓷磚會貼于墻上，加上兩塊瓷磚中間有4~5mm的間隙，導(dǎo)致密封比較差，無法使洗盤實現(xiàn)負(fù)壓，無法保證正常行走【4】。
（2）方案二：結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-2
圖2-2
此道方案的壓緊為風(fēng)壓式，清洗將盤滾組合在一起，效率相當(dāng)高，可靠性也很強，便于使用。因為處于傳動部分的中間，這就造成機構(gòu)不對稱，,風(fēng)扇以及刷子中心無法匹敵，清洗之時壓力并不勻稱，導(dǎo)致會有振動產(chǎn)生，大大降低了工作的可靠性及機器壽命，但可以通過采用配中增加穩(wěn)定性來改善。
（3）方案三：結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-3
圖2-3
此方案設(shè)計使風(fēng)扇和兩盤刷的中心同軸線，這就可以使盤刷前后壓力相同，可以大大提高清潔的效率，在清水箱還有污水箱的組合下，污水循環(huán)裝置就誕生，可再次使用污水，可以減少污染，節(jié)約水源。設(shè)備行走通過四輪實現(xiàn)，在風(fēng)扇的反力作用下實現(xiàn)增壓，因為X\Y面上會有四個支撐輪，鑒于此，出現(xiàn)倒梯形，可以大大提高機器工作的平穩(wěn)性。
2.2方案的確定
通過分析對比上述三種方案，方案一不能保證正常行走，容易打滑。方案二結(jié)構(gòu)不對稱，穩(wěn)定性差。方案三可以保證正常行走，且穩(wěn)定、高效，還能循環(huán)利用，故選擇第三個方案。
此道方案中將風(fēng)扇，以及兩個盤刷的中心線設(shè)計為同一個，如此作用于盤刷之上的力，前后完全一樣，能夠很好的保證機器貼緊壁面，而且支撐點比較多，可以穩(wěn)定高效完成工作；具有污水循環(huán)系統(tǒng)對污水循環(huán)利用，可以節(jié)約水資源，節(jié)約材料成本；尤為突出的使此機器機構(gòu)簡單，控制簡單，沒有太過繁瑣的電氣控制電路，使用遙控開關(guān)能夠?qū)ζ浒芽兀冒存I來實現(xiàn)升降的把控。
2.3總體設(shè)計
2.3.1總體方案內(nèi)容
此款設(shè)備涵蓋箱體、支撐架、防護(hù)罩、刷子、電機等。
此款方案中，螺旋槳分壓系統(tǒng)會出現(xiàn)一個風(fēng)壓，如此處于墻面之上的設(shè)備可牢牢吸住，不會掉落，壓緊盤刷還有滾刷，如此會有刷洗壓力出現(xiàn)。刷洗之時，在電機的作用下，刷子跟著轉(zhuǎn)動。刷子轉(zhuǎn)動之后，會留下包絡(luò)線的印記，確保墻面的整潔。另外滾刷還能噴清水，把墻上的清洗液沖洗干凈以保證墻面的清潔，壁面對墻面會導(dǎo)致?lián)p壞。為了讓設(shè)備自重更輕一些，擁有更高的效率，行動之時相互協(xié)調(diào)，盤刷還有滾刷的驅(qū)動使用同一個，設(shè)備上使用兩個盤，兩個刷，清洗之時速度相當(dāng)之快，避免了二次清洗，提高了工作效率【5】。
2.3.2材料選擇
一個機器的材料選取值 ，是保證機器能否具有正常壽命且正常作業(yè)的前提。通過分析清洗機工作環(huán)境和課題要求，清洗機在能保證正常工作的前提下越輕越好，而且清潔的清洗液必然存在腐蝕，工作流程中不會有太大的作用力，所以設(shè)備原料就用鋁合金或者非金屬。
傳動部分，齒輪的原料經(jīng)過層層選擇，再開展較多比較，最終確定為聚甲醛（均聚），覽于設(shè)計有助的機械生產(chǎn)工藝人員手冊，書中p.244。使用硬質(zhì)合金LY11加工傳動軸，使用PA66加工螺旋槳，此款材質(zhì)較新【6】。機架的話，原料當(dāng)用較輕的鋁合金，別的零部件材質(zhì)的選擇按照在能保證使用要求的前提下重量最輕的原則選取值 。
2.3.3齒輪的潤滑問題
使用有機聚甲醛加工齒輪，覽于設(shè)計有助的機械工程手冊，其中的2-369，其沒有金屬材料齒輪的點蝕等失效形式，工作之時盡量不要潤滑，此處不需在意如何開展?jié)櫥?
2.3.4軸承的潤滑問題
太空心軸部分轉(zhuǎn)動相當(dāng)之慢，在400r/min,要注意轉(zhuǎn)動速度還有軸承如何布局，如何密封，以脂對其實施潤滑，所用潤滑脂為鈣機。
3主要零部件的設(shè)計
3.1傳動系統(tǒng)設(shè)計
3.1.1圓柱齒輪副的設(shè)計
（1）設(shè)計齒輪，求算數(shù)值并予以校核
電機的傳動，所用當(dāng)為閉式支持圓柱齒輪，它功率的額定值，小齒輪轉(zhuǎn)動后，其之速度，傳動比，能夠?qū)崿F(xiàn)的誤差處于，每年按200天計，額定壽命為5年。在工作過程中存在輕微振動沖擊，齒輪布置方式采用對稱布置。
1）齒輪原料以及最初的技術(shù)數(shù)據(jù)
小齒輪：當(dāng)用加工小齒輪，對其調(diào)制后，其之齒面硬度可實現(xiàn)。
大齒輪：當(dāng)用45鋼作為原料，對其調(diào)制后，其之齒面硬度可在。
2）齒數(shù)
小齒輪而言：。
大齒輪而言：
小齒輪與大齒輪齒數(shù)應(yīng)互質(zhì)，圓整為
3) 齒數(shù)比
對傳動比之偏差予以驗算
，于設(shè)計不存在問題。
4）齒寬系數(shù)d、傳動之時精度級別，從表中翻閱，取值 有齒寬系數(shù)d=0.275
對小齒輪直徑初步估算d=80mm，
取值 齒輪之寬 b=d×d=0.275×80mm=22mm
求算圓周方向上，齒輪的速度：
v=,
覽表中數(shù)據(jù)，取值 有精度當(dāng)為七級,
5）對小齒輪，求算其轉(zhuǎn)矩T
T=9.55×10
=9.55×10×N·mm=9.55×10 N·mm
6）重合度系數(shù)z、Y。
遵照等式，彼有=1.88-3.2×(1/ z±1/ z)
重合度=1.88-3.2×（1/32+1/129）=1.755
依據(jù)各自的等式開展求算
z===0.865
Y=0.25+
7）齒輪載荷系數(shù)K、K
①使用系數(shù)K
遵從此前所曉事項，覽表并展開查閱，取值有K=1.35
②動載系數(shù)K
據(jù)圖中觀察，取值有，K=1.14
③齒向載荷分布系數(shù)K,
據(jù)圖中觀察，取值有K=1.29
④齒間載荷分配系數(shù)K、K 遵從關(guān)系式
據(jù)圖中觀察，取值有：
K=1/ z=1/0.865=1.34
K=1/ Y=1/0.677=1.48
⑤載荷系數(shù)K 、K 展開求算等式如下
K= K K K K=1.35×1.14×1.29×1.34=2.66
K= K K/ K=2.66×1.48/1.34=2.94
（2）齒面接觸疲勞強度
1）許用應(yīng)力〔〕
①所有的工作時長：t=8×200×5=8000h
②應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、N其之?dāng)?shù)據(jù)可覽閱所依據(jù)之表中找出，亦可由等式求算：
N=60=60×1×1500×8000=7.2×10
N=
③壽命系數(shù)、
覽閱圖紙4-17取值 =1 =1
④接觸疲勞極限 ：
覽閱圖紙4-13取值 =630MPa，=490MPa
⑤安全系數(shù)S：S=1
覽閱所依據(jù)之表4-13，取值
⑥許用應(yīng)力〔〕、〔〕：：
通過關(guān)系式（4-15）
〔〕=
〔〕=
2）彈性系數(shù)Z：
覽閱所依據(jù)之表4-11，取值 Z=190
3）節(jié)點區(qū)域系數(shù)Z：
覽閱圖紙4-12，取值 Z=2.5
4）對滿足設(shè)計的小齒輪直徑予以求算d通過關(guān)系式（4-11）
d≥=
符合初估數(shù)值
5）中心距、模數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)的求算
①中心距a
初步將中心距求算出
通過圓整數(shù)據(jù)，取值 中心距a=200mm
②模數(shù)m
依據(jù)中心距之?dāng)?shù)據(jù)a還有初步所確定的齒數(shù)z、z
m=
遵從標(biāo)準(zhǔn)，取值 m=2.5mm
③分度圓直徑d、d
d=m z=2.5×32=80mm
d=m z=2.5×129=322.5mm 取為d=320mm
④齒輪之寬
取值 若為大齒輪，其之寬b=b=22mm,若為小齒輪，其之寬b=32mm
（3）驗算齒根的抗彎疲勞強度
1）許用彎曲應(yīng)力
①應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N N通過之前的等式求出
N=7.2×10 N=1.79×10
②壽命系數(shù)Y、Y 取Y= Y=1
③極限應(yīng)力、
覽閱圖紙4-21取值 ：=220MPa =170MPa
④尺寸系數(shù)Y 覽閱圖紙4-26，取值 Y=1
⑤安全系數(shù)S 覽閱所依據(jù)之表4-13，取值 S=1.5
⑥許用應(yīng)力、通過關(guān)系式（4-20），許用彎曲應(yīng)力
=
=
2）齒形系數(shù)、
覽閱圖紙4-19，取值 ：=2.5
=2.15
3）應(yīng)力修正系數(shù)、
覽閱圖紙4-20，取值 ：=1.63
=1.82
4）對齒根部分，其之彎曲疲勞強度開展校核通過關(guān)系式（4-17），齒根彎曲應(yīng)力
此部分于設(shè)計完全不存在問題。
（4）齒面靜強度計算
1）許用接觸應(yīng)力：
覽閱所依據(jù)之表4-13，取值 靜強度安全系數(shù)1.1
覽閱圖紙4-17，取值 壽命系數(shù)
此后通過關(guān)系式（4-21），許用接觸應(yīng)力（大齒輪稍小些）
=
2）對齒輪面的靜強度予以校核
遵從過載之要求，通過關(guān)系式（4-21），作為齒面，其之接觸應(yīng)力最大值
于設(shè)計，此數(shù)據(jù)并無問題存在。
（5）齒根（抗彎）靜強度驗算
1）許用彎曲應(yīng)力
覽閱所依據(jù)之表4-13，取值 靜強度安全系數(shù)
覽閱圖紙4-25，取值 壽命系數(shù)
此后通過關(guān)系式（4-22），許用彎曲應(yīng)力
686.7MPa
2）將得出彎曲應(yīng)力的最大值算出，并對強度開展校核
通過關(guān)系式（4-22），得出彎曲應(yīng)力的最大值
靜強度滿足要求。
3.1.2圓錐齒輪副的設(shè)計
覽閱于設(shè)計有助的第二版機械設(shè)計手冊，其中的2-369，用聚甲醛作為圓錐齒輪的原料，覽閱于設(shè)計有助的機械設(shè)計手冊，其中的第6卷。
（1）基礎(chǔ)規(guī)格
作用于小錐齒輪之上的轉(zhuǎn)矩T=106.4,覽閱圖紙、，將小齒輪較大一端分度圓直徑予以確定，取值 大端模數(shù)。
可得出齒數(shù)：
mm
軸與軸之間的角度分錐角
外部的錐劇：
齒寬系數(shù)取值 0.3，那么齒輪之寬：取值 b=24mm
齒頂部分的高度：
齒根部分的高度：
齒輪的高度：
較大一端，齒頂圓之直徑：
=66.45mm
=
=151mm
位于齒根的角度：
位于齒頂?shù)慕嵌龋?
位于頂錐的角度：
位于根錐的角度：
冠頂距：
=
=73.5mm
=
=28.5mm
對傳動精度級別予以確定
首先求算切線速度的平均值Vmt=π×d×n/(60×1000)=3.3m/s
覽閱于設(shè)計有助的機械設(shè)計手冊，其中的pg159 表4-5，傳動級別是8級
載荷系數(shù)K:
①使用系數(shù)KA,根據(jù)此前已得曉的事項，覽閱表格4-9，取值
②動載荷系數(shù)KV,覽閱圖紙4-6，取值
③齒向載荷分布系數(shù)Kβ,注意懸臂為小錐齒輪的，取值
④載荷系數(shù)
（2）齒面接觸疲勞強度計算
1）許用應(yīng)力[σH]
①壽命系數(shù), 根據(jù)此前已得曉的事項取值
②安全系數(shù)SH,覽閱所依據(jù)之表4-13，取值
③接觸疲勞極限
④
2）彈性系數(shù)ZE=56.4
3）節(jié)點區(qū)域系數(shù)
4）對于小齒輪而言，其之需要大端分度圓直徑d1,通過關(guān)系式（4-44）
d1=
=37mm
5）對速度Vmt開展驗算
平均直徑：
平均線速度：
6）模數(shù)m:
m=d1/z1=2.5
（3）求出齒根部分的抗彎疲勞強度
1）許用彎曲應(yīng)力
各項系數(shù)：
壽命系數(shù)
安全系數(shù)
尺寸系數(shù)
極限應(yīng)力
許用彎曲應(yīng)力
2）齒形系數(shù)
分錐角
當(dāng)量齒數(shù):
Z=Z2/COSσ2=59.6
覽閱圖紙4-19，取值 ,
應(yīng)力修正系數(shù)
覽閱圖紙4-20 取值 ，
對齒根抗彎疲勞強度開展校核時，通過關(guān)系式4-46
=YSa1/{ΨR(1-0.5ΨR)2Z12M3}
=39.6Mpa
3.2清洗機構(gòu)設(shè)計
3.2.1 盤刷設(shè)計
（1）盤刷
將塑料毛粘在塑料盤之上就成為盤刷，如此設(shè)計的盤刷，不光具備較好的彈性，且剛度也非常不錯，可以保證盤刷與墻壁之間的壓緊力，進(jìn)而保證清洗墻面的清潔。當(dāng)墻面凹凸不平時，因為塑料毛有一定的彈性，確保盤刷都能夠從此處過。刷子半精214，帶有毛的刷子，半徑208，刷毛部分長50，在螺栓的作用下，盤刷連接聯(lián)刷體【7】。
（2）聯(lián)刷體
為何使用聯(lián)刷體：
1） 對電機和盤刷實行連接
2）確保盤刷能夠更換，便于在盤刷壞后進(jìn)行更換；
3）通過不同的墻面時，能夠控制盤刷和墻面相距多遠(yuǎn)；
聯(lián)刷體不光要確保連接點的強度，質(zhì)量還不能大，圖5-1中為此構(gòu)造：
圖3-1 盤刷結(jié)構(gòu)圖
（3）盤刷的工藝性
遵照所查閱的材料：在制毛器的作用下讓盤刷裝上刷毛，工作流程為：
用注塑模首先加工出盤刷課題，一旦注塑加工結(jié)束，殼體溫度并未降低，塑料還沒有變硬，此時以機械方式種植刷毛。詳細(xì)的操作流程：折彎一撮需要種植的刷毛，此后安裝一個韌性卡子在根部，在殼體還沒有硬化之時，使用植毛機將毛全部種植到殼體之上，將卡子裝上去，當(dāng)殼體凝固，便能很好的固定刷毛。
通過上面的原理敘述，刷毛如此植入之時需符合：
毛孔直徑：
間距：
孔深：
每孔刷毛密度：五根
3.2.2 電機的選擇
電機的重量對一臺機器來說相當(dāng)龐大，故而控制之時若想便利，設(shè)備自身重量減輕，理當(dāng)將電機的質(zhì)量變輕，詳細(xì)的操作是僅安裝一臺電機，它能夠作為盤刷以及驅(qū)動輪的動力，此后傳動通過齒輪以及V帶實現(xiàn)。要注意性價比，電機當(dāng)用三相電機【8】。
進(jìn)行過實際的試驗，將力學(xué)數(shù)據(jù)給出：
工作之時的螺旋槳，會有20KG的力作用于其上；會有3kg的力作用于四個角輪之上，會有2kg的力作用于盤滾刷之上。刷毛和墻面彼此之間有摩擦，其之系數(shù)當(dāng)為，取值 ，針對盤刷，它的積分轉(zhuǎn)矩得算：。
（1）洗力矩：
盤刷：
兩個刷子的轉(zhuǎn)矩:
滾刷：
那么刷洗之時，總的力矩為：
（2）暫時將盤刷轉(zhuǎn)動速度定：
遵照刷洗力矩，所用之型當(dāng)為，額定功率,轉(zhuǎn)速,平鍵，維持轉(zhuǎn)矩在。
3.2.3 噴水機構(gòu)設(shè)計
為確保清洗液從噴嘴噴出之時，盤刷沒有隨便轉(zhuǎn)動，盤刷的固定通過滾動軸承來實現(xiàn)，盤刷需得連接空心軸的一端，還有一端連接水管，此時若盤刷體出現(xiàn)轉(zhuǎn)動，空心軸依舊沒有任何動靜。圖3-3中為其結(jié)構(gòu)：
圖3-3 空心軸結(jié)構(gòu)圖
工作之時從中間孔中會流出清洗液，噴射到墻面之上，基本上沒有彎矩，扭矩作用于其上，此處無需在意剛度和強度。
3.2.4 刮凈器設(shè)計
刮凈器還有墻面的中間，安排橡膠條，彈簧把它僅僅壓制，如此能夠?qū)γ嬷蠂娚涞那逑匆呵謇砀蓛簦乐箤γ娓g，圖中有具體的結(jié)構(gòu)，接下來要設(shè)計所需要的彈簧。
（1）所用彈簧當(dāng)為圓柱螺旋壓縮式;
（2) 覽于設(shè)計有助的機械設(shè)計手冊，當(dāng)用碳素彈簧鋼去加工彈簧；
（3）開展彈簧的相關(guān)求算
1）覽于設(shè)計有助的機械設(shè)計手冊取值 彈簧的工作圈數(shù)
2）覽于設(shè)計有助的機械設(shè)計手冊取值 彈簧絲直徑：
允許極限負(fù)荷下的單圈變形：
單圈剛度：
彈簧節(jié)距：
工作之時最大的載荷：
工作之時載荷的極限值：
每一圈彈簧展開之后的長：
3）求算各項數(shù)據(jù)
彈簧中間的直徑：
彈簧內(nèi)部的直徑：=20-2×3.5=13mm
彈簧中間的空隙：
展開彈簧之后，其之總長度：L=1×n=52×5=260mm
螺旋角：
彈簧自由之高：H=
能夠?qū)崿F(xiàn)極限負(fù)載的狀況下，彈簧之高：
彈簧不管是轉(zhuǎn)動到左邊還是右邊，都可以
3.3污水循環(huán)機構(gòu)
3.3.1 工作原理
污水循環(huán)機構(gòu)，由污水收集器、水箱、水泵和過濾器組成，工作時清洗玻璃后的污水被橡皮條刮下全部進(jìn)入污水收集器，之后經(jīng)過過濾，污水過濾后到清水箱中再一次過濾，就能夠再次利用，這樣的系統(tǒng)是可以循環(huán)往復(fù)的【9】。
3.3.2 污水收集器
污水收集器和墻面接觸的使橡皮條，并通過彈簧壓住，下部有污水收集槽，這樣就能使污水全部進(jìn)出專門收集的箱體這種，之后對污水開展過濾【13】。
3.3.3 水箱
因為清洗機的水能夠循環(huán)往復(fù)，故此無需太大的水箱，另外清水箱當(dāng)中必須空出余量，避免開機之時，不能完全開啟污水循環(huán)系統(tǒng)，另外回收利用污水的效率不能達(dá)到八成。清水箱的容量理當(dāng)要大于污水箱，此文中用一升的污水箱，用兩升的清水箱。
該清洗機水可以循環(huán)使用，所以水箱不需要太大，但因為剛開機之時，還沒有完全啟動污水循環(huán)回收系統(tǒng)，另外害怕利用污水的效率無法達(dá)到八成，清水箱的容量理當(dāng)要大于污水箱，此文中用一升的污水箱，用兩升的清水箱。
3.3.4 水泵選型
這里選擇離心式清水泵，轉(zhuǎn)數(shù)n/s在，水泵的流量應(yīng)比冷水機的大，是其的倍。
K表示最不好環(huán)路當(dāng)中的某一部分阻力，所有的當(dāng)量長度比上直管總廠，若是環(huán)路最不利的話，且長度相當(dāng)長， K值取值 ，環(huán)路為最不利，其之長度相對較短，取值 【10】。
3.3.5 過濾器選型
需詳細(xì)分析墻面清洗之后產(chǎn)生的污水性能，過濾器當(dāng)用石英砂。
此款過濾器的介質(zhì)是石英砂。此款介質(zhì)強度相當(dāng)之高，可工作很長時間，能夠?qū)艽蟮乃髁繉嵭刑幚?，過濾的水質(zhì)質(zhì)量好等優(yōu)點。通過采用水泵加壓，可以很方便的過濾掉水中的懸浮物、膠體、泥沙、鐵銹等，使水變清潔達(dá)到循環(huán)利用的目的。
3.4主框架設(shè)計
3.4.1 材料的選擇
遵從任務(wù)書的需求，使用能夠完全符合后，自重輕一些就更好，而且水中有清洗液故此原料必然會有腐蝕性，所以用鋁合金加工機架。
3.4.2 外形結(jié)構(gòu)設(shè)計
以下展示箱體的構(gòu)造：
3.5壓緊機構(gòu)設(shè)計
3.5.1風(fēng)壓機構(gòu)設(shè)計
（1）基本原理
使用正壓能夠保證清洗機輪子的端面與墻面進(jìn)行接觸，這樣就能夠產(chǎn)生一個小的腔體，此時需要依靠懸吊系統(tǒng)，確保其能夠越來越靠近墻面。如果電風(fēng)扇的電動機在工作的時候，產(chǎn)生了空氣流動，如此就會產(chǎn)生負(fù)壓，最終讓清洗機越來越緊的貼近墻面?？諝庑纬韶?fù)壓需要一個詳細(xì)的流程，最后在離心力的作用下通過蝸殼流出來。在這樣一個詳細(xì)的過程中空氣和清洗機不斷的碰撞，流動的速度也就越來越小。清洗機在進(jìn)行工作的時候，其清洗力的大小是可以進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)的。
（2）設(shè)計參數(shù)和設(shè)計要求
設(shè)計參數(shù)：
其中的充氣體積
完成螺旋槳參數(shù)的選擇與確定
1）選擇螺旋槳直徑D
2）選擇電動機
考慮價格問題，所以選擇普通的三相電機，為了保證一定的水壓力，所以我們需要確保螺旋槳具有非常高的轉(zhuǎn)動速度。經(jīng)過相應(yīng)的選擇，確定風(fēng)扇電機的參數(shù)如下：功率為5.5Kw；額定電壓380V；轉(zhuǎn)速3000r/min【11】。
3）在進(jìn)行安裝的時候，電動機的輸出軸和螺旋槳通過普通平鍵進(jìn)行連接，輪轂和電機軸其連接的時候，采用過盈配合的方式，保證螺旋槳始終都能夠壓向電動機，保證了工作的安全。
4）選擇容積效率是10%
進(jìn)口氣體數(shù)據(jù)的計算與確定
其相應(yīng)的技術(shù)要求見下方：
1、需要保證工作的時候效率較高；
2、保證裝置重量不重，尺寸不大；
3、可以適應(yīng)多種工況；
4、設(shè)計的結(jié)構(gòu)要能夠擁有較長的壽安；
5、設(shè)計的結(jié)構(gòu)在滿足安全使用要求的基礎(chǔ)上，盡可能的做到美觀。
（1）設(shè)計結(jié)構(gòu)計算參數(shù)
1）在平均半徑處：
在對這部分進(jìn)行設(shè)計的時候，通常取5-9個截面，這幾個截面要能夠包括葉片根部、葉片的頂部還有平均半徑。
在平均半徑處：
3.5.2貼緊力計算
這部分主要是對貼緊力完成相應(yīng)的設(shè)計和計算等。在對其進(jìn)行設(shè)計和計算之前，先分別對進(jìn)口導(dǎo)向器、收斂裝置以及風(fēng)扇的作用進(jìn)行詮釋。
1、進(jìn)口導(dǎo)向器
保證氣流按照設(shè)定的方向進(jìn)行流動，也就是通常說的整流。
2、收斂裝置
該裝置主要的作用是減小或者增到氣體流動的面積。
3、風(fēng)扇的作用
保證其工作的時候產(chǎn)生離心力，因為該力的存在空氣向周圍流動的能力就比較的強，能夠較大程度的對人體進(jìn)行影響。
通過查資料，假定存在1/10V空氣抽到腔體的外邊，其計算的公式如下：
導(dǎo)流器工作速度的計算公式：
中間部分的虧損此處不需在意，由氣體連續(xù)方程式得出：
V2表示風(fēng)扇中氣體進(jìn)入之速度。
氣體質(zhì)量流率為：
一個小時當(dāng)中，氣體之質(zhì)量
電機之功率550W/H
通過動能定理可求算：
氣體的出口直接通著打氣，正常速度在10-15M/S,眼下為C2=15M/S
遵照流體力學(xué)之動量的定理，規(guī)定時間中，從控制平面中流出的動量，跟流進(jìn)去的動量，他們的差距也就是全部在控制平面當(dāng)中，流體所有的外力:
出現(xiàn)的貼緊壓力總值：
3.6行走機構(gòu)
3.6.1支撐輪
清洗設(shè)備工作后，會有相當(dāng)強勁的高速氣流從風(fēng)機中吹出來，如此導(dǎo)致清洗設(shè)備靠近墻面，只是說和墻體接觸的圓盤刷還有輥刷依舊活動自如，過壓后，導(dǎo)致毛刷出現(xiàn)過分的彎曲，有非常大的損傷，基本上很多的壓力都作用在輥輪之上，另外輥輪和墻面中間的摩擦力加大。在電機的帶動下，清洗機橫過來行走。故此滾筒接觸墻面效果極佳，不會有打滑狀況出現(xiàn)。設(shè)計圖中有結(jié)構(gòu)：
圖3-4 支撐輪結(jié)構(gòu)圖
3.6.2支撐輪軸
（1）輸出軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
通過此前的求算得有=0.442
=124.1
取值有
（2）支承輪承受之力
已得曉支撐輪之直徑
圓周力
徑向力
（3）對軸之直徑最小值予以肯定
40Cr加工軸，對其調(diào)質(zhì)，取值有軸之最小直徑。
覽閱所參照之表15-3【5】取值、
會有鍵槽存在于軸之上，將軸直徑稍微加大些，單鍵要加大5%。 取值有
所用值周理當(dāng)匹配支撐輪之孔直徑，另外支承孔的軸孔，直徑數(shù)據(jù)，再加上其之輪轂之長，所以眼下有，。
（4）設(shè)計軸結(jié)構(gòu)
1）零件位于軸上如何裝配
使用圖7當(dāng)中的裝配：按照順序從左邊裝到右邊，分別是螺母、軸端擋圈、支撐輪、軸承端蓋、右端軸承、、右端套筒、齒輪軸、左端套筒、軸承、軸承端蓋。
2）遵照軸向定位所需將軸每一段的直徑，長予以確定
（1）為匹配從動軸支撐輪對于軸向定位的需求，要加工一個軸肩在軸段的右端，軸肩之高，所以軸段，其之直徑；之長借鑒安裝規(guī)格，當(dāng)為
（2）確定所用滾動軸承。針對滾動軸承，處于徑向上有稍大力，軸承當(dāng)為單列向心球型，比照工作需求，再加上，覽閱所有軸承的類別，當(dāng)用6207的單列向心求軸承，其之規(guī)格，取值得出、；但是說。
通過軸肩來實現(xiàn)滾動軸承的定位，安裝軸承之規(guī)格已有， 。
別的規(guī)格遵從別的關(guān)聯(lián)零件來確定，取值有，
（5）軸之強度
1）校核理當(dāng)遵從彎扭合成強度開展
設(shè)計軸之構(gòu)造，可將主要結(jié)構(gòu)的規(guī)格予以確定，軸上任何零部件處于何處，外載荷的作用點，還有支承反力位于何處。
以插值法，通過翻閱表格16.3【4】可知許用應(yīng)力值，
應(yīng)力校正系數(shù)
表6支撐輪軸受載計算結(jié)果
載荷
垂直面V
水平面 H
支反力
彎矩
總彎矩
扭矩
2）強度的校核依據(jù)彎扭合成應(yīng)力開展
所以說相當(dāng)安全。
4 控制系統(tǒng)設(shè)計
4.1 控制部分的基本組成
（1）本次設(shè)計的控制系統(tǒng)在控制過程中利用2個單片機，這2個單邊機分別位于清洗主機和伺服選調(diào)系統(tǒng)相應(yīng)的位置。需要確保2個單邊機在工作的時候能夠協(xié)調(diào)，同時還能夠保證通信，架構(gòu)簡圖看圖4-1。
（2）2個單邊機一個是受控方，其位置處在清洗主機上，還有一個是主控方放置在伺服懸吊系統(tǒng)，通過伺服懸吊系統(tǒng)單片機發(fā)出控制指令控制清洗主機單片機，使機器完成預(yù)想工作，兩個單片機單向通信，清洗機上的單片機不能返回狀態(tài)信息給伺服懸吊系統(tǒng)上的單片機。
（3）通過伺服主機單片機發(fā)出控制指令，控制指令如果使用的電流比較小的話，產(chǎn)生的后果是沒辦法保證電動機的正常工作。這個時候需要使用放大電路，這樣做的好處是保證電動機的正常工作，還能夠確保滾刷工作。
（4）保證單片機在工作的時候有連續(xù)有效的脈沖輸出，這樣能夠保證正確的低電平和高電平對電動機進(jìn)行相應(yīng)的控制，其控制主要是對電動機進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的控制。在實現(xiàn)正傳和反轉(zhuǎn)的之前，電動機上面的2個端口分別對應(yīng)高低電平。
（5）本次設(shè)計的控制系統(tǒng)其直流電機安裝在伺服懸吊系統(tǒng)中，主要保證清洗機的橫向行走，同上面第4點一樣電動機上面的2個端口分別對應(yīng)高低電平。如此就能夠控制繼電器的工作和斷開。假如對高低電平2個端口進(jìn)行對調(diào)，能夠也就能夠?qū)崿F(xiàn)電動機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的控制，進(jìn)而實現(xiàn)了行走機構(gòu)的運動。
綜合上面所述可以得知，直流電動機的控制將通過單片機輸出不一樣的波形完成。假如單片機以1或者0的波形輸出，則完成步進(jìn)電動機的控制；同樣的道理單片機以1或者0的波形輸出，也可完成交流電動機的控制。
圖4-1 控制邏輯圖
4.2 控制部分工作原理
本控制部分其控制核心是單片機，其單片機型號采用，配合使用通信芯片對其進(jìn)行擴展，其組成還有收發(fā)緩沖器，脈沖速度檢測電路以及看門狗電路和電源的輸出裝置等等【12】。下面的圖4-2就是其詳細(xì)的組成。
圖4-2 控制部分工作原理圖
上面已經(jīng)講述本次設(shè)計采用的單片機是，使用此單片機的好處是具有標(biāo)準(zhǔn)的匯編語言，故這里采用匯編語言編寫編寫軟件程序進(jìn)行控制。
4.3 軟件的結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)是整個機器的核心大腦，清洗機的操控部分有2個部分組成，分別是清洗機以及伺服電機懸吊系統(tǒng)。在對其進(jìn)行軟件設(shè)計的時候都將由功能子程序、主程序、跳轉(zhuǎn)程序以及初始化等等組合而成。
1、主程序
該部分是設(shè)計的主體，在工作中該部分指令會不斷掃描和循環(huán)利用，主程序主要是用來接收外部的控制指令，進(jìn)而對下一指令做出判斷，是一個程序的主體。
2、跳轉(zhuǎn)程序
該部分主要的功用是連接，連接功能子程序以及主程序。如果主要的程序（主程序）產(chǎn)生一個短點，在短點處通過跳轉(zhuǎn)程序找到所需要的功能子程序，接下來控制部分將自動跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的子程序，而后完成相應(yīng)的操控指令等等。
3、功能子程序
每一個模塊都單獨具有相應(yīng)的控制功能，其是一個獨立的部分，通過不同子程序的結(jié)合，搭配主程序使用，便能得到機器所需的整體功能。這樣設(shè)計的好處是可以共同使用主程序的程序代碼，避免了主程序的重復(fù)，可以大大提高控制的正確率。
初始化位于主程序之前，初始化是一個程序最先執(zhí)行的部分，其作用是使機器恢復(fù)到初始狀態(tài)，設(shè)置波特率、延時參數(shù)、中斷的起停等初始參數(shù)。
4.4 控制系統(tǒng)軟件程序的實現(xiàn)
總 結(jié)
光陰似箭，日月如梭，時間過得真快，轉(zhuǎn)眼間畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了，在這個過程中有酸有甜，有苦有辣。但總的來說，通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我對我的專業(yè)有了更深刻的認(rèn)識，明白了書中學(xué)到的知識始終只是皮毛，只有理論聯(lián)系實踐，從實踐中來，到實踐中去，才能真正學(xué)好知識?？偟膩碚f這次畢業(yè)設(shè)計不像以往的公式解題，比較靠近工程實踐，對即將畢業(yè)的我有十分重要的實踐意義。
這個畢業(yè)設(shè)計通過對高樓玻璃幕墻清洗機的傳動系統(tǒng)設(shè)計、清洗機構(gòu)設(shè)計、污水循環(huán)機構(gòu)設(shè)計、主框架設(shè)計、壓緊機構(gòu)設(shè)計、行走機構(gòu)設(shè)計、控制機構(gòu)設(shè)計等，基本完成了一個產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)的基本步驟，整體完成了設(shè)計任務(wù)，對大學(xué)畢業(yè)也有了一個完美的交代，這次畢業(yè)設(shè)計也是對即將進(jìn)入社會的我的一個最后的考驗。
本次設(shè)計讓我明白了一件事情只有通過自己的努力才能成功的完成，不管是學(xué)習(xí)還是工作都不能好高騖遠(yuǎn)不付出于行動的道理。
總而言之，通過我獨立完成畢業(yè)設(shè)計后，不僅在專業(yè)知識和軟件操作方面受益良多，而且使我對未來的職業(yè)規(guī)劃及工作也有了初步的認(rèn)識，在設(shè)計的過程中還鍛煉了我的獨立思考能力，解決問題能力，交際溝通能力，這對于即將進(jìn)入社會的我是一份不小的收獲。也為我以后的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。
致謝
大學(xué)生活馬上就要結(jié)束了，通過這幾年的學(xué)習(xí)，使我學(xué)到了很多專業(yè)知識，同時也學(xué)到了許多學(xué)習(xí)方法以及做人的道理，認(rèn)識了許多志同道合的朋友，謝謝你們在學(xué)習(xí)和生活中對我的幫助。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我明白了不管什么事情，只要付出于行動，就能取得最后的勝利。在設(shè)計過程中遇到很多困難，通過自己查閱資料、和老師指導(dǎo)、同學(xué)交流，最終克服了困難，取得了成功。在這里向各文獻(xiàn)參考資料的作者、老師以及同學(xué)表示感謝，向在畢業(yè)設(shè)計過程中幫助過我的所有人表示祝福。
參考文獻(xiàn)
[1] 李金山等.清潔機器人概述[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)機電學(xué)院,2005.15-45
[2]葛恒安.國內(nèi)路面清洗車行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].建筑機械化,2004(11).54-56.
[3]李江濤.我國掃路車發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理.2000，（4）.16-17
[4]任秀峰.國內(nèi)外公路養(yǎng)護(hù)機械的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]·河南交通科技，1999,l9(1).42-46
[5] 濮良貴,紀(jì)名剛.機械設(shè)計（第八版）[M].北京:高等教育出版社,2006.60-380
[6] 吳宗澤.機械設(shè)計師（上下冊）[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.660-1250
[7] 李育錫.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2008.11-208
[8] 鄧星鐘.機電傳動控制[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2001.90-150
[9] 毛謙德,李振清.袖珍機械設(shè)計師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社2003.300-1020
[10] 山東建筑工程學(xué)院.金屬結(jié)構(gòu)[M].機械電子工程系機械設(shè)計教研室,2004.100-260
[11]甄宗雷, 趙臣, 黃晶. 玻璃清潔機器人及其應(yīng)用[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué)機電學(xué)院,2002.1-30
[12]成大先.機械設(shè)計手冊（1-5 卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.14-1200
[13]鄭玉華.典型機械產(chǎn)品構(gòu)造[M].北京:科學(xué)出版社,2004.230-370
[14]Mechanial Drive(Rference Issue). Machine Design. S(2)1980， 230~635
[15] You Bum-Jae．Hwangbo Myung．etc．Development of a Home Service Robot IEEEInternational Conference on Intelligent Robots and Systems．2003.2630~2635
[16]rlovp. Fundamentals of machine design. Moscow: Mir pub1987.113-265
33
收藏