吸附式爬壁清洗機(jī)設(shè)計(jì)答辯稿

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吸附式爬壁清洗機(jī)設(shè)計(jì) 答辯人 指導(dǎo)老師 課題的主要技術(shù)要求 清洗機(jī)壁面移動(dòng)速度 11 15m min 越障高度 50mm 本體重量 30Kg 負(fù)載能力 15Kg 作業(yè)高度 0 100m 作業(yè)功能 可進(jìn)行8mm以上厚度的玻璃幕墻的清洗作業(yè) 吸附方式 真空吸附方式 一選題背景及其意義 機(jī)器人是人類二十一世紀(jì)的偉大發(fā)明之一 是傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)學(xué)與近代電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 是計(jì)算機(jī)科學(xué) 控制論 機(jī)構(gòu)學(xué) 信息科學(xué)和傳感技術(shù)等多學(xué)科綜合性高科技產(chǎn)物 它是一種仿人操作 高速運(yùn)行 重復(fù)操作和精度較高的自動(dòng)化設(shè)備 機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展 不但使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究發(fā)生根本性的變化 而且將對(duì)人類的社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響 機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)代應(yīng)用最廣泛 發(fā)展迅速的高科技產(chǎn)業(yè)之一 機(jī)器人作為高科技領(lǐng)域的一個(gè)重要分支 將成為二十一世紀(jì)各國(guó)爭(zhēng)奪的經(jīng)濟(jì)技術(shù)的制高點(diǎn) 隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展 特別是高層建筑的興起 以玻璃壁面為代表的壁面結(jié)構(gòu)逐漸演繹成華麗的 城市外衣 由此衍生出繁重的壁面清洗任務(wù) 并且許多國(guó)家已經(jīng)對(duì)建筑壁面的清洗要求做出了明確規(guī)定 另一方面 越來(lái)越奇特的建筑結(jié)構(gòu)使清洗的難度越來(lái)越大 甚至采用傳統(tǒng)的清洗方法已無(wú)能為力 然而 在社會(huì)文明高度發(fā)展的今天 人們對(duì)生命安全越來(lái)越重視 要求停止使用蜘蛛人的呼聲已不絕于耳 因此人們期待新的具有人性化的清洗方式出現(xiàn) 在高層建筑墻面清潔工作中 爬壁清潔機(jī)得到了廣泛關(guān)注 它將人類從繁重 危險(xiǎn)的高樓清洗工作中解放出來(lái) 它憑借能夠成為高空極限作業(yè)的一種自動(dòng)機(jī)械裝置的優(yōu)良特性 越來(lái)越受到人們的重視 爬壁清洗機(jī)能有效降低高層建筑的清洗成本 提高清潔效率 同時(shí)也推動(dòng)了清洗業(yè)的發(fā)展 帶來(lái)相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效益 經(jīng)濟(jì)效益 本課題主要設(shè)計(jì)一種履帶吸盤式爬壁清洗劑 采用履帶式移動(dòng)方式 雙履帶和車體構(gòu)成機(jī)器人的基本框架 真空吸盤式吸附方式加以完善的配氣系統(tǒng) 可為清洗機(jī)提供足夠的吸附力 吸盤式結(jié)構(gòu)克服了現(xiàn)有爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)與不足 提高了爬壁機(jī)器人的實(shí)用性能 因此 本課題的研究具有較高的科研價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 二文獻(xiàn)綜述 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 爬壁移動(dòng)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于維護(hù) 檢查 消防 救援 清洗 情報(bào)和國(guó)防領(lǐng)域等 必將為人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都投入大量人力物力 積極進(jìn)行其理論和技術(shù)研究 如日本 美國(guó) 英國(guó) 俄羅斯 德國(guó) 奧地利 西班牙等國(guó)相繼研制出一些各具特色的爬壁移動(dòng)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī) 我國(guó)在國(guó)家自然基金和863計(jì)劃的大力支持下 從上世紀(jì)90年代中期也相繼開(kāi)發(fā)出一些爬壁移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī) 爬壁移動(dòng)機(jī)器人是一種能夠在垂直壁面進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)的極限作業(yè)機(jī)器人 世界機(jī)器人大國(guó)日本在極限作業(yè)機(jī)器人研究方面尤為積極 早在1966年 在大阪府立大學(xué)工學(xué)部任講師的西亮利用電風(fēng)扇進(jìn)行側(cè)低壓空氣產(chǎn)生的負(fù)壓作為吸附力制作了一臺(tái)垂直壁面移動(dòng)機(jī)器人的原理樣機(jī) 1975年 已經(jīng)身為宮崎大學(xué)工學(xué)院部教授的西亮又制作了以實(shí)用化為目標(biāo)的二號(hào)樣機(jī) 這是個(gè)單吸盤結(jié)構(gòu) 靠輪子行走的壁面移動(dòng)機(jī)器人 此次以后各國(guó)著名的大學(xué) 研究所 公司紛紛投入力量廣泛開(kāi)展用于極限作業(yè)的壁面移動(dòng)式機(jī)器人的研究 相對(duì)國(guó)外 我國(guó)研究和開(kāi)發(fā)機(jī)器人始于七十年代初期 國(guó)內(nèi)爬壁移動(dòng)機(jī)器人研究起步較晚 1975年在北京舉行的日本科技展覽會(huì)上 川崎重工業(yè)公司首先在中國(guó)展出了工業(yè)機(jī)器人 以此為起點(diǎn) 我國(guó)掀起了第一個(gè)研制機(jī)器人的浪潮 北京自動(dòng)化研究所 上海交大 沈陽(yáng)自動(dòng)化所 大連組合機(jī)床所 廣州機(jī)床所等十幾個(gè)單位紛紛開(kāi)始研制機(jī)器人 目前高層建筑墻面作為高樓外防護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象越來(lái)越普遍 為了保證玻璃外觀的整潔美麗 就需要定期對(duì)玻璃表面進(jìn)行清洗 而大部分玻璃幕墻采用人工清洗作業(yè) 這種清洗方法是靠升降平臺(tái)或吊繩懸掛由人進(jìn)行玻璃幕墻的清洗 作業(yè)方式簡(jiǎn)單易行 但效率低且成本高 更重要的是高空環(huán)境條件惡劣易引發(fā)安全事故 隨著控制和機(jī)電技術(shù)的發(fā)展 壁面清洗機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生 利用壁面清洗機(jī)器人作業(yè)將大大降低高層建筑的清洗成本 改善工人的勞動(dòng)環(huán)境 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 具有相當(dāng)?shù)纳鐣?huì) 經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景 玻璃幕墻爬壁清洗機(jī)器人的研制成功 將會(huì)實(shí)現(xiàn)清洗作業(yè)的自動(dòng)化 給清洗業(yè)帶來(lái)一次新的革命 三研究?jī)?nèi)容 3 1吸附式爬壁清洗機(jī)基本工作原理吸附式爬壁清洗機(jī)主要由吸附部分 移動(dòng)部分和清洗部分組成 爬壁清洗機(jī)應(yīng)該具有一定的吸附能力 其產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于清洗機(jī)的重力 從而防止墜落 同時(shí)還應(yīng)具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 能夠使清洗機(jī)在壁面上自由移動(dòng) 并且有電機(jī)控制清潔頭旋轉(zhuǎn) 當(dāng)清洗機(jī)在壁面上移動(dòng)時(shí)能夠完成對(duì)壁面的清潔工作 3 2清洗機(jī)履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爬行機(jī)構(gòu)要簡(jiǎn)單 高效 小型 使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)直線移動(dòng) 保證機(jī)器人能夠按照地面操作人員的遙控進(jìn)行工作 用履帶與履帶輪相嚙合形成履帶的設(shè)計(jì) 圖1三履帶輪平行履帶 3 3清洗機(jī)吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 吸附機(jī)構(gòu)采用真空吸附技術(shù) 設(shè)計(jì)吸附機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生一定的吸附力 確保機(jī)器人工作過(guò)程中能安全可靠地吸附在工作壁面上 圖2爬壁機(jī)器人受力示意圖 3 4清洗機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)清洗機(jī)的行走機(jī)構(gòu)能夠在壁面上完成直線移動(dòng) 并且能夠跨越高度為5厘米的障礙 并且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)清洗的目的 四研究方案 4 1總體方案爬壁清洗機(jī)本體主要包括吸附和移動(dòng)兩大部分 移動(dòng)部分由直線行走部分組成 將吸盤的真空吸附方式和履帶式移動(dòng)方式相結(jié)合 真空吸盤固定在柔性的履帶上 采用雙履帶對(duì)稱結(jié)構(gòu) 通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)履帶運(yùn)行使清洗機(jī)能夠進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng) 吸盤部分通過(guò)吸盤固定裝置固定在可以產(chǎn)生足夠大的吸附力 使清洗機(jī)能夠在爬行的過(guò)程中安全可靠地吸附在工作壁面上 控制系統(tǒng)主要任務(wù)是控制清洗機(jī)在壁面上的作業(yè)功能 清洗系統(tǒng)的主要任務(wù)是清洗壁面 通過(guò)電機(jī)控制清潔頭旋轉(zhuǎn)達(dá)到清洗目的 4 2擬采取的技術(shù)措施爬壁清洗機(jī)融合了吸盤式真空吸附和履帶式移動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn) 吸盤在履帶上的分布和履帶自身柔性使得清洗機(jī)能夠跨越障礙物 又因?yàn)橛形P的存在 使履帶不直接與壁面接觸 可能的障礙有玻璃的連接處等 壁面凹凸起伏不大 履帶吸盤式的結(jié)構(gòu)具有逾越較小障礙的功能 同時(shí) 考慮到機(jī)器人運(yùn)行的平穩(wěn)性和履帶的使用壽命 因此清洗機(jī)履帶結(jié)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)輪 主動(dòng)輪 置中 導(dǎo)向輪 從動(dòng)輪 對(duì)稱分布 從動(dòng)輪對(duì)稱布置的方式使履帶受力最大處避開(kāi)了履帶彎曲處 驅(qū)動(dòng)輪及導(dǎo)向輪兼做支撐輪 可增大接觸面積且使履帶上受力集中處遠(yuǎn)離履帶彎曲處 減少了對(duì)履帶的損害提高了履帶的使用壽命 吸盤式真空吸附方式適用于多種工作環(huán)境 擴(kuò)大了清洗機(jī)的工作范圍 真空吸附機(jī)構(gòu)包括氣動(dòng)回路 真空泵和吸盤系統(tǒng) 吸附機(jī)構(gòu)由吸盤 配氣盤組件 氣動(dòng)回路等組成 吸盤通過(guò)吸盤固定裝置固定在履帶上 在清洗機(jī)工作的過(guò)程中隨著履帶轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng) 配氣盤給達(dá)到相應(yīng)位置的吸盤組件進(jìn)行抽氣或者進(jìn)氣 從而產(chǎn)生或是破壞真空的環(huán)境 爬壁清洗機(jī)的行走機(jī)構(gòu)主要由吸盤組件 履帶 履帶輪 控制系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成 履帶輪與履帶的聯(lián)結(jié)方式模擬齒輪齒條嚙合 使清洗機(jī)能夠平穩(wěn)快速地在壁面上移動(dòng) 通過(guò)配氣盤給吸盤組件進(jìn)行抽氣或進(jìn)氣 產(chǎn)生或是破壞真空的環(huán)境 使吸盤吸附或離開(kāi)壁面 在清洗機(jī)工作過(guò)程時(shí) 保證同時(shí)有若干組吸盤出于工作狀態(tài) 完成清洗機(jī)在壁面上的吸附以及移動(dòng) 謝謝觀賞