蔡玉智畢業(yè)論文

1、前 言 在現(xiàn)代都市中，高層建筑越來(lái)越多，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)，由于玻璃的采光性好，保溫防潮性能好，彩色玻璃實(shí)用美觀，高層建筑的外壁越來(lái)越多地采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，但是為了保證建筑外觀的整潔美麗，時(shí)間一長(zhǎng)，就需要對(duì)壁面進(jìn)行清洗，以美化市容市貌。許多開(kāi)放性城市都規(guī)定，每年應(yīng)對(duì)高樓清洗若干次。 目前高層建筑玻璃幕墻的清洗方法主要有兩種，一種是靠升降平臺(tái)或吊籃承載清潔工進(jìn)行玻璃幕墻的清洗，雖簡(jiǎn)便易行，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率又低，屬于高空極限作業(yè)對(duì)人身安全及玻璃壁面都有很大的威脅性。另一種是用安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)將擦窗機(jī)對(duì)準(zhǔn)窗戶進(jìn)行自動(dòng)擦洗。這種方式初次投資成本較高

2、(高達(dá)數(shù)百萬(wàn)元)，而且要求在建筑物設(shè)計(jì)之初就要考慮擦窗系統(tǒng)，因而限制了其使用，因此急需一種能代替人而又有一定靈活性和適用性的自動(dòng)機(jī)器來(lái)完成這項(xiàng)工作，而且玻璃幕墻一般面積較大，大多處于幾十米甚至上百米的高處，且周圍無(wú)可攀援的支架，這就使得玻璃幕墻的清洗成為一項(xiàng)繁重、危險(xiǎn)、耗資的工作。如果用人去清洗，不僅花費(fèi)高，而且安全難以保證。特別是目前一些國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)通過(guò)立法對(duì)包括擦窗作業(yè)在內(nèi)的人工高空攀爬進(jìn)行了限制，人們不得不尋找其它解決辦法。 高層建筑清洗機(jī)器人正是在這種背景下應(yīng)運(yùn)而生。它的出現(xiàn)將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動(dòng)清洗業(yè)的發(fā)展，帶來(lái)相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)效

3、益、經(jīng)濟(jì)效益。因此，國(guó)內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)都在積極開(kāi)展此項(xiàng)研究工作。第1章 擦玻璃機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1、擦玻璃機(jī)器人系統(tǒng)方案 擦玻璃機(jī)系統(tǒng)由爬行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)真空模塊、機(jī)體和擦玻璃模塊有機(jī)構(gòu)成。爬行機(jī)構(gòu)可以模仿四足動(dòng)物的爬行動(dòng)作；氣動(dòng)真空模塊可使吸盤(pán)產(chǎn)生足夠吸附力，使機(jī)器人吸附在玻璃上；擦玻璃模塊可實(shí)現(xiàn)擦玻璃動(dòng)作，并且可以自動(dòng)噴水。圖1-1擦玻璃機(jī)器人系統(tǒng)方案1.2、氣動(dòng)真空模塊方案氣動(dòng)真空子系統(tǒng)，由空氣壓縮機(jī)、真空器、吸盤(pán)及控制元件組成。由PLC對(duì)控制元件進(jìn)行控制，使吸盤(pán)能夠交替工作，產(chǎn)生真空，保證機(jī)器人不摔落。圖1-2 氣動(dòng)真空模塊方案1.3、爬行機(jī)構(gòu)方案 爬行機(jī)構(gòu)由四桿機(jī)構(gòu)組成，在單一氣缸的驅(qū)動(dòng)

4、下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人“四肢”爬行動(dòng)作，動(dòng)作靈活，無(wú)卡死。圖1-3爬行機(jī)構(gòu)方案1.4、擦玻璃模塊方案擦玻璃模塊在單一直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在玻璃上擦拭，并且可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，保證擦拭干凈，在玻璃上的壓力可調(diào)。第2章 行走模塊設(shè)計(jì)2.1、真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 真空系統(tǒng)我們采用規(guī)格為妙德（臺(tái)灣高仿），PFYS-60-10-N，附6mm快速插頭的真空吸盤(pán)，然后利用換向閥的換氣功能，通過(guò)氣壓泵，真空器，pLC等控制裝置進(jìn)行控制，使其產(chǎn)生真空，以達(dá)到理想效果。下圖是真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖：圖2-1 真空系統(tǒng)（1）真空時(shí)：當(dāng)Y7得電時(shí)，二位五通換向閥右邊得電，氣源通氣使得吸盤(pán)吸住產(chǎn)生真空。（2）不真空時(shí)：當(dāng)Y10得電時(shí)

5、，二位五通換向閥左邊得電，氣源通氣使直接回到氣源回路，不產(chǎn)生真空。2.2、行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： 行走系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的四桿機(jī)構(gòu)組成，然后再由單一氣缸的推動(dòng)下使“四肢”向前，向后行走及轉(zhuǎn)彎。以下是四桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖及運(yùn)動(dòng)情況。圖2-2 行走系統(tǒng)（1）爬行運(yùn)動(dòng)：在爬行過(guò)程中 ,對(duì)角 2個(gè)吸盤(pán) A、 B吸緊玻璃固定 ,吸盤(pán) C、 D松開(kāi) ,連桿 1在力 F的作用下向右平移 ,從而帶動(dòng)連桿 2、 3向上擺動(dòng) ,實(shí)現(xiàn)一步向上爬行。同理 ,在下一步 ,對(duì)角 2個(gè)吸盤(pán) C、 D吸緊玻璃固定 ,吸盤(pán) A、 B松開(kāi) ,連桿 1在活塞推力的作用下向左平移 ,從而帶動(dòng)連桿 2、 3向上擺動(dòng)。如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)爬行功能（2）轉(zhuǎn)彎運(yùn)

6、動(dòng):在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中 ,A、 C這 2個(gè)吸盤(pán)固定 ,B、 D 2個(gè)吸盤(pán)松開(kāi) ,連桿 1向左平移 ,推動(dòng)連桿 3向右擺 ,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)向左轉(zhuǎn)彎。向右轉(zhuǎn)彎則采用反向操作。2.3、機(jī)構(gòu)力學(xué)分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)選取方法如下：(1) 受力分析：由圖A所以機(jī)構(gòu)，根據(jù)力矩平衡可得：F（L1+L2)=Gh，h=1/2LacCos其中 F-活塞桿推力 L1.L2-吸盤(pán)A.C中心到連桿1之間的距離G -整機(jī)重量h -重力作用線到吸盤(pán)A中心的距離（近似認(rèn)為整個(gè)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中重力作用線始終豎直通過(guò)連桿2的中點(diǎn)）Lac-連桿2的長(zhǎng)度-連桿2運(yùn)動(dòng)時(shí)與水平線所成的夾角為了在保證強(qiáng)度的前提下使機(jī)構(gòu)質(zhì)量盡量輕，采用鋁作為機(jī)構(gòu)的材料,設(shè)

7、整個(gè)機(jī)構(gòu)質(zhì)量為X克，故而G=X克，去擺腳在15之間，取L1+L2=117mm，Lac=180mm，帶入公式（1）克求的F，再去安全系數(shù)n=1.5，故而也能求出推動(dòng)連桿所需要的力。第3章 機(jī)器人控制原理 上墻：當(dāng)按下X1時(shí)，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。 下墻：當(dāng)按下X2時(shí)，Y2、Y4、Y6、Y10、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)，氣缸不動(dòng)。前進(jìn)：當(dāng)按下X4時(shí)，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后

8、，Y1、Y3、Y6、Y10、Y11、Y14同時(shí)得電，左上腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住；右上腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；氣缸向里面縮。碰到X7，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同時(shí)得電，左上腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；右上腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸?。粴飧紫蚶锩嫔?。碰到X6，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒，返回到前進(jìn)的第一步，循環(huán)下去，但是其它按鍵按下去時(shí)就停止了，進(jìn)行按下鍵的步驟。

9、后退：當(dāng)按下X3時(shí)，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同時(shí)得電，左上腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；右上腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸??；氣缸向里面縮。計(jì)時(shí)兩秒后，Y1、Y3、Y6、Y10、Y11、Y14同時(shí)得電，左上腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸??；右上腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；氣缸向里面伸。碰到X7，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。碰到X6，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右

10、上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒，返回到前進(jìn)的第一步，循環(huán)下去，但是其它按鍵按下去時(shí)就停止了，進(jìn)行按下鍵的步驟。左轉(zhuǎn)：當(dāng)按下X5時(shí)，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后，Y1、Y4、Y5、Y10、Y11、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸??；右下腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；氣缸向里面縮。Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后，碰到X7，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同時(shí)得電，左上腳、右下

11、腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；右上腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸?。粴飧紫蚶锩嫔?。碰到X6，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒，返回到前進(jìn)的第一步，循環(huán)下去，但是其它按鍵按下去時(shí)就停止了，進(jìn)行按下鍵的步驟。 右轉(zhuǎn)：當(dāng)按下X5時(shí)，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后，Y1、Y4、Y5、Y10、Y12、Y13同時(shí)得電，左上腳、右上腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸??；右下腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；氣缸向里面伸。Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左

12、上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒后，碰到X6，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同時(shí)得電，左上腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)松開(kāi)；右上腳、左下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸??；氣缸向里面縮。碰到X7，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同時(shí)得電，左上腳、右上腳、左下腳、右下腳的真空吸盤(pán)同時(shí)吸住，氣缸不動(dòng)。計(jì)時(shí)兩秒，返回到前進(jìn)的第一步，循環(huán)下去，但是其它按鍵按下去時(shí)就停止了，進(jìn)行按下鍵的步驟。圖3-1 氣動(dòng)系統(tǒng)第4章 程序控制設(shè)計(jì)4.1、PLC程序設(shè)計(jì)：4.2 電氣控制圖的設(shè)計(jì)：圖4-2 電器系統(tǒng)第5章 機(jī)器人的機(jī)械部件制作 機(jī)械人外殼：考慮到機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)的力比較大，因此機(jī)

13、構(gòu)的強(qiáng)度要適中，故我們采用了厚度為5厘米的鋁板作為機(jī)器人的四桿機(jī)構(gòu)，（鋁板相對(duì)其他材料比較輕，可以減小機(jī)器人爬動(dòng)時(shí)的重力），以保證機(jī)器人在爬行時(shí)更穩(wěn)定。以下是機(jī)械人外觀的整體機(jī)構(gòu)圖。圖5-1 機(jī)器人外形5.1 擦玻璃機(jī)器人總裝圖5.2 T型桿5.3 底板5.4 耙形桿5.5 月牙桿第6章 總 結(jié) 目前高樓玻璃幕墻清洗機(jī)器人在我國(guó)應(yīng)用還基本上沒(méi)有展開(kāi)，而國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始投入具體實(shí)際應(yīng)用。我國(guó)在這方面的研究大多只是應(yīng)用在試驗(yàn)室階段，并沒(méi)有具體作為產(chǎn)品推廣。如我們平時(shí)所看到的新聞也只是介紹有一款機(jī)器人可以用來(lái)擦玻璃，但它還是處于試驗(yàn)運(yùn)行階段，并沒(méi)廣泛推廣，而國(guó)內(nèi)目前絕大多數(shù)高層建筑仍采用吊籃+人工完成清

14、洗工作，。因此，國(guó)內(nèi)清洗機(jī)器人有十分廣闊的應(yīng)用前景，盡快研制出一種能真正投入實(shí)際應(yīng)用的清洗機(jī)器人就顯得十分必要。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)高樓玻璃幕墻的清洗現(xiàn)狀，結(jié)合高樓玻璃幕墻清洗作業(yè)的具體工作環(huán)境，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出了一種專用于高樓玻璃幕墻清洗機(jī)器人，該清洗機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)新穎、安全可靠、重量輕、效率高的特點(diǎn)。本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作并得出了結(jié)論:1. 設(shè)計(jì)出了一個(gè)完整的清洗機(jī)器人系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)、行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)、清洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC程序設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分，并對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析，全面了解了這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和功能。2.對(duì)機(jī)器人作業(yè)中的具體行走路徑進(jìn)行了規(guī)劃，并對(duì)整個(gè)機(jī)器人的氣壓控制原理進(jìn)行了分析和研究，來(lái)保證機(jī)器人的正常工作。參考文獻(xiàn)1王園宇，武利生，李元宗.壁面清洗機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)淺析.引進(jìn)與咨詢.2002.42陳沛富.玻璃幕墻清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)研究.重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.53宗光華.高層建筑擦