高樓清洗機機電系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 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 四輪式風(fēng)壓吸附 清洗 機器人的本體機構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，對一些關(guān)鍵部分進(jìn)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(jìn)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； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 n of to a of of or a of be a is to a on to on D on on on of y by on in of on of is by a of he of to of in to or a to to to of as a be or of a 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 第 1 章 緒論 1 題研究的目的和意義 1 題 研究現(xiàn)狀及分析 1 外壁面清洗機器人研究現(xiàn)狀 1 內(nèi)壁面清洗機器人研究現(xiàn)狀 2 層建筑外墻清洗機發(fā)展趨勢 4 題的研究設(shè)想 4 第 2 章 清洗機器人總體方案設(shè)計 5 樓頂樓面的實際考察 5 面結(jié)構(gòu)考察 5 頂?shù)膶嶋H考察 5 洗機器人的總體方案 6 洗機器人清洗系統(tǒng)方案 7 洗機器人爬壁系統(tǒng)方案 8 洗機器人控制系統(tǒng)方案 8 計的基本原則 8 供選擇的設(shè)計方案 8 案的分析 8 它部分方案 9 料選擇 9 的潤滑問題 9 承的潤滑問題 9 章小結(jié) 9 第 3 章 清洗機器人 清洗系統(tǒng)設(shè)計 10 洗機器刷洗部分設(shè)計 10 刷設(shè)計 10 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 刷設(shè)計 11 洗部分所用彈簧的設(shè)計 11 空心軸設(shè)計 12 洗機主機滾輪的設(shè)計計算 13 機上傳感器及行程開關(guān)的選擇 13 合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 章小結(jié) 14 第 4 章 清洗機器人 風(fēng)壓系統(tǒng)設(shè)計 15 用風(fēng)壓的意義 15 本原理 15 動計算的原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求 15 壓 部分 力學(xué)計算 16 章小結(jié) 16 第 5 章 清洗機器人 主要零件 設(shè)計 18 齒輪副的設(shè)計計算 18 輪的設(shè)計計算及強度校核 18 面 接觸疲勞強度計算 20 根抗彎疲勞強度驗算 21 面靜強度計算 22 根（抗彎）靜強度驗算 23 齒輪副的設(shè)計計算 24 礎(chǔ)尺寸確定 24 定載荷系數(shù) K 25 面接觸疲勞強度計算 25 根抗彎疲勞強度計算 26 章小結(jié) 26 第 6 章 清洗機器人 控制系統(tǒng) 設(shè)計 28 制部分的基本組成 28 制部分工作原理 29 動部分工作原理 30 制軟件的實現(xiàn) 30 機 +合 30 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 平臺 31 件的結(jié)構(gòu) 31 件的主體結(jié)構(gòu) 31 件功能模塊的劃分 31 制系統(tǒng)軟件程序的實現(xiàn) 32 服懸吊系統(tǒng)部分 32 洗機主機部分 32 章小結(jié) 33 結(jié)論 34 參考文獻(xiàn) 35 致謝 37 附錄 38 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 第 1 章 緒 論 題研究的目的和意義 隨著城市現(xiàn)代化得發(fā)展和人口的日益增加，為了節(jié)省土地資源，高層建筑越來越多，各式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)中，由于玻璃的采光性好，保溫、防潮，而且采用彩色玻璃使用美觀，高層建筑的外觀越來越多的采用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)沒有玻璃覆蓋的地方也多采用瓷磚覆蓋以增加建筑的美感，但也衍生出繁重的幕墻清洗任務(wù)。 我國大多數(shù)高層建筑清洗工作還是由傳統(tǒng)的人力完 成，這種高空極限作業(yè)相當(dāng)危險，如遇強空氣流，對人身安全及玻璃面都有很大的威脅。因此需要一種能代替人工完成高層建筑清洗任務(wù)又有一定靈活性和適應(yīng)性的自動機器來取代人工作業(yè)。 高層外墻清洗機正是在這種背景下應(yīng)用而生，它可在垂直壁面及屋頂移動進(jìn)行物體表面的清洗。它的出現(xiàn)及進(jìn)一步研究將極大降低建筑外墻的清洗成本改善工人的勞動環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，并帶來相當(dāng)?shù)纳鐣б婧徒?jīng)濟效益。 題研究現(xiàn)狀及分析 工業(yè)機器人已經(jīng)在機器人領(lǐng)域中大量投入使用，如汽車、冶金等行業(yè)。然而，隨著人們生活水平的提高，在機器人領(lǐng)域中，一種新 的、有蓬勃生命力的服務(wù)機器人已經(jīng)出現(xiàn)。 服務(wù)機器人主要涉及清洗、運送、監(jiān)視、檢查和探測等類型的工作，為人類提供和完成服務(wù)。其中，清洗是服務(wù)機器人應(yīng)用最廣的領(lǐng)域之一。而高樓林立的今天，更需要爬壁清洗機器人的技術(shù)可以得到不斷改進(jìn)和提高。 外 壁面清洗機器人 研究現(xiàn)狀 第一個成功制造出來的清洗機器人是德國漢薩斯航空公司委托制作的“ 清洗巨人），如圖 示。其主要結(jié)構(gòu)是一個作用距離為 33 米的多關(guān)節(jié)巨型伸縮臂，有 11 個自由度， 6 個主軸， 3 個腕關(guān)節(jié)及兩個自適應(yīng)軸，總共 12個可編程序軸。余的運 動鏈系使得它可以做各復(fù)雜運動，而其結(jié)構(gòu)不會有任何變化。所有軸均由液壓驅(qū)動并采用抗拉鋼材，因而其結(jié)構(gòu)重量輕。清洗刷長 位精度為 50刷與飛機外形精確匹配。該機器人安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)汽車地盤上，可以從四個位置出發(fā)，機器人在人的監(jiān)視下按照預(yù)定的模式運動，完成對飛機幾乎所有表面的清洗工作。其特點是動作靈活，適合于各種規(guī)格的飛機。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 日本 司成功研制的一種固定軌道式自動擦窗機器人，機器人靠安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跹b系統(tǒng)使擦窗機對準(zhǔn)窗戶，沿固定安裝在建筑物表面的導(dǎo)槽垂直上下移動進(jìn)行清洗，清洗機構(gòu)帶有多個旋盤刷 。該設(shè)備的自動化程度的效率都很高，但價格也很昂貴。另外，要求在建筑物設(shè)計之初就將擦窗系統(tǒng)考慮進(jìn)去，鋪設(shè)軌道，這大大限制了該機器人的使用范圍及效率。 圖 圖 動清洗 機 德國馬格堡的弗勞恩霍費爾自動控制與操作研究所 （ 是德國主要的生產(chǎn)及自動化研究中心，它研制了一系列清洗建筑物玻璃的自動系統(tǒng)。圖 示是其中之一，對柏林新建火車站的巨大玻璃隧道進(jìn)行了自動清洗。該機器人懸掛在水平的橫向軌道上，可沿軌道左右移動，同時橫向軌道可以沿垂直 導(dǎo)槽上下移動，從而完成對整塊玻璃的清洗。 德國的 究所研制了一種名為 面清洗機器人。該機器人作業(yè)時在機器人上方的建筑物頂部有一個隨動小車，該小車除了起一個安全作用外，還是機器人位移的定位裝置，機器人只能做上下運動，左右運動靠隨動小車牽引實現(xiàn)。爬行機構(gòu)是基于兩隊線性模塊上，每個模塊裝有幾個真空吸盤，每對模塊有一個伺服電機驅(qū)動。 美國國際機器人公司研制了用于清洗摩天大樓的爬壁機器人“ , 機器人的移動由兩組 L 型框架相對 滑動，交替吸附來實現(xiàn)，每組框架有三只腳掌，每只腳掌上有兩只真空吸盤，吸盤相對于壁面可以作直線運動，該機器人允許橫向移動，并可跨越一定高度的障礙。同時配備有洗滌液和擦抹系統(tǒng)，以完成擦窗工作，作業(yè)能力為每天 4645可越 5、 25的障礙。 除此以外，加拿大、德國、西班牙、以色列、新加坡、奧地利、俄羅斯、英國、澳大利亞等國家相繼開展了壁面清洗機器人的研究。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 內(nèi) 壁面清洗機器人 研究現(xiàn)狀 國內(nèi)爬壁機器人的研究雖然起步晚，但發(fā)展比較迅速。我國研究和發(fā)展機器人始于七十年代初。 1975 年在北京舉 辦的日本科技展覽會上，川崎重工公司首先在中國展出了工業(yè)機器人，以此為起點，我國掀起了第一個研制機器人的浪潮。上海大學(xué)從 1987年開始在上海市科委和國家“ 863”的支持下，率先從事爬壁機器人的研究，此后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位也相繼在幕墻清洗、高空檢查、鍋爐水冷壁檢測、大橋拉索涂裝和維護(hù)等領(lǐng)域開展研究。 自 1988 年以來，上海大學(xué)先后研制了玻璃窗清洗機器人和球形爬壁機器人。前者采用多層框架式機構(gòu)，真空吸盤吸附，伺服電機驅(qū)動，但重量大，且沒有裝備清洗系統(tǒng)。后者采用腿足式移動機構(gòu)，足 端為帶有裙邊的鉸接式真空吸盤，設(shè)計者從滿足穩(wěn)定性和控制復(fù)雜程度的綜合，考慮到吸盤穩(wěn)定性較差，安全性不是很好。此外，他們還在清洗裝備和工藝做了較為深入的研究，并根據(jù)玻璃幕墻障礙的特點，開發(fā)了一種全方位越障機構(gòu)，大幅度提高了機器人的越障能力。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)也是國內(nèi)壁面移動機器人研究較早的單位，在國家“ 863”智能機器人的支持下，已經(jīng)先后開發(fā)出兩個系列共 5 個品種的爬壁機器人。較早完成的是輪式負(fù)壓吸附壁面爬行遙控檢查機器人，如圖 示。該機器人采用雙輪進(jìn)行驅(qū)動。主體下部是一個帶有驅(qū)動輪的滑動密封式負(fù)壓吸盤。清 洗機構(gòu)置于尾部，同時還設(shè)有卷揚機，地面支援小車等附屬設(shè)施。由于密封裝置采用柔性設(shè)計，對壁面的適應(yīng)能力較強，可以在瓷磚壁面或大直徑圓柱面上運動，但越障和面面轉(zhuǎn)換能力較差。 圖 式負(fù)壓遙控機器人 圖 北京航空航天大學(xué)自 1996 年以來，在國家“ 863”計劃的大力資助下，先后研制成功了 、 “靈巧型擦窗機器人”、“吊籃式擦窗機器人”、 “藍(lán)天潔寶”等系列幕墻清洗機器人樣機。前三種均為全自動清洗機器人，采用十 字構(gòu)型，為自主步行移動機器人，機器人運動和功能統(tǒng)一。其中買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 的縱橫氣缸之間有一能做微小角度轉(zhuǎn)動的腰關(guān)節(jié)，以實現(xiàn)機器人運動方向的調(diào)整，如圖 示。之后北航又推出藍(lán)天潔士 、 、 型擦窗機器人。 2000 年發(fā)展研制的“靈巧型擦窗機器人”類似于佐藤多秀研制的雙車體機器人，但重量小的多，僅有 20機器人本體結(jié)構(gòu)采用具有滑動密封負(fù)壓吸附裝置的履帶式驅(qū)動的雙車體結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)越障和曲面轉(zhuǎn)換功能。 2001 年研制開發(fā)的“吊籃式擦窗機器人”則模擬人手擦窗的作業(yè)方式進(jìn)行作業(yè)?！八{(lán)天潔寶”屬于被動清洗機器 人，使用大面積負(fù)壓吸盤吸附，利用風(fēng)機產(chǎn)生真空，結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，具有很高的實用價值。 香港大學(xué)和內(nèi)地大學(xué)合作，研制了一系列高樓清洗爬壁機器人。 采用北航機器人原型， 采用了一種仿坦克的爬壁機器人原型設(shè)計。該機器人采用多個轉(zhuǎn)盤組成的吸附機構(gòu)和單鏈條爬行及轉(zhuǎn)向機構(gòu)，可以在玻璃幕墻和船殼等墻面上連續(xù)爬行，并有一定的越障能力。 層建筑外墻清洗機發(fā)展趨勢 由于清洗工作環(huán)境及任務(wù)的特殊性，清洗爬壁機器人的總體設(shè)計要求相當(dāng)苛刻。其總的設(shè)計原則是：減輕重量，降低造價，安全可靠 ，能適應(yīng)多種建筑物表面，且要有足夠高的清洗效率。 從清洗機的工作環(huán)境來看，其主機可能有兩個發(fā)展方向： 其一：適用于平整瓷磚和玻璃幕墻清洗，它結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，屬小型輕量化。 其二：適用于復(fù)雜墻面，如階梯墻面，壁面多窗戶的壁面清洗，它的結(jié)構(gòu)、動作、控制都很復(fù)雜。 其三：以壁面機器人為載體，配以專用的清洗機構(gòu)，可以適應(yīng)不同壁面機構(gòu)。 題的研究設(shè)想 參閱相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)資料 ， 高層建筑外墻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，設(shè)計中應(yīng)考慮為清洗提供足夠的壓墻力、刷洗部件設(shè)計、清洗液的噴 灑和臟液體的收集、對左右邊緣和上下行程的識別、行走機構(gòu)和轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設(shè)計，進(jìn)行必要的設(shè)計計算。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 第 2 章 清洗機器人總體方案設(shè)計 樓頂樓面的實際考察 在接受課題之后 ， 為了順利地完成我們的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)，我們參觀了 哈爾濱 幾處典型的高層建筑。并且查閱了多種關(guān)于高層建筑和以往對建筑物的清洗的相關(guān)資料，其中大部分是難以人工清洗的，因此設(shè)計開發(fā)高層建筑外墻清洗機是非常必要的。 面結(jié)構(gòu)考察 參觀調(diào)查得到初步方案，清洗機主要由樓頂?shù)碾S動小車和清洗主機部分組成，并且采用單片機控制。樓頂?shù)碾S動小車在樓頂 上預(yù)裝的軌道上行走，可使懸吊的清洗機部件實現(xiàn)縱洗和橫洗；清洗機部件利用風(fēng)壓使之貼在墻壁上，通過盤刷和滾刷完成清洗墻面的工作。因此，樓面情況就決定了我們?nèi)绾卧O(shè)計軌道、變向、壓緊和清洗液的輸送、回收等問題。 幾種典型建筑物樓面結(jié)構(gòu)如圖 直角面+圓弧面圓弧面+直角面+斜面圖 面結(jié)構(gòu) 頂?shù)膶嶋H考察 幾種典型建筑物樓頂 結(jié)構(gòu)如圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 標(biāo)牌架臺鐵架鐵架女兒墻小屋衛(wèi)星接收天線女兒墻臺圖 頂結(jié)構(gòu) 洗機器人的總體方案 根據(jù)清洗機器人清洗作業(yè)的要求，機器人首先必須具備清洗作業(yè)功能和控制功能，此外清洗機器人還必須在高層建筑物表面進(jìn)行吸附和移動，因此清洗機器人系統(tǒng)應(yīng)該包括機器人清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。 主機主要由箱體，支撐架，防護(hù)罩，刷子，電機，螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)，齒輪傳動系統(tǒng)等組成。，通過螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)使主 機吸附在墻面上，并使刷子壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，達(dá)到刷洗的目的。 主機有一懸吊支撐架，其外側(cè)與懸吊系統(tǒng)相連，可調(diào)風(fēng)壓系統(tǒng)安裝在懸吊支撐架背后，風(fēng)壓系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)螺旋漿轉(zhuǎn)速控制清洗力，懸吊支撐架通過一圓導(dǎo)軌和箱體（其上安裝兩盤兩滾）相連，所有的清洗裝置均安裝在該箱體上，清洗系統(tǒng)由固定在懸吊支撐架上的步進(jìn)電機通過齒輪傳動系統(tǒng)執(zhí)行以 90 為單位的轉(zhuǎn)動動作以實現(xiàn)橫洗和縱洗的轉(zhuǎn)換。箱體上有兩個圓盤形清洗刷，盤刷底部都有十二個清洗液噴射孔，另有兩圓柱形滾刷，在其行走前方有清水噴射孔，并安裝一軟質(zhì) 刮水板，以使清洗過的部位快速風(fēng)干并避免留下來的清洗液腐蝕墻面。箱體上還有一電機通過錐形齒輪將轉(zhuǎn)動傳到其中一個盤型清洗刷上，再通過齒輪傳動系統(tǒng)將轉(zhuǎn)動傳遞給另一盤刷，所以兩盤刷轉(zhuǎn)動方向相反，可以達(dá)到更好的清洗效果，圓柱形滾刷是由電機尾部的軸通過V 帶驅(qū)動的。在懸吊支撐架上有防護(hù)罩，防止清洗液四濺。清水，清洗液，電機的供電和控制電纜都是是由復(fù)合纜供給的，復(fù)合纜連接懸吊系統(tǒng)。在風(fēng)壓支架上有配重塊，配重塊可以沿光杠絲杠移動。通過調(diào)節(jié)配重塊可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡，以達(dá)到減小震動的效果。在清洗機主體的上下部安放超聲波傳感器，以進(jìn) 行邊緣識別。箱體上裝有兩對滾輪，滾輪通過電機驅(qū)動，以實現(xiàn)前后移動，而轉(zhuǎn)向通過箱體的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 洗機器人清洗系統(tǒng) 方案 根據(jù)以上提出的技術(shù)性能及要求，初步確定 清洗 方案如下： 第一種：結(jié)構(gòu)簡圖如圖 此種方案采用負(fù)壓履帶吸盤式盤滾組合式清洗，由于受到墻表面材料的影響較大，一般情況下，每兩塊瓷磚之間都有 4 5 毫米的縫隙，密封不可靠。 圖 構(gòu)一 圖 構(gòu)二 第二種：結(jié)構(gòu)簡圖如圖 這種方案采用了風(fēng)壓式壓緊，盤滾組合式清洗，清洗效率高，可靠性高 ，可以采用。但由于中間傳動的需要，結(jié)構(gòu)不對稱 ,風(fēng)扇的中心與刷子的中心不重合，刷洗壓力不均勻，中心不穩(wěn)定，容易引起震動問題。但可以考慮配重問題。 第三種：結(jié)構(gòu)簡圖如圖 圖 構(gòu)三 這種方案吸取了第二種方案的優(yōu)點，傳動的改變，使振動的問題減小，機體尺寸減小。 這種方案為螺旋槳風(fēng)壓式高層建筑外墻清洗機，其優(yōu)點是： 在清洗機外機架背后安裝可調(diào)風(fēng)壓系統(tǒng)來提供連續(xù)均勻的清洗力，螺旋槳可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制清洗壓力； 機架內(nèi)采用一清洗系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)裝置，方便的實現(xiàn)了縱橫兩不同清洗方向的調(diào)整，減少非作業(yè)時間，增加 了工作柔性，大大提高了工作效率； 應(yīng)用兩盤兩滾相結(jié)合的清洗方式，清洗液和清水分別由盤刷和滾刷提供以達(dá)到最佳清洗效果。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 綜合比較以上三種方案，根據(jù)設(shè)計要求，由于對于墻面的壓力要求大，工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)容易實現(xiàn)，最后我決定用第三種方案。 通過螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)使主機吸附在墻面上，并使盤刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，達(dá)到刷洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線，從而清洗干凈墻面。滾刷噴的是清水，將墻面沖洗干凈，以避免留下來的清洗機腐蝕墻面，同時盤刷和滾刷采用一個電機驅(qū)動，減小了清洗主機的重量，清潔 度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時間，以達(dá)到提高效率的目的。 洗機器人爬壁系統(tǒng)方案 本方案通過螺旋槳風(fēng)壓系統(tǒng)使主機吸附在墻面上，并使盤刷和滾刷壓緊，產(chǎn)生一定的刷洗壓力，通過電機帶動刷子轉(zhuǎn)動，達(dá)到刷洗的目的。旋轉(zhuǎn)的刷子的軌跡為包絡(luò)線，從而清洗干凈墻面。滾刷噴的是清水，將墻面沖洗干凈，以避免留下來的清洗機腐蝕墻面，同時盤刷和滾刷采用一個電機驅(qū)動，減小了清洗主機的重量，清潔度提高，清洗效率也提高了一倍；由于采用兩盤兩滾結(jié)構(gòu)可減少不必要的回程時間，以達(dá)到提高效率的目的。 洗機器人控制系統(tǒng)方案 計的基本原則 軟件為硬件服務(wù)，硬件根據(jù)軟件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，軟硬結(jié)合以達(dá)到最好的工作狀態(tài)。 供選擇的設(shè)計方案 第一個方案：單機控制，即由一個單片機控制整個系統(tǒng) ,由這個單片機完成清洗機主機和伺服懸吊系統(tǒng)的整個控制。 第二個方案：雙機控制，既由兩個單片機控制整個系統(tǒng)，一個單片機用于伺服懸吊系統(tǒng)的控制，另一個單片機用于清洗機主機的控制，這兩個單片機互相通信，沒有主次之分，它們互相執(zhí)行對方發(fā)出的指令，并分別向?qū)Ψ椒祷貭顟B(tài)信息。 第三個方案：主從控制，既由兩個單 片機控制整個系統(tǒng)，一個單片機用于伺服懸吊系統(tǒng)的控制，另一個單片機用于清洗機主機的控制。伺服懸吊系統(tǒng)單片機作為主機，清洗機主機單片機作為從屬機，由伺服懸吊系統(tǒng)單片機向清洗機主機單片機發(fā)出控制指令，清洗機主機單片機執(zhí)行指令，但并不向伺服懸吊系統(tǒng)單片機返回狀態(tài)信息。 案的分析 第一個方案，適用于簡單的控制系統(tǒng)，由一個單片機就能完成所有的工作。所有的被控器件動作距離小，沒有大距離的移動，不需要遠(yuǎn)距離通信。這種系統(tǒng)簡單容易買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 實現(xiàn)，成本低，但功能有限。 第二個方案，適用于大規(guī)模復(fù)雜的控制系統(tǒng)，單片機之間互相交 互，協(xié)同工作。能完成復(fù)雜的控制，可以允許受控器件做大距離的移動，可以實現(xiàn)高度的自動化控制，自動化實現(xiàn)程度高。但成本高，制作技術(shù)要求高，實現(xiàn)比較困難，并且在運距離通信時需要確保通信的穩(wěn)定，不失真，并且要有出錯檢測和信息數(shù)據(jù)重發(fā)機制。 第三個方案，適用中等規(guī)模的控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)一定規(guī)模的控制，但實現(xiàn)起來不是很復(fù)雜，技術(shù)要求不是很高，無需確認(rèn)，不用出錯檢測和信息數(shù)據(jù)重發(fā)機制，能夠允許受控器件做中等規(guī)模的距離移動。是一般控制系統(tǒng)的可選方案。 綜合優(yōu)缺點，本控制系統(tǒng)采用第三種控制方案。 它部分方案 料選擇 根據(jù)課題要求，總體重量越輕越好，由于使用清洗液，耐腐蝕性能也要好而且此產(chǎn)品是輕載荷，故材料首先選用鋁合金材料及非金屬材料。 整個及其涉及到齒輪減速器的地方，齒輪的材料經(jīng)過篩選與比較采用聚甲醛（均聚），見金屬機械加工工藝人員手冊 本機的各個傳動軸均采用硬質(zhì)合金 螺旋槳材料選用尼龍 66 (聚己二酰己二胺 )。 機架的材料采用鋁合金。 其他機件的選擇根據(jù)通常材料在重量最輕原則下進(jìn)行確定。 的潤滑問題 由于齒輪的材料已確定為聚甲醛，據(jù)機械工程手冊（第二版） 2工作要求少潤滑或無潤滑，。故不考慮齒輪的潤滑問題。 承的潤滑問題 大空心軸的轉(zhuǎn)速較低為 400r/起潤滑方式應(yīng)為脂潤滑，潤滑脂為鈣機潤滑脂。 注：以上潤滑脂的選擇見非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計手冊 章小結(jié) 本章確定了設(shè)計清洗機器人的總體方案。根據(jù)作業(yè)環(huán)境，對機器人從清洗系統(tǒng)、爬壁系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大方面進(jìn)行設(shè)計，選型和參數(shù)的確定。最后請教導(dǎo)師對設(shè)計的方案進(jìn)行校正，以確定設(shè)計的可行性和穩(wěn)定性。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 第 3 章 清洗機器人清洗系統(tǒng)設(shè)計 洗機器刷洗部分設(shè)計 按照 任務(wù) 書設(shè)計要求：清洗速度 s。 刷 設(shè)計 1）盤刷 采用在塑料體上在塑料毛的盤刷，其具有一定的彈性和剛度，可保證一定的壓緊力來清洗墻面，同時若墻面有一定高度的凸出物，塑料毛有一定的彈性可以退讓，順利通過。刷子半徑 214，有毛半徑 208，刷毛長度為 50，盤刷與聯(lián)刷體可通過螺栓來裝配連接。 2）聯(lián)刷體 采用聯(lián)刷體的目的： 1 使電機與盤刷連接起來 ; 2 使盤刷具有可換性； 3 可調(diào)節(jié)盤刷與墻面的距離； 聯(lián)刷體保證與電機連接處的強度、材料應(yīng)盡量輕，其結(jié)構(gòu)如圖 圖 刷體 3）盤刷的工藝性 根據(jù)資料可知：刷類的刷毛是用制毛器植上的，其基本原理如下： 在殼體剛注塑完時，趁著殼體還為硬化，用機械方法把刷毛植進(jìn)去。把一撮毛（約四至五根）折彎，在根部裝上一韌性卡子，用專門植毛機把毛插入未硬化的殼體內(nèi)，卡子插入后，待殼體凝固，便把刷毛固定下來，這樣整個植毛工藝就完成了。 根據(jù)上述原理，盤刷也可以采用這種方法制作，其技術(shù)要求： 毛孔直徑： 距： 5深： 10 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 每孔刷毛密度：五根 滾刷原理與上面相同 刷設(shè)計 采用在鋼軸外面加套橡膠軸套，在橡膠軸上栽刷毛的方法做成，可通過調(diào) 換橡膠套的方法調(diào)換滾刷，滾刷半徑為 106，有刷毛部分長度為 940。滾刷結(jié)構(gòu)如圖 圖 刷 為了控制的方便，減輕主機的重量，應(yīng)盡量減輕電機的數(shù)量，所以盤刷、滾刷共用一雙輸出軸電機，中間用齒輪和 V 帶傳動；從經(jīng)濟的角度考慮，采用普通的三相電機，帶動兩盤兩滾共四個清洗刷。 依據(jù)實際實驗，取洗刷的壓強為螺旋槳工作壓力為 20 公斤力。四個角輪 分別承受 3 公斤力。盤滾刷均承受兩公斤力 刷毛與墻面的摩擦系數(shù)為 =盤刷求積分轉(zhuǎn)矩為 : 1) 洗力矩： 盤刷 ： .F 兩個刷子的轉(zhuǎn)矩 ： 滾刷： .所需總的刷洗力矩： 1 .2) 初定盤刷轉(zhuǎn)速： 360r/據(jù)刷洗力矩，型號為 定功率 550W,轉(zhuǎn)速 900r/鍵 4 20，保持轉(zhuǎn)矩為 洗部分所用彈簧的設(shè)計 1）彈簧的種類：采用圓柱螺旋壓縮彈簧 ; 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 2) 彈簧的材料 ：根據(jù)機械設(shè)計手冊選用碳素彈簧鋼； 3）彈簧的設(shè)計計算 1 根據(jù)機械設(shè)計手冊取彈簧的工作圈數(shù) 2 根據(jù)機械設(shè)計手冊取彈簧絲直徑： ， 允許極限負(fù)荷下的單圈變形： kg/P 彈簧節(jié)距： 最大工作載荷： P 極限工作載荷： P 彈簧每圈展開長度： 3 計算數(shù)據(jù) 彈簧中徑： 彈簧內(nèi)徑： 彈簧間隙： . 彈簧總展開長度： 螺旋角： 7 彈簧自由高度： d)( 允許極限負(fù)載時彈簧高度： . 彈簧旋向：左旋右旋均可 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 空心軸設(shè)計 為了在盤刷中心噴清洗液，并使噴嘴不隨盤刷轉(zhuǎn)動，需在盤刷內(nèi)用滾動軸承固定?？招妮S的一端連接盤刷體，另一端與水管相連，在盤刷體轉(zhuǎn)動時，空心軸固定不動，其結(jié)構(gòu)如圖 圖 心軸 工作時清洗液從中間的孔流出，噴到墻面上，幾乎不受外力彎矩、扭矩，所以略去剛度、強度的計算。 洗機主機滾輪的設(shè)計 當(dāng)清洗機工作時，風(fēng)機向后吹出強大的高速氣流，把清洗機壓向墻面，與墻面接觸的盤刷和滾刷都為柔性件，太大的壓力會使刷毛彎曲 過多，損壞加劇，所以大部分壓力應(yīng)由滾輪來承擔(dān)，同時也增大了滾輪與墻面之間的摩擦力。當(dāng)電機驅(qū)動時，清洗機橫向行走。所以滾輪與墻面之間應(yīng)有良好的接觸 ，不可打滑。結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖 圖 洗機主機滾輪結(jié)構(gòu)圖 機上傳感器及行程開關(guān)的選擇 為了增強清洗機的自動化程度，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在清洗機主機上安裝傳感器，以識別墻面的材料，來確定清洗機的進(jìn)退預(yù)停止。通過查手冊傳感器技術(shù) ,選用德國司生產(chǎn)的超聲波傳器，其特點：有效作用距離大，與被測物的顏色、周圍環(huán)境無關(guān)，具有開關(guān)量和模擬量兩種輸 出，有利于控制。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 在清洗機主體的上下部安放超聲波傳感器，為了安全，在下邊緣安裝行程開關(guān)，結(jié)構(gòu)可見總裝配圖 ,該行程開關(guān)型號為： 它具有彈性環(huán)節(jié)，可以緩沖猛烈的沖擊，并給單片機控制系統(tǒng)一個輸入信號，單片機經(jīng)過識別后，處理中斷，加強自動化，保護(hù)主機。 合纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于本機的復(fù)雜性，管線較多（包括清水管，清洗液管，電纜，數(shù)據(jù)線，控制線等），且為了安全性，設(shè)計復(fù)合纜。由于各個管路的功能不同，且方便控制，決定采用分開復(fù)合的方法，結(jié)構(gòu)如圖 圖 合攬結(jié)構(gòu)圖 鋼絲繩是起重機上應(yīng) 用最廣的撓性構(gòu)件，其優(yōu)點是：卷繞性好，承載能力大，對于沖擊載荷的承受能力也強，卷繞過程中平穩(wěn)，即使在卷繞速度高的情況下也無噪聲，由于繩股各鋼絲斷裂是逐漸發(fā)生的，一般不會發(fā)生整股鋼絲繩突然斷裂，工作時比較安全可靠。在本復(fù)合纜中選用的型號： 選鋼絲繩的破斷拉力應(yīng)滿足下面的條件： 繩繩 N/ (繩S 鋼絲繩破斷拉力（公斤） 鋼絲繩工作時承受的最大 靜拉力（公斤） 繩N 根據(jù)機構(gòu)重要性，工作類型及載荷情況而定的鋼絲繩安全系數(shù)。 所選鋼絲繩為 8，由資料查得此型號鋼絲繩破壞拉力為 3130 公斤。因此機構(gòu)為輕級起重機構(gòu)，所以選繩 N=5?？紤]整個清洗機，由于體積較小，重量較輕，最大的靜拉力為 400 公斤。 由公式 ( 582574003130N/ A X ./繩繩 所以選用的鋼絲繩強度足夠。 章小結(jié) 本章確定了刷洗部件 (盤刷、洗刷 )的尺寸及其他部件的設(shè)計，應(yīng)用雙刷系統(tǒng)，有利于對水的利用效率。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 第 4 章 清 洗機器人風(fēng)壓系統(tǒng)設(shè)計 用風(fēng)壓的意義 采用風(fēng)壓作為洗刷壓力，可以避免因外墻材料和形狀的變化對穩(wěn)定性和可靠性的影響，即有障礙物，或者有突起，對壓力影響不大，提高了可靠性，對建筑物外形形狀的適應(yīng)性也更強。 本原理 采用正壓與負(fù)壓相結(jié)合，利用偏心壓緊，使清洗機的輪的一端先接觸墻面，形成一個相對小的腔體，再利用懸吊系統(tǒng)，使清洗機逐漸靠近墻面同時，風(fēng)機電扇的旋轉(zhuǎn)，會使空氣流動，與外界大氣產(chǎn)生一定的壓力差，從而產(chǎn)生一定的負(fù)壓，使清洗機壓緊墻面?？諝饬鹘?jīng)由進(jìn)口導(dǎo)流器、收斂器、進(jìn)入風(fēng)扇，在離心力的作用下 ，流出蝸殼，與機體相碰撞，會產(chǎn)生一定的壓力，以減小空氣流的速度。隨著腔體的越來越小，和清洗液的涂抹，機體內(nèi)的壓強會越來越小，產(chǎn)生負(fù)壓，使清洗機壓緊墻面。當(dāng)腔體很大時，空氣會流通暢快，產(chǎn)生正壓，使機體壓緊墻面。隨著腔體變小，空氣流速度減小，正壓減小，負(fù)壓增強，調(diào)整電機轉(zhuǎn)速，可得到所需的壓力，使清洗機具有一定壓力的貼在墻體表面，提供連續(xù)均勻的清洗力，通過調(diào)節(jié)螺旋槳的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)清洗力的大小 ，以達(dá)到最佳清洗效果。如對于玻璃墻面，采用低轉(zhuǎn)速，對于磚墻，采用高轉(zhuǎn)速，調(diào)速由電機的星 三角轉(zhuǎn)換完成。 動計算的 原始數(shù)據(jù)與技術(shù)要求 原始數(shù)據(jù)給定為： 箱體的長 寬 高 =9451080540 其中的充氣體積為 V=2408033527 =9451080540033527 =377460000旋槳初定選用參數(shù)： 1. 螺旋槳直徑 D 的選擇： D 約為 10002. 所選電機：選用普通的三相電機，由于螺旋槳的要求轉(zhuǎn)速較高，故選用風(fēng)扇電機的功率為 03W，額定電壓為 380V，轉(zhuǎn)速為 780r/. 電機軸與螺旋槳直接用鍵和軸連接，輪轂和電機軸過盈配合由 定位銷定位。因螺旋槳的洗刷壓力始終使螺旋槳壓向電機，不會甩脫。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 4. 被壓縮氣體進(jìn)口條件下的容積效率為 v =10% 流量 / m i 30104107 8 0503 3 03 3 0143 39 . /. 進(jìn)口氣體參數(shù)為 ： 0593K； s 技術(shù)要求為： 量輕； 000 小時以上； 行安全可靠。 壓部分力學(xué)計算 風(fēng)