毕业设计论文玻璃清洁机器人设计.docx

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1、摘要随着社会的发展，越来越多的机器人替代了人力劳动。利用人力对高空幕墙的玻璃进行清洗十分不便，为此玻璃自动清洁机器人应运而生。将会替代人力进行玻璃的自动清洗,势必会产生相当大的经济效益和社会效益。本次设计中的玻璃清洁机器人，为了完成玻璃的自动清洗，主要包括机械结构和控制系统两个部分。机械结构部分包括玻璃自动清洁机器人的吸附机构，清洗机构，以及移动机构。通过吸附机构实现机器人在壁面垂直工作，清洗机构来进行玻璃的清洗，移动机构来实现机器人的移动。控制部分包括气压传动系统以及可编程逻辑控制器（P1C）的控制系统。通过可编程逻辑控制器来控制气压系统中电磁阀的工作状态，以此来实现气压的动力传导，推动气缸

2、来实现具体的运动轨迹。关键词玻璃清洁；机器人；气压传动；P1CAbstractWiththedeve1opmentofsociety,moreandmorerobotsarerep1acinghuman1abor.Itisveryinconvenienttousethemanpowertoc1eantheg1assofthehigha1titudecurtainwa11.Therefore,theautomaticc1eaningrobotofg1asscameintobeing.Theautomaticc1eaningofg1asswi11berep1acedbymanpower,andit

3、wi11produceconsiderab1eeconomicandsocia1benefits.Inthedesignoftheg1assc1eaningrobot,inordertocomp1etetheautomaticc1eaningofg1ass,main1yinc1udingmechanica1structureandcontro1systemoftwoparts.Themechanica1structurecomprisesanautomaticc1eaningmechanismfortheg1ass,ac1eaningmechanismfortherobot,ac1eaning

4、mechanism,andamovingmechanism.Throughtheadsorptionmechanism,therobotcanworkvertica11yonthewa11,thec1eaningmechanismcanc1eantheg1ass,andthemovingmechanismcanrea1izethemovementoftherobot.Thecontro1sectioninc1udesapneumatictransmissionsystemandaprogrammab1e1ogiccontro11er(P1C)contro1system.Aprogrammab1

5、e1ogiccontro11erisusedtocontro1theworkingstateoftheso1enoidva1veinthepneumaticsystem,soastorea1izethepowertransmissionoftheairpressureanddrivethecy1indertorea1izethespecifictrajectory.Keywordsg1assc1eaningrobotpneumatictransmissionP1C摘要IAbstractI绪论11.1 课题背景及意义11.2 国内外玻璃清洁机器人现状11.2.1 国外玻璃清洁机器人现状11.2.

6、2 国内玻璃清洁机器人现状31.3 各种玻璃清洁机器人的性能比较与分析41.4 本文主要研究内容42玻璃自动清洁机器人的机械结构52.1 玻璃自动清洁机器人的总体方案52.2 玻璃自动清洁机器人的吸附机构52.2.1 吸盘介绍52.2.2真空发生器72.2.3受力分析72.2 玻璃自动清洁机器人的清洗机构101. 2.1清洗机构滚刷的选择102. 2.2清洗机构传动方案的选择113. 2.2清洗机构电机的选择124. 2.3清洗机构水源的选择132.3 玻璃自动清洁机器人的移动机构142. 3.1玻璃自动清洁机器人向右移动情况分析143. 3.2玻璃自动清扫机器人向下移动情况分析164. 3.

7、3玻璃自动清扫机器人向左移动情况分析175. 3.4玻璃自动清洁机器人总体移动情况分析183玻璃自动清洁机器人的气压系统215.1 气压缸的选型226. 2气压泵的选型227. 3单向节流阀238. 4电磁阀的选型249. 5行程开关的选型244玻璃自动清洁机器人的控制系统2510. 1P1C简介2510.1 P1C选型2510.2 P1C的接线图2610.3 P1C的梯形图29总结31致谢32参考文献321绪论1.1 课题背景及意义近年来，人类开始进入了飞速发展的阶段，越来越多的劳动力被机械取代。21世纪是智能化的时代，智能化和自动化成为了社会发展的主流。机器人在这样的环境下应运而生,并且广

8、泛应用于农业、工业以及社会服务行业等。在众多行业中，机器人替代了传统人力,而且工作效率和经济成本都比人力要高许多。随着社会的发展，越来越多的高楼大厦林立在都市中。而绝大数的高层建筑的外壁大都数采用的都是玻璃材料，一是由于玻璃的材料具有保温防潮不易老化等优秀的物理性质，二是由于玻璃的美观实用。随着工业的发展，城市的环境也变得越来越恶劣，空气中的粉尘越来越多，即使玻璃的耐脏性很强，然而使用时间一旦过长，玻璃也需要进行清洗,这样才能使玻璃保持其美观性。许多城市的高楼高达几十米甚至上百米，而且高楼壁面的玻璃大部分都很平整，没有支架来让清扫工作人员进行作业，这样一来就为高楼壁面的清洗带来了很大的难度。很

9、多时候，我们都可以看到高楼上的清洁工身上挂着吊索，以此来进行高楼的玻璃清扫工作。这样进行工作，不仅在高空中劳动效率低下，劳动强度大，而且安全性低，很容易发生事故。如此一来，玻璃幕墙的清洗变得十分艰难。在这一背景下,玻璃自动清扫机器人也就自然而然地应运而生。玻璃自动清扫机器人如果能够广泛投入使用，不仅会避免人力劳动带来的安全隐患，而且会降低高楼壁面的清洁成本，提高清洁效率。1.2 国内外玻璃清洁机器人现状21世纪以来，智能机器人技术正在突飞猛进地发展。各式各样的机器人也犹如雨后春笋一般，不断地问世。机器人技术涉及的领域也越来越广，包括检验，探索，运输以及操作任务。各国家也高度重视，投入了大量的经

10、费来支持只能机器人行业。玻璃清扫机器人也在近年得到了很多发展。1.2.1 国外玻璃清洁机器人现状玻璃自动清洁机器人属于一种极限作业机器人，即可以在工作环境人为很难接受的状态下工作。更加细分，则应分为爬壁机器人，即可以垂直在壁墙上进行攀爬。这一类机器人最大的特点在于可以克服重力做垂直运动，因此，吸附装置成了这类机器人最核心的部件。最先研究这一领域的是日本，1966年，日本的大阪府立大学利用电风扇一侧的低气压作为吸附力，从而使机器人可以在玻璃墙壁上进行垂直运动而不掉落。这台机器只是一台样机，并不能实际投入使用，然而这标志着玻璃自动清扫机器人的诞生。1975年，制作者又对这一机器人进行了改进，采用了

11、吸盘机构来产生吸附力，利用轮子进行行走。此后，玻璃自动清洁机器人收到了很多国家的高度重视，许多大国纷纷投入人力和资金来研究这一产品。图IT1966年日本的爬壁机器人美国也是研究壁面移动极限作业机器人较早的一个国家，1989年，美国的州立威奇托大学的研究小组，利用仿生学原理，研制出了拥有四条腿，能和动物一样移动的机器人。这一机器人主要应用于飞机表面的质量检查。而后，英国的朴次茅斯大学制作了一种叫做robug的机器人。顾名思义，这一机器人的外形很像虫子，它拥有八条腿来进行吸附和移动，这样一来比1989年美国的机器人更加的稳定，移动方式也更加多样化。图1-2英国的robug机器人1.2.2 国内玻璃

12、清洁机器人现状相比较国外而言，国内在玻璃清洁机器人方面的起步比较晚。然而，在国家“863”计划的支持下，近几年由于国家的支持和国内科研人员的不断努力，国内也研制出了很多类型的玻璃清洁机器人。例如浙江大学、上海交大以及哈工大等，都在玻璃清洁机器人方面取得了突破性的成绩。上世纪80年代后，哈尔滨工业大学首先在玻璃清洁机器人方面取得成果。1994年，哈工大的研究组利用永磁体作为主要的吸附力，吸盘加以辅助，制作成了名为C1R-I的机器人。这一机器人采取了履带式的行走机构，可以任意改变方向。这一产品的推出标志着国内爬壁机器人的诞生。几年以后，哈工大又对C1R-I机器人进行了优化，利用两轮的速度差来实现机

13、器人的转动以及全方位移动，以此命名为C1R-II。图1-3哈尔滨工业大学的玻璃清洁机器人此后，上海大学也进行了一系列自动爬壁机器人的研制，不仅如此，上海大学的研究人员还研制出了可以沿球面爬行的机器人。该机器人采用了多吸盘吸附的方式，利用负压吸附，六条腿均采用独立的驱动方式，能够适应不同曲率的球面。与先前哈工大研制出的清洗机器人相比，上海大学的可以更好的进行障碍的跨越，具有更加优秀的适应性。图1-4上海大学的六足玻璃清洁机器人1.3 各种玻璃清洁机器人的性能比较与分析玻璃清洁机器人的核心部分在于壁面垂直移动装置。如何使机器人在壁面上克服重力进行垂直移动是玻璃清洁机器人的重点和难点。如此一来，吸附

14、方式的选择成了玻璃清洁机器人首先需要解决的问题。目前市面上常用的吸附方式分为两大类，一类是磁吸附，另一类是真空吸附式。磁吸附式的玻璃清洁机器人又分为永磁式和电磁式。永磁式的与电磁式的相比，可以避免断电带来的问题。磁吸附式的玻璃清洁机器人优点在于磁力可以提供很强大的吸附力，足够让机器人在壁面上进行垂直移动。然而这类机器人也有致命的缺点，壁面必须具有良好的导磁性才能产生吸附力。这类机器人一般适用于特定场合，作为一般性的玻璃清洁很难完成任务。为此，真空吸附式的玻璃清洁机器人就避免了这一问题，只要壁面不是特别粗糙，都可以采用真空吸附式的机器人进行操作。玻璃表面的摩擦系数一般在O.10.4之间，采用真空

15、吸附可以使机器人良好地吸附在壁面上。1.4 本文主要研究内容本文主要从机械结构和控制系统两个方面进行研究。玻璃自动清洁机器人的机械结构部分包括吸附机构，移动机构，以及清洗机构。控制系统包括气压传动系统以及P1C控制系统两大部分。2玻璃自动清洁机器人的机械结构2.1 玻璃自动清洁机器人的总体方案玻璃清洁机器人必须拥有吸附机构来实现在玻璃上的吸附，移动机构来实现在玻璃上的移动，以及清洗机构来实现玻璃的清扫。总体来说，玻璃清扫机器人的机械结构包括吸附机构，移动机构和清洗机构。玻璃自动清洁机器人的总体设计方案如下图所示：1Y向气缸2,4,11,14腿支架3,5,12,15吸盘组6电动机7X向气缸8,9一滚刷10,16十字框架13P1C控制器2.2 图2T清洗爬壁机器人三维实体模型2.3 玻璃自动清洁机器人的吸附机构玻璃自动清洁机器人的吸附机构主要组成部分是吸盘。通过吸盘来进行吸附，以此来克服重力使其不倾翻。2.2.1吸盘介绍如何克服重力，使玻璃自动清扫机器人实现垂直方向的运动而不倾覆是玻璃自动清扫机器人的一大难点。本次设计采用了真空吸附的原理，利用真空发生器来产生真空，真空发生器通过通气口来抽离P2的空气，从而使吸盘内部的气压P2与大气压P1形成压力差,利用大气压的压力“压住”机器人，从而使玻璃清扫机器人能够垂直运动，不受重力的干扰。