外窗玻璃清洗机构设计开题报告

广东技术师范学院天河学院本科毕业设计开题报告题 目： 外窗玻璃清洗机构设计 系 别： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 年 月 日- 2 -本科毕业设计开题报告系别专业班级姓名学号联系方式题目一、 选题背景（设计的社会与市场的需求性、生产必要性、经济性等）1.2 选题背景1.2.1 题目来源 社会需求1.2.2 研究的目的和意义现在随着生活水平的提高，不管是城市还是农村，大家的居住环境都大大提高。农村大多盖着两层的小洋楼，城市大量高层的居住小区也不断涌现。人们生活环境在不断提高的同时，一些生活上的问题也暴露出来。门窗是房子的眼睛，现在人都喜欢给自己的房子选个漂亮的窗户。独特的架构、各种各样的花式玻璃装扮着房子，可是这些门窗的清洁却给人们带来些不大不小的困扰。现在对于门窗的清洗大多是人工自己动手拿抹布擦洗，往往累人又脏人；而且碰到那些高层的住宅，那些暴露在外的门窗的清洗还伴随着一些人身安全问题。设计一个自动（半自动）的用来清洗家庭门窗的机器。既可以减轻人们的生活负担，提高生活水平；还能解决那些高空作业者的安全问题。目前市售的擦窗器，大多采用在伸缩杆的前端设置塑料泡沫擦头而构成。其存在的问题是清洁效率低，操作不方便，特别是用于高层建筑玻璃窗的室外清洁时，不方便操作的问题尤为突出。为解决其擦窗器清洁效率低、不适合高层建筑玻璃窗的室外清洁问题，提供了一种“电动擦窗器”，其采用可展开成一定夹角的上、下支杆并配置装配盘形清洁刷的电机，而构成一种便于在室内操作对玻璃窗外面进行擦拭的电动擦窗器，并且使玻璃清洁的效率大大提高。本设计产品涉及一种由交流微型电动机传动盘刷，利用其旋转擦拭清洗门窗玻璃的电动玻璃窗清洗装置，尤其是一种设置有去污清洁剂压射软管、自来水导水管、喷嘴，握手柄可多节接长的电动玻璃窗清洗装置。适用于家庭、车辆、商场及公共场所不同面积不同高度的门窗玻璃清洗.现行的门窗玻璃清洗方法，普遍为手工干擦或水洗.刘于高处的清洗面，或使用长杆鸡毛革扫拂，或使用水管喷射，往往是灰尘飞扬、或溅水湿身，费时费力仍难以洗净;至于沾了油污的坡璃，则更难洗净。对于多层楼房的外层窗玻璃清洗，爬窗台、甚至探身窗外，则很不安全。本设计产品的目的是要提供一种轻巧方便的单手就能操作的电动玻璃窗清洗器，它既能干擦，又能水洗;在水洗沽油污玻璃时，随时可向清洗面控制注射去污清洁荆以及喷射冲洗水流，使之一次洗净。手持其斜向握手柄，只要将手臂伸出窗外，就可安全清洗窗户外层玻璃.握手柄经多节自由接长后，无须登高就可有效清洗高处玻璃。随着社会的不断发展，科技日新月异人们生活水平越来越高，一些曾经只是用在特殊场合或服务于高端的科技技术业逐渐走进平常生活，服务于人们的日常生活，代替人们劳动。“机器人是传统的机构学与现代电子自动化技术相结合的产物,是计算机科学、控制论、机械学、电子技术等多学科综合性的高科技产物, 是典型的机电一体化产品。它是一种仿人操作,可使用于各种复杂环境。机器人技术的出现和发展,不但可以部分取代人完成各种恶劣环境下的工作,而且将对人类社会产生深远的影响。 壁面清洗机器人是极限作业机器人的一个分支,其目的是代替人类,在核工业、石化企业、建筑行业、消防部门、造船等领域中的危险状态下作业,具有极其广泛的用途和很高的使用价值。自从二十世纪六十年代出现以来,受到人们的广泛关注。本文所研究的壁面清洗机器人是用于对光滑的建筑壁面进行清洗的爬行机器人,具有一定实用价值和应用前景。”壁面清洗机器人的运动控制系统设计闫军涛，重庆大学。二、课题设计2.1课题的内容（根据任务书，说明本课题要求设计的内容，并从机械参数、安全性、维护性、使用性能进行说明，如机械工作时噪声要求、运转性能等）实现本课题设计目的的具体技术方案是:电动水旋式擦玻璃工具包括:一个瓶体瓶口设有喷水头的喷水器;一个内设微型伺服电动机、外接杆的清洗头;一个其内穿有水管、电线并连接清洗头、喷水器的杆;瓶口上的喷水头接喷水管;清洗头由微型伺服电动机、清洗刷头组成，微型伺服电动机装在电机固定壳内，外壳上设有喷水管接口;杆上设有手柄，与清洗头端通过万向联轴节连接;手柄上表面设有电源开关，内部装有电池。本玻璃清洗器结构简单，擦洗效果好、轻便，操作使用方便，成本低，适合广泛使用。2.2课题的目的（目的应该包括设计的原因，如解决工程实际问题、解决生产需要等；还包括设计或改进的可能性。）目前社会上的外窗玻璃清洁器大多数都是磁吸手动清洁器，可以同时清洗双面玻璃，的确方便不少。可是也有不少缺点，1.由于是磁吸的原因，擦洗放置时有高空危险，2.磁铁的强度范围难控制，磁力太强导致移动困难，磁力太弱导致擦洗不干净，3.手动擦洗费时费力，不同的玻璃窗有不同的规格，某些玻璃窗有1.5m甚至更高，擦洗高度太高，一般人够不着，4.对于粉尘积聚的污渍难以清洗干净。 结合以上缺点要解决这些问题，本人构思了一个半自动的外窗玻璃擦洗器，一种可以变换多种角度和长度的清洁器，利用伸缩杆以及万向联轴节设计而成的清洁器，这种形状可以让人站在窗内握住清洁杆而电动清洁头伸出窗外，加上万向联轴节的配合让清洁盘正对外窗，这样可以高效安全的完成外窗的清洁，而且多角度变换清洁器的变形特性，可以到达清洁普通方法难以达到的地方，希望可以解决人们生活中的一些问题。2.3课题的意义（对本课题设计的性能参数的改进，对行业贡献、解决生产实际需求、对社会产生的影响、产生经济效益等，自身的提高等）本设计产品涉及一种由伺服微型电动机传动盘刷，利用其旋转擦拭清洗门窗玻璃的电动玻璃窗清洗装置，尤其是一种设置有去污清洁剂压射软管、自来水导水管、喷嘴，握手柄可多节接长的伺服电动玻璃窗清洗装置。适用于家庭、车辆、商场及公共场所不同面积不同高度的门窗玻璃清洗. 现行的门窗玻璃清洗方法，普遍为手工干擦或水洗.对于高处的清洗面，或使用长杆鸡毛革扫拂，或使用水管喷射，往往是灰尘飞扬、或溅水湿身，费时费力仍难以洗净;至于沾了油污的坡璃，则更难洗净。对于多层楼房的外层窗玻璃清洗，爬窗台、甚至探身窗外，则很不安全。本产品设计的目的是要提供一种轻巧方便的单手就能操作的交，直流电两用的电动玻璃窗清洗器，它既能干擦，又能水洗;在水洗沾油污的玻璃时，随时可向清洗面控制注射去污清洁剂以及喷射冲洗水流，使之一次洗净。手持其斜向握手柄，只要将手臂伸出窗外，就可安全清洗窗户外层玻璃.握手柄经多节自由接长后，无须登高就可有效清洗高处玻璃三、课题研究现状3.1国外研究现状（国外在本课题方面的研究情况及最新发展趋势）日本GREEN PACKS公司（总部：京都府长冈京市）在“第74届东京国际礼品展”（2012年9月57日，东京有明国际会展中心）上展出了玻璃窗清洁机器人“WINDORO”。该机器人有两部分，分别贴在玻璃窗内外两侧，一边上下左右同步移动一边清洁。可清洁厚度为5mm15mm的玻璃窗。WINDORO的机身由两部分组成，一部分是装有4个圆形旋转垫及液体洗涤剂喷出口的“外表清洁装置”，另一部分是安装了驱动轮负责行驶的“内面导航装置”。两部分利用永久磁铁的磁力隔着玻璃吸在一起，外表清洁装置会随着内面导航装置一起移动。 机器人的工作步骤如下。将机器人的两部分分别放在玻璃窗的内外两面，将其对准设置在一起，按下启动按钮后，机器人就会上下、左右各往返一趟，识别窗户的大小。然后，机器人会移动至窗户上端，开始左右来回移动，同时慢慢向下走。当窗户宽度在2m以上时，机器人就会将窗户分成左右两部分来清洁。清洁完毕后，机器人会返回最初设置的位置停下来。清洁装置主要安装在外表清洁装置内，但内面导航装置也配备有超细纤维清洁垫，因此也有一定的去污作用。由于两部分之间使用永久磁铁来相互吸引，因此不用担心在断电时会掉下来。机身中内置锂离子充电电池，通过用连接线将各部分与电源插座连接起来充电。充电约150分钟可使用约90分钟。在清洁过程中，当电池电量降至20%以下时，机器人就会自动返回最初设置的位置上。机身尺寸及重量方面，内面导航装置为218×211×51mm、1.6kg，外面清洁装置为210×208×47mm、1.3kg。移动速度为80mm/s。附带可改变机身移动速度及方向的遥控器。 3.2国内研究现状（国内在本课题方面的研究情况及最新发展趋势）国内外关于门窗壁面清洗器的设计成果已经有了很多，但很多都还只处于试验阶段，真正成功开发成产品的很少。现在列举一些国内有关这类清洗器申请的专利：电动玻璃窗清洗器季照根，专利号CN86203031，1987; 门窗玻璃擦洗机毕嗣东,中国专利:CN2505017,2002-08-14; 手柄式玻璃窗擦洗机刘兰天. 中国专利:CN2205176,1995-08-16; 玻璃两面喷水擦洗器沈永革. 中国专利:CN2560298,2003-07-16. 像这些不管是全自动的爬墙式清洗机器人还是半自动的窗玻璃清洗器国内外的专利已经很多.现在主要的研究集中在清洗器的清洗头上,也就是直接接触玻璃的部分. “喷头是高压水射流的执行元件,喷头的研究开发一直是水射流研究的一项重点。近年来,随着高压水射流清洗技术应用的广度、深度的不断提高,高压水射流技术出现了快速发展的势头。旋转喷头以其清洗效率高,清洗效果好等特点在开发与应用中也日益受到人们的重视,取得了很大的成就。”高压水射流清洗技术中的旋转喷头王正钦; 管华; 刘庭成; 北京科技大学机械工程学院; 清洗世界 , Cleaning World, 编辑部邮箱 2007年 01期四、课题设计方案4.1设计方案选型与分析（选择多种方案比较，分析优缺点）折弯式 受市场上一些现有产品铰链结构的启示，经过思考，我们设计出这样一种方案：清洁器由3节组成，在两个铰接处设计了锁死机构。工作中，铰接处于锁死状态，各节杆不能产生相对运动。当需要调节清洁器形状时，先松开锁死机构，然后将清洁器折成所需形状，再锁死铰接。按此思路设计出的清洁器有如下不足：操作不方便，变形时需停止清洁工作，且折成所需形状后再次锁死时较麻烦，可能需要他人帮助。变形后清洁器有效长度明显变短，需接加长杆才不至于影响正常工作。磁铁吸附式该方案采用一对磁铁位于玻璃两侧互相吸引的原理，人站在室内移动其中一个，靠磁力让另一个在玻璃外侧移动，达到清洁的效果。该方式虽然比较安全，但是由于靠磁力移动，对玻璃的厚度有要求，而且只能解决这一个问题，适应性不广，而且由于磁力范围的限制，使得清洁的效率不高，操作起来十分不方便。电动水旋式 该方案采用微型电动机带动刷头旋转来清洗玻璃，采用伸缩杆与万向联轴节组合，另外还配有压力喷水壶。该组合的有以下优点：三个万向联轴节可以调节各种角度，两条伸缩杆调节长度，操作者站在屋内安全且方便清洗外窗玻璃。电动机旋转带动刷头清洗，压力喷壶经水管把水喷出，利于清洁顽固的污渍，操作者只需要按下喷壶的按钮并且移动伸缩杆。把手的最低端装有窗台导轨固定器，该固定器起到保证清洗机固定在窗台导轨的作用，使操作更加安全规范，不必担心清洗机从高楼落下。4.2方案的确定 经过与毕业设计指导老师李老师的讨论与研究，方案三电动水旋式更加符合现实要求。方案一折弯式虽说可行，但是结构简单，操作繁琐并且不安全；方案二磁铁吸附式是现市场上主流的外窗清洗工具，但是经过网上查询，发