毕业设计（论文）玻璃清洁机器人吸附机构设计

1、中国地质大学江城学院毕业设计（论文）分类号 密级 U D C 中国地质大学江城学院毕业论文（设计）玻璃清洁机器人吸附机构设计姓 名： 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 25201102 学 号： 2520110218 指导教师： 论文外文题目： 玻璃清洁机器人吸附机构设计 论文主题词： 玻璃清洁机器人 复合吸附方式 螺旋桨式轴流风机 外文主题词： lass-wall cleaning robot Combined suction method Propeller type axial flow fan 论文答辩日期： 答辩委员会主席： 评阅教师： 原创性声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要玻璃幕墙清洁机器人是具有特定功能的壁面移动机器人，是特种机器人的一个分支。它不仅可以用于高层建筑外表面幕

2、墙的清洗，还可用于特殊环境或者特殊设备的表面清洗以及检查。它是基于壁面移动机器人技术，并针对具体的作业对象研发具有明确功能的实用型机器人。其主要工作在高层建筑的玻璃幕墙表面，克服重力对自身的作用，携带清洗作业设备对建筑物玻璃幕墙表面进行清洗，从而将人们从危险的高空作业环境中解脱出来，不仅可以避免发生意外事故，而且可以提高清洗效率、节约成本，具有可观的市场前景。本文将在分析玻璃清洁机器人常见的吸附方式，以及国内外对玻璃清洁机器人所开发的新型吸附方式后，提出采用螺旋桨式轴流风机产生负压作为作为吸附方式的经济适用型吸附机构。在对机器人整体设计方案进行介绍，提出模块化的组装结构。在这基础上，对机器人的吸附机构进行设计分析，然后应用相关理论和设计软件进行参数设计和部件的结构设计，验证吸附机构。最后利用Pro/ENGINEER创建出所设计的玻璃清洁机器人吸附机构三维实体模型以及机器人整体模型。 关键词：玻璃清洁机器人 复合吸附方式 螺旋桨式轴流风机AbstractGlass-curtain-wall-cleaning robot is a wall climbing robot with spec

3、ial functions, with is a branch of special robot. It not only can be used for cleaning the outer surface of the curtain wall of high-rise buildings, can also be used for surface cleaning and checking of special circumstances and special objects. It is a practical robot based on technology of the wall-climbing robot and having a clear function for specific research and development of the robot. Its main function is to overcome the effects of gravity on their own with cleaning equipment for cleani

4、ng in the glass-curtain wall-cleaning surface of high-rise buildings so that it can free people from dangers of aerial working environment, thus avoiding accidents, improving the efficiency of cleaning and saving costs. It has a considerable market prospect. In this paper, analysis of glass cleaning robots popular method of adsorption, as well as adsorption to glass cleaning robots developed by the new approach, using propeller-type axial-flow fan to create negative pressure as the economic appl

5、ication of adsorption mechanism of adsorption.Describes the overall design of the robot, presented modular assembling structures. On this basis, the adsorption mechanism and the design of the robot, and then apply the relevant theory and design structure design of software for design and components, verify the adsorption mechanism. Final application of Pro/engineer to design the robot building solid model.Key words: Glass-wall cleaning robot; Combined suction method; Propeller type axial flow fa

6、n目 录第一章 引言1.1 课题研究的背景及意义11.2 国内外对玻璃清洁机器人吸附方式的研究概况11.3 吸附方式的发展趋势31.3.1 吸附方式将更多地采用仿生技术41.3.2 向适应微小型化机器人发展41.4 小结5第二章 玻璃清洁机器人总体规划2.1 吸附机构62.2 清洁结构82.3 行走机构82.4 水电供应系统92.5 小结10第三章 吸附机构结构设计3.1 吸附原理113.2 吸附方式的实现123.2.1 风机推力123.2.2 负压的产生143.3.3 真空腔的负压与叶片推力可合成153.3 小结17第四章 模型建设与仿真验证4.1 GAMBIT几何造型建模图184.2 仿真验证194.3 详细结构方案224.4 小结23结束语24致 谢25参考文献26附录27IV第一章 引言1.1 课题研究的背景及意义玻璃清洁机器人是拥有特殊功能的壁面移动机器人，是可以在垂直和倾斜的玻璃表面上进行清洗作业的特种机器人1。作为一种可在高空极限环境下工作的自动化机械装置，它的发展现在越来越受到人们的关注。而吸附装置是玻璃清洁机器人包括移动装置、清洁装置、控制装置在内的核心装置，玻璃清洁

7、机器人性能的优异直接取决于机器人吸附装置性能的优异。玻璃清洁机器人吸附机构的研究，有两个问题必须要妥善处理好：一是如何稳当地吸附于玻璃表面；二是使机器人吸附在玻璃表面的同时又不影响机器人在玻璃表面上移动。玻璃清洁机器人要想具备有良好的移动能力就得损失一定的吸附能力，但是当吸附装置提供的吸附力过强又会给机器人在玻璃表面的移动带来困难，所以机器人在玻璃表面上的吸附与移动这是个自身矛盾的问题。就是优化吸附和移动的关系，既要求吸附装置的研究设计方案在保证玻璃清洁机器人吸附装置为机器人提供足够的吸附力的同时，又不影响机器人在玻璃表面面的移动能力2。因此国内外的许多科研机构在设计壁面移动机器人时，都在对这问题展开相关的探讨和研究。1.2 国内外对玻璃清洁机器人吸附方式的研究概况通过按吸附方式的不同，可将玻璃幕墙清洁机器人的吸附机构分为三种，即磁吸附、真空吸附和推力吸附3。其中磁吸附按提供吸附力材质的不同，可分为电磁体和永磁体两种。对壁面的平整程度都没有要求，不仅机器人的有效载荷远胜于真空吸附和推力吸附，而且在作业过程中不存在真空漏气的问题，但要求机器人工作时所吸附的壁面必须是导磁材料，这一点使得采

8、用磁吸附作为吸附方式的机器人的应用环境收到严重地限制；真空吸附按吸盘个数又分为单吸盘和多吸盘两种，真空吸附虽然不受壁面材料限制但对吸盘的密封性能却要求较高，在附着面不平整时吸盘容易漏气，使密封性能下降从而造成吸附力下降，使得机器人的实际承载能力降低；推力吸附方式整合了前两者的优点，有一定的吸附力而且对壁面的平整程度没有要求，但是由于要求风机排风量很大所以整体重量会很重。各种方式优缺点如下表1.14。表1.1 玻璃清洁机器人吸附方式的比较吸附方式缺点优点磁吸附永磁吸附移动时需要机器人主体跟吸附表面分离不需要外部施加能量，安全性高电磁吸附要外部施加能量，电磁铁重量大，机器人笨重容易实现机器人主体与壁面的离合，吸附力强真空吸附单吸盘吸附吸盘的泄露量一旦超过极限，本体将失去吸附能力允许有一定的泄露量，允许壁面有凹凸多吸盘吸附对壁面要求高，壁面有凹凸或裂缝时将会有泄露吸盘尺寸小，机器人更加灵活推力吸附风机噪声大啊，机器人重量大，体积大对壁面适应性强，不存在泄露问题图1.1 是清华大学采用电磁体吸附方式研制的用于储罐表面检测的磁吸附机器人TH-Climber-I 5，行走方式为履带驱动机器人在储罐表面行走检测。实验表明，它具有较高的运动速率、具有很好稳定性和定位精

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