近年來,隨著我國城市化進程越來越多的人涌入城市,城市住宅建筑不斷向高處發(fā)展。為了滿足住宅玻璃清潔的需要,把人從擦玻璃這樣繁重危險的家務勞動中解放出來,擦玻璃機器人運用而生。本文在研究總結(jié)國內(nèi)外玻璃清潔機器人技術(shù)和成果的基礎(chǔ)上,研發(fā)出一款面向居民住宅樓玻璃清潔的家用擦玻璃機器人。本文圍繞以下幾點開展工作:1.擦玻璃機器人總體方案的確定。應用模塊化設計理論,首先確定擦玻璃機器人要實現(xiàn)清潔玻璃所需要的基本功能即子功能。綜合考慮并得出各個子功能在功能相關(guān)、裝配相關(guān)、空間相關(guān)、能量相關(guān)、信息相關(guān)、時間相關(guān)等準則上的相關(guān)度,然后采用譜系聚類法對所有的子功能進行聚合得出聚類譜系圖,依據(jù)得到的聚類譜系圖將擦玻璃機器人劃分成四大功能模塊,即運動吸附模塊、支撐模塊、控制模塊、清潔模塊。確定出擦玻璃機器人的總體方案。2.擦玻璃機器人功能模塊的實現(xiàn)。本文對所確定出的四個功能模塊進行了研究,構(gòu)建出基于框架結(jié)構(gòu)電驅(qū)真空吸盤吸附的擦玻璃機器人。并對機器人清潔模塊進行重點研究,結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)了抹布快換的功能,提出并研究了能對緊密附著在玻璃上的污漬進行重點清潔的可伸縮刮板機構(gòu),保證了機器人對玻璃的有效清潔。3.擦玻璃機器人... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學天津市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

西亮教授的二號樣機1978年，日本的一家公司制作了一種名

基于模塊化家用擦玻璃機器人機構(gòu)及控制系統(tǒng)研究2帶給工業(yè)生產(chǎn)和科學研究十分巨大的改變，而且將會給人類的實際生活帶來長遠的影響[2]。目前來看，機器人在農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、服務業(yè)以及國防工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，在社會生產(chǎn)活動和人類生活中被廣泛地使用。家庭服務機器人是一種半自動或全自動工作的特種機器人，它可以代替人做家務。最近幾年家庭服務機器人行業(yè)獲得了快速地發(fā)展。家庭服務機器人逐漸趨向小型化，同時也越來越容易操作，功能也更加的全面和豐富。這些小型家庭服務機器人開辟了機器人應用的新領(lǐng)域，逐漸步入了人們的日常生活。家用擦玻璃機器人屬于移動式家庭服務機器人的一種，將爬壁機器人應用于清潔玻璃成為了研究熱點。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外的研究現(xiàn)狀國外對爬壁機器人這一領(lǐng)域開展研究的時間較早。其中日本走在了前列，率先研制出了世界上第一臺爬壁機器人樣機。隨后，許多工業(yè)國家開始投入物力人力加大對其的研發(fā)力度。如美國、日本、德國、俄羅斯、英國等國家陸續(xù)研究出一些具備不同特色的爬壁機器人樣機。1966年，在大阪府立大學工學部當講師的西亮對風扇轉(zhuǎn)動時造成進氣一側(cè)氣壓較小從而產(chǎn)生負壓這一原理加以運用研制出全球第一臺壁面移動機器人樣機[3]。1975年，在宮崎大學工學部擔任教授一職的西亮通過使用單吸盤吸附輪式移動結(jié)構(gòu)研制出了第二號樣機[4]，如圖1.1所示。圖1.1西亮教授的二號樣機圖1.2“步行者”爬壁機器人1978年，日本的一家公司制作了一種名叫“步行者”的爬壁機器人[5]。如圖1.2所示。該機器人的吸附功能由真空泵生成負壓的單吸盤吸附機構(gòu)來實現(xiàn)，移動功能通過上下兩個滾輪帶動左右兩條行走皮帶來實現(xiàn)。皮帶和滾子組成一個密閉的真空

河北工業(yè)大學碩士學位論文3腔體。通過調(diào)節(jié)滾輪和皮帶的速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。但該機器人存在一個嚴重的不足：當墻體有裂縫時，真空就會被破壞。隨后，清水建設株式會社在1991年開發(fā)出一款應用于玻璃清潔的爬壁機器人，如圖1.3所示。其總體采用真空吸附，氣體驅(qū)動的機構(gòu)。整體系統(tǒng)由室內(nèi)外支援設備、機器人本體這幾部分構(gòu)成。機器人本體由三個氣缸組成，其中兩個用于橫向移動同時裝有可升降吸盤和清潔機構(gòu)，另一個裝有吸盤用于縱向移動。室內(nèi)支援設備主要由電線、水泵、計算機、氣管、水管收放機構(gòu)、真空泵等組成。室外支援設備是一個用來吊掛機器人安全繩和牽引管線的移動平臺。機器人依照從左到右，從上到下的順序?qū)ΣＡ粔M行作業(yè)。該機器人將移動與清潔合為一體，具有緊湊的結(jié)構(gòu)，較輕的重量和一定的越障能力�？萍继幱陧敿馑降拿绹埠茉缇蛯ε辣跈C器人展開了研究。1986年，為了應對美國高樓數(shù)量不斷上升這一情況，美國國際機器人公司研制了清潔高樓幕墻的機器人“SkyWasher”[6]如圖1.4所示。由兩組能夠?qū)崿F(xiàn)相對滑動的L型框架構(gòu)成該機器人的運動機構(gòu)。每組框架上均有三個安裝真空吸盤的掌狀機構(gòu)，通過吸盤的交替吸附和L型框架的相對滑動實現(xiàn)運動。1990年在聯(lián)邦航空局的支持下，一款采用十字幾何結(jié)構(gòu)的直動式爬壁機器人“安迪”誕生于卡內(nèi)基梅隆大學[7]，如圖1.5所示�！鞍驳稀钡谝淮问褂糜蓹M梁和龍骨組成的十字構(gòu)型，巧妙地將機器人任務和運動相結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡化的同時工作效率得到提高。該機器人通過底部吸盤交替吸附和橫梁沿龍骨滑動實現(xiàn)橫向、縱向運動。不難看出，這種十字構(gòu)型在滿足機器人越障、移動等要求的同時極大簡化了控制算法，使機器人的可靠性和運行穩(wěn)定性得到提高。對后續(xù)的科研有極高的借鑒意義。圖1.3玻璃清潔機器人圖1.4?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于PLC的對稱式爬壁機器人的設計[J]. 韓以倫,梁彥高,李志恒,鄭輝,郭喚喚.  機床與液壓. 2017(07)
[2]用于玻璃幕墻清洗的爬壁機器人的研制[J]. 張子博,劉榮,楊慧軒.  自動化與儀表. 2016(05)
[3]3D打印金屬材料研究進展[J]. 鄭增,王聯(lián)鳳,嚴彪.  上海有色金屬. 2016(01)
[4]窗戶尺寸影響室內(nèi)采光的模擬研究[J]. 查全芳,方廷勇.  安徽建筑大學學報. 2015(03)
[5]短距離無線通信技術(shù)的優(yōu)勢及運用[J]. 鄭達峰.  通信電源技術(shù). 2014(06)
[6]柔順五桿三穩(wěn)態(tài)機構(gòu)的設計方法[J]. 勾燕潔,陳貴敏,賈建援.  西安電子科技大學學報. 2015(04)
[7]新型數(shù)控機床用鎂鋁合金的組織與性能研究[J]. 劉志剛.  制造業(yè)自動化. 2014(19)
[8]ANSYS Workbench的應用現(xiàn)狀及分析[J]. 喻永巽.  機電工程技術(shù). 2014(09)
[9]步進電機與交流伺服電機性能比較[J]. 黃志瑛,李威.  廣西輕工業(yè). 2010(03)
[10]基于蟻群算法的完全遍歷路徑規(guī)劃研究[J]. 張赤斌,王興松.  中國機械工程. 2008(16)

博士論文
[1]北京地區(qū)城市住宅天然光環(huán)境優(yōu)化設計研究[D]. 張濱.哈爾濱工業(yè)大學 2010
[2]自攀爬幕墻清洗機器人機械機構(gòu)的設計與研究[D]. 唐伯雁.北京工業(yè)大學 2005

碩士論文
[1]玻璃幕墻清洗機器人的設計與研究[D]. 趙啟超.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[2]基于PLC控制的雙熔敷極焊條涂壓機送絲系統(tǒng)的研究[D]. 穆兵兵.山東大學 2017
[3]非侵入式的基于功耗的PLC異常監(jiān)測系統(tǒng)[D]. 肖玉珺.浙江大學 2017
[4]玻璃幕墻清潔機器人的模態(tài)分析及優(yōu)化設計[D]. 賈強.北京理工大學 2016
[5]智能窗戶清潔機器人控制系統(tǒng)設計[D]. 朱春佳.浙江大學 2015
[6]真空吸附式壁面清洗機器人結(jié)構(gòu)設計與研究[D]. 田靜眉.西南交通大學 2013
[7]高適應爬壁機器人的研發(fā)[D]. 劉雪飛.重慶大學 2010
[8]新型高樓清洗爬壁機器人的研究與設計[D]. 吳神麗.成都理工大學 2009
[9]基于模塊化的童車設計方法的研究與應用[D]. 仰揚帆.中南大學 2008
[10]壁面清洗機器人的運動控制系統(tǒng)設計[D]. 閆軍濤.重慶大學 2007



本文編號：3342226