近年來,隨著我國城市化進(jìn)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(xiǎn)的家務(wù)勞動(dòng)中解放出來,擦玻璃機(jī)器人運(yùn)用而生。本文在研究總結(jié)國內(nèi)外玻璃清潔機(jī)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(jī)器人。本文圍繞以下幾點(diǎn)開展工作:1.擦玻璃機(jī)器人總體方案的確定。應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理論,首先確定擦玻璃機(jī)器人要實(shí)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(gè)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(shí)間相關(guān)等準(zhǔn)則上的相關(guān)度,然后采用譜系聚類法對(duì)所有的子功能進(jìn)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(jī)器人劃分成四大功能模塊,即運(yùn)動(dòng)吸附模塊、支撐模塊、控制模塊、清潔模塊。確定出擦玻璃機(jī)器人的總體方案。2.擦玻璃機(jī)器人功能模塊的實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)所確定出的四個(gè)功能模塊進(jìn)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(jī)器人。并對(duì)機(jī)器人清潔模塊進(jìn)行重點(diǎn)研究,結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了抹布快換的功能,提出并研究了能對(duì)緊密附著在玻璃上的污漬進(jìn)行重點(diǎn)清潔的可伸縮刮板機(jī)構(gòu),保證了機(jī)器人對(duì)玻璃的有效清潔。3.擦玻璃機(jī)器人... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學(xué)天津市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

西亮教授的二號(hào)樣機(jī)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(jī)器人機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)研究2帶給工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究十分巨大的改變，而且將會(huì)給人類的實(shí)際生活帶來長遠(yuǎn)的影響[2]。目前來看，機(jī)器人在農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)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(huì)生產(chǎn)活動(dòng)和人類生活中被廣泛地使用。家庭服務(wù)機(jī)器人是一種半自動(dòng)或全自動(dòng)工作的特種機(jī)器人，它可以代替人做家務(wù)。最近幾年家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)獲得了快速地發(fā)展。家庭服務(wù)機(jī)器人逐漸趨向小型化，同時(shí)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(wù)機(jī)器人開辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域，逐漸步入了人們的日常生活。家用擦玻璃機(jī)器人屬于移動(dòng)式家庭服務(wù)機(jī)器人的一種，將爬壁機(jī)器人應(yīng)用于清潔玻璃成為了研究熱點(diǎn)。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(duì)爬壁機(jī)器人這一領(lǐng)域開展研究的時(shí)間較早。其中日本走在了前列，率先研制出了世界上第一臺(tái)爬壁機(jī)器人樣機(jī)。隨后，許多工業(yè)國家開始投入物力人力加大對(duì)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(jī)器人樣機(jī)。1966年，在大阪府立大學(xué)工學(xué)部當(dāng)講師的西亮對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)造成進(jìn)氣一側(cè)氣壓較小從而產(chǎn)生負(fù)壓這一原理加以運(yùn)用研制出全球第一臺(tái)壁面移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī)[3]。1975年，在宮崎大學(xué)工學(xué)部擔(dān)任教授一職的西亮通過使用單吸盤吸附輪式移動(dòng)結(jié)構(gòu)研制出了第二號(hào)樣機(jī)[4]，如圖1.1所示。圖1.1西亮教授的二號(hào)樣機(jī)圖1.2“步行者”爬壁機(jī)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(jī)器人[5]。如圖1.2所示。該機(jī)器人的吸附功能由真空泵生成負(fù)壓的單吸盤吸附機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)功能通過上下兩個(gè)滾輪帶動(dòng)左右兩條行走皮帶來實(shí)現(xiàn)。皮帶和滾子組成一個(gè)密閉的真空

河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文3腔體。通過調(diào)節(jié)滾輪和皮帶的速度差來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。但該機(jī)器人存在一個(gè)嚴(yán)重的不足：當(dāng)墻體有裂縫時(shí)，真空就會(huì)被破壞。隨后，清水建設(shè)株式會(huì)社在1991年開發(fā)出一款應(yīng)用于玻璃清潔的爬壁機(jī)器人，如圖1.3所示。其總體采用真空吸附，氣體驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。整體系統(tǒng)由室內(nèi)外支援設(shè)備、機(jī)器人本體這幾部分構(gòu)成。機(jī)器人本體由三個(gè)氣缸組成，其中兩個(gè)用于橫向移動(dòng)同時(shí)裝有可升降吸盤和清潔機(jī)構(gòu)，另一個(gè)裝有吸盤用于縱向移動(dòng)。室內(nèi)支援設(shè)備主要由電線、水泵、計(jì)算機(jī)、氣管、水管收放機(jī)構(gòu)、真空泵等組成。室外支援設(shè)備是一個(gè)用來吊掛機(jī)器人安全繩和牽引管線的移動(dòng)平臺(tái)。機(jī)器人依照從左到右，從上到下的順序?qū)ΣＡ粔M(jìn)行作業(yè)。該機(jī)器人將移動(dòng)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�(duì)爬壁機(jī)器人展開了研究。1986年，為了應(yīng)對(duì)美國高樓數(shù)量不斷上升這一情況，美國國際機(jī)器人公司研制了清潔高樓幕墻的機(jī)器人“SkyWasher”[6]如圖1.4所示。由兩組能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)的L型框架構(gòu)成該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。每組框架上均有三個(gè)安裝真空吸盤的掌狀機(jī)構(gòu)，通過吸盤的交替吸附和L型框架的相對(duì)滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。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(dòng)式爬壁機(jī)器人“安迪”誕生于卡內(nèi)基梅隆大學(xué)[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(jī)器人任務(wù)和運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡化的同時(shí)工作效率得到提高。該機(jī)器人通過底部吸盤交替吸附和橫梁沿龍骨滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)橫向、縱向運(yùn)動(dòng)。不難看出，這種十字構(gòu)型在滿足機(jī)器人越障、移動(dòng)等要求的同時(shí)極大簡化了控制算法，使機(jī)器人的可靠性和運(yùn)行穩(wěn)定性得到提高。對(duì)后續(xù)的科研有極高的借鑒意義。圖1.3玻璃清潔機(jī)器人圖1.4?

【參考文獻(xiàn)】：
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