【正文】 模型，對上文中所述的圓臺和上層圓柱部分移動后使用命令 Volume , Unite Real Volumes 將 原先 創(chuàng)建的 三個 各自獨立 部分合并 成一個整體 。 圖 建立的真空腔體模型 中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （ 論文 ） 19 圖 網(wǎng)格劃分前設(shè)置 圖 仿真前幾何造型和網(wǎng)格劃分 如上圖 對模型網(wǎng)格劃分結(jié)果所示，在命令操作欄中 Faceting Type 下綠色條左邊越多說明網(wǎng)格劃分越優(yōu)越，根據(jù)上圖顯示檢驗的結(jié)果，將合格的網(wǎng)格導(dǎo) 入 FLUENT 后模擬仿真。表 顯示了摘自 FLUNT 的仿真數(shù)據(jù)，可以看到負(fù)壓值在 0 間隙時取得最大 (350KPa )值，間隙取 50mm 時則最小 (150KPa )值，這兩種情況下，負(fù)壓和推力分別占各自情況下的主導(dǎo)作用，但兩者都沒有取得最大的吸附合力。然而，對比上述結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)吸盤直徑由 316mm 增大至 376mm 時，吸附力顯著增大由 增至 增幅 % ：但是當(dāng)吸盤直徑由 376mm 增大至 436mm 時吸附力增加的幅度卻不是那么明顯，增幅只有 %，而這時機器人會因為吸盤尺寸增大而增加很多重量。吸盤兩側(cè)是兩個相互獨立驅(qū)動輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)由支架、電機、輪子構(gòu)成，在直線行走同時相互獨立可完成轉(zhuǎn)向。最后利用 三維設(shè)計 軟件 Pro/Engineer 生成更為生動的復(fù)合吸吸附機構(gòu)數(shù)字。減小工作人員危險和工作強度，降低成本，有著很大的現(xiàn)實意義。該吸附機構(gòu)采用源于真空吸附技術(shù)的一種單吸盤吸附方式，方案同時結(jié)合了螺旋槳反推力的作 用。玻璃清潔機器人螺旋槳槳葉外形、真空吸盤與壁面間隙大小，吸盤負(fù)壓腔形狀尺寸等都會對機器人最終的吸附效果產(chǎn)生影響，這些都需要根據(jù)機器人具體的應(yīng)用場合進(jìn)行一定的調(diào)整。 本畢業(yè)設(shè)計的完成我首先要向?qū)W院表達(dá)誠摯的謝意，是學(xué)院給我提供優(yōu)異的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我學(xué)習(xí)到了許多專業(yè)知識，學(xué)?！懊鞯麓髳?，創(chuàng)新篤行”的校訓(xùn)也使我深受教育。而且在做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題、查閱資料和論文提綱的確定，到中期論文的修改、后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中，老師都給予了我悉心的指導(dǎo)。N, OSCAR Climbing Parallel Robot A Robot to Climb Along Tubular and Metallic Structures[J]. IEEE Robotics amp。 同時感謝武漢全通自動化設(shè)備有限公司的詹漢懷師傅在材料選擇和人生的認(rèn)識上給予的指導(dǎo)，真誠地感謝詹老師和和同學(xué)們的指導(dǎo)和幫助。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中每次困難，我都會尋求老師的幫助。 中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （ 論文 ） 25 致 謝 本文是在我的指導(dǎo)老師師劉麗明老師的指導(dǎo)下完成的，劉老師在課題進(jìn)展的各個階段都對我進(jìn)行我耐心 而又 認(rèn)真的教導(dǎo)。 2）文中玻璃清潔機器人采用的吸附方式具有創(chuàng)新性，為今后的深入研究打下了一定的基礎(chǔ)。本文中先對國內(nèi)、外壁面機器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行研究，并按照吸附方式的不同將壁面移動機器人進(jìn)行分類比較，并分析玻璃清潔機器人可以選用的吸附方式。玻璃清潔機器人吸附裝置的研制，有助于完善機器人性能，提高高危環(huán)境工作的安全性和有效性。為使吸盤內(nèi)流場盡可能不受額外干擾，驅(qū)動輪和從動輪全部安裝在吸盤殼體外側(cè)，并盡量貼近玻璃表面。 (a) 直徑 376mm 時靜壓分布圖 (b) 直徑 436mm 時靜壓分布圖 圖 間隙高度為 25mm 時不同吸盤 直徑腔內(nèi)靜壓 仿真 中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （ 論文 ） 22 表 吸盤直徑不同時吸附力對比 吸盤直徑（ mm） 最大靜壓 （ KPa） 間隙處氣體流速（ m/s） 復(fù)合吸附力（ N） 316 342 376 338 436 216 詳細(xì)結(jié)構(gòu)方案 根據(jù)前文分析，本文提出提出玻璃清潔機器人的整體結(jié)構(gòu)以及機器人合吸附吸盤設(shè)計方案如圖 和 ： 圖 玻璃清潔機器人整體機構(gòu)示意圖 圖 復(fù)合吸附吸盤設(shè)計方案分解示意圖 1 機器人腔體 2 從動輪轉(zhuǎn)向桿 3 從動輪轉(zhuǎn)向桿支架 4 自鎖絞桿 5 右轉(zhuǎn)向輪支架 6 上安全防護(hù)罩 7 自絞鎖固定板 8 橡膠墊片 9 軸流電機槳葉 10 軸流電機 11 下安全防護(hù)罩 12 轉(zhuǎn)向輪 13 左轉(zhuǎn)向輪支架 14 驅(qū)動電 機 中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （ 論文 ） 23 吸盤的外殼殼體采用輕質(zhì)材料制成，上部是帶有軸流電機、螺旋槳以及自鎖固定裝置的圓柱形通風(fēng)道，是下部圓錐形負(fù)壓腔吸盤。 （ a） 間隙高度 0mm 時氣體流速分布圖 （ b） 間隙高度 25mm 時靜壓分布圖 (c) 間隙高度 50mm 時靜壓分布圖 圖 吸盤直徑 316mm 時不同間隙高度 腔內(nèi)靜壓 仿真 中國地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 （ 論文 ） 21 表 間隙不同 時 吸附力對比 間隙高度（ mm） 最大靜壓（ Kpa） 間隙處氣體流速（ m/s） 復(fù)合吸附力（ N） 0 350 —— 25 315 50 150 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 2400rpm，間隙高度為 25mm 時，直徑分別為 376mm 和 436mm 的負(fù)壓腔內(nèi)靜壓分布圖如如圖 所示。依照本課題的條件，在 FLUENT 中做了如下設(shè)定如下參數(shù) solver： “steady state” solving approach： “segregated” algorithm： “implicit” type of flow： “K Epsilon” material： “air” 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 2400rpm 吸盤直徑為 316 mm 時，如圖 中所示，圖（ a) 顯示了間隙高度 0mm 時氣體流速分布 ,圖（ b) 和圖（ c) 分別顯示了間隙高度是 25mm 和 50mm 時 真空吸盤內(nèi) 氣體靜壓分布 情況 。然后在將模型導(dǎo)入 FLUENT 前選擇如圖 所示的通風(fēng)口面為 Sources(起始面 ) ，對進(jìn)行模擬的流場進(jìn)行網(wǎng)格劃分的預(yù)處理。第一層圓柱直徑 376mm ，高度 15mm ；第二層圓臺底層直徑 376mm ，上層直徑 250mm ，圓臺高 28mm ；上層圓柱直徑 250mm ，高 54mm 。 FLUENT 是一個流體動力學(xué)計算軟件包，可以用它對真空腔內(nèi)的空氣進(jìn)行流體的仿真和計算。 綜上所述，當(dāng)軸流電機轉(zhuǎn)速一定時，吸附力大小主要由螺旋槳葉面迎角和吸盤尺寸決定。如果負(fù)壓腔外殼半徑過小，負(fù)壓就難以得到充分的利用，如果半徑過大，導(dǎo)致機器人的尺寸和重量 又會變大，負(fù)壓增大 產(chǎn)生 的吸附力增加 但是卻 得不償失。 當(dāng)機器人工作在狀態(tài) (b) 時，通道內(nèi)保持有一定量的氣流，這時推力仍然可以近似的由方程 (5) 估算。不僅如此，這時阻力提高功率上升，并且由于流量極小，螺旋槳只能獲得非常小的推力。為了簡化對這個問題的討論研究，我們首先分析吸盤與壁面間隙是在機器人工作時產(chǎn)生的影響。這對于 提升 玻璃清潔機器人在復(fù)雜的玻璃表面的適應(yīng)能力有 很 大的好處。如下圖 中所示，圖中（ b）中的 Fp 就是我們需要的負(fù)壓吸附力。為了減輕機器人整體重量和提高機器人工作時間，獨立的機器人系統(tǒng)可以外接電源線的供電系統(tǒng)，避免攜帶的電池產(chǎn)生的重量和工作時限上的限制 負(fù)壓的產(chǎn)生 由上文可知根據(jù)伯 努利原理，當(dāng)氣流流過翼面時螺旋槳出口面與入口面的氣體靜壓將有一個壓差。這時候，如果入口氣流的圓周速度具有與螺旋槳角速度相反的方向，而同時出口氣流圓周速度方向與螺旋槳角速度相同，螺旋槳就可以產(chǎn)生最大的推力。現(xiàn)在討論葉柵上的軸向力，葉柵軸向力的和就是系統(tǒng)的總推力取 ABB1A1A 研究，根據(jù)動動量定理，在軸向有方程： 方 程（ 1） 其中 Fa 為葉片對氣體的作用力 (N) P2為 A1B1 處氣體靜壓 (Pa), P1為 AB 處氣體靜壓 (Pa), Δ S 為葉柵面積 (m2 ), Δ m 為單位時間流過葉柵面積的氣體質(zhì)量 (kg)。兩側(cè)翼面的靜壓 不同產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生了推力。 圖 槳葉對氣流的影響 由于自然界中的流體都遵守流體三大守恒定律，從而我們能夠了解流速、壓強等運動參數(shù)在流 流體流 動過程中相互影響的變化規(guī)律。為論述如何增大螺旋槳推力，首先討論的是螺旋槳產(chǎn)生推力的原理。與其他利用反推作用力的壁面移動機器人的區(qū)別在于，其他利用反推作用力的機器人螺旋槳轉(zhuǎn)軸與墻面成一個傾角， 這樣推力的一部分可以平衡機器人本體的重力，同時推力垂直于墻面的分量用于產(chǎn)生墻面與機器人行走輪之間的摩擦力。 基于復(fù)合吸附方式的玻璃清潔機器人吸附機構(gòu)基本上由兩部分組 成，風(fēng)扇產(chǎn)生的推力和空氣流場產(chǎn)生的負(fù)壓。并且由于軸流式風(fēng)機獨特的翼型葉片形狀，還可以產(chǎn)生一定的反推力。這對機器人在不足夠平整的壁面工作極為不利。氣體在離心式通風(fēng)機的通風(fēng)機葉輪帶動下，是沿離心方向 (即沿半徑方向 ) 流動的，所以也被稱之為徑流式；氣體在軸流式通風(fēng)機的腔體內(nèi)部，沿軸線的方向流動；氣體在混流式通風(fēng)機的通風(fēng)機葉輪中帶動下，氣體的流動方向介于離心式和軸流式通風(fēng)機之間，也被稱為斜流式。同時機器所有機構(gòu)和零件的制作材料都采用密度輕而且復(fù)合設(shè)計使用強度的材質(zhì)，這樣可以為電機提供更多的選擇空間 。 圖 行走機構(gòu)轉(zhuǎn)向裝置 1 轉(zhuǎn)向輪 2 轉(zhuǎn)向輪支架 3 驅(qū)動電機 圖 行走機構(gòu)從動裝置 1 從動輪 2 從動輪轉(zhuǎn)向桿 3 從動輪轉(zhuǎn)向桿支架 水電供應(yīng)系統(tǒng) 玻璃清潔機器人為了減輕本身的重量， 所以將 采用外部提供清潔劑，既清潔所用的水由外部管道直接提供給清潔機構(gòu)。其組成部件由行走輪、供水管、套蓋、輥筒組成，如下圖 。YWF2S250