【正文】 展歷程，先后加入了一些大學(xué)及研究所等研究機(jī)構(gòu)；如：上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、長春光機(jī)所、上海大學(xué)等，他們?yōu)閲鴥?nèi)爬壁機(jī)器人的研究做出了重要貢獻(xiàn)，到目前為止，國內(nèi)的爬壁機(jī)器人技術(shù)也取得了不小的進(jìn)展。多腿的機(jī)器人在運動學(xué)上很復(fù)雜，因為自由度太多，但是這也是它的優(yōu)點，它可以自動處理障礙物。 在爬壁機(jī)器人壁面吸附方面，國內(nèi)外的研究機(jī)構(gòu)或研究者已經(jīng)取得了不小的進(jìn)展。機(jī)器人的設(shè)計需要針對工作任務(wù)、環(huán)境，選取合適的吸附方式。如多吸盤足式爬壁機(jī)器人，腿末端各有一個吸盤，每移動一個腿需要完成“消除吸力一抬腿一邁腿一落腿一產(chǎn)生吸附力”一系列動作。 (1)新型吸附技術(shù)的發(fā)展。過去所研制的爬壁機(jī)器人大多用于清洗、噴涂 、檢測等作業(yè) ,作業(yè)任務(wù)往往只局限于單一的任務(wù)。在滿足功能要求的前提下 ,體積小、質(zhì)量輕的機(jī)器人可較小能耗 ,具有較高靈活性 ,可以承載更多的負(fù)荷，有利于實現(xiàn)爬壁機(jī)器人的多功能性， 并且在某些特殊場合也需要機(jī)器人具有小的體積。 (5)由簡單遠(yuǎn)距離遙控向智能化方向發(fā)展。根據(jù)任務(wù)需求 ,可以 把需要的模塊直接連接起來組成新的機(jī)器人。目前國內(nèi)外開發(fā)出的壁面自動清洗機(jī)器人歸納起來主要有兩種類型：一種是為研究而研制的實驗性壁面清洗 機(jī)器人，另一種是為應(yīng)用而開發(fā)的實用性壁面清洗機(jī)器人。 、高可靠性和通用性的壁面清洗機(jī)器人 [3]。由于能力有限，所以本次設(shè)計只要求機(jī)器人能夠在墻壁上上下 行走即可，不要求轉(zhuǎn)彎。 Pro/E軟件，即 Pro／ E是三維實體建模與分析軟件中性能非常出色的一款。所有在三維模型上所做的修改可即刻反映在所有生成的二維圖紙上。參數(shù)化模型通過調(diào)整幾何參數(shù)來修改和控制幾何形狀，從而自動實現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型。優(yōu)點主要有： a．對設(shè)計人員的初始設(shè)計要求低。節(jié)省了大量的重復(fù)設(shè)計時間，簡便快捷，為數(shù)字化制造建立了基礎(chǔ)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。這樣建立的模型便于裝配，在系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)下，完成裝配。 (2)運動仿真 與分析： 機(jī)構(gòu)運動仿真技術(shù)就是通過對機(jī)構(gòu)添加運動副、驅(qū)動器，使其運動起來，實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運動模擬。 3）本次畢業(yè)設(shè)計過程中對 PROE的運用 學(xué)習(xí)了該軟件基本功能的實現(xiàn)，利用該軟件進(jìn)行機(jī)器人的輪子、吸附裝置和真空艙的設(shè)計，爬壁機(jī)器人建模，對機(jī)器人進(jìn)行仿真 [7]。 爬壁機(jī)器人的 基本功能 爬壁機(jī)器人要能夠完成對高層建筑物的清洗工作，就需要解決一下幾個問題： （ 1）吸附與行走 吸附和行走是爬壁機(jī)器人的兩個最基本功能 爬壁機(jī)器人應(yīng)用具有兩個基本功能：吸附功能和移動功能。 S，其中 S為吸盤的吸附面積 為吸盤內(nèi)外壓力差 Δ p= 7 Pa（來自于真空泵銘牌）， g為重力加速度，取 g=9. 8m/ ， μ 是吸盤橡膠與玻璃幕墻之間的摩擦系數(shù)，取 μ =（玻璃幕墻 不是干凈的，這只是估算） ,本次畢業(yè)設(shè)計中設(shè)計的 是一個四輪式的爬壁機(jī)人 根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以知道，每時每刻都能夠保證，每一個輪子上都有三個真空吸 盤吸附在玻璃幕墻上，所以機(jī)器人每時每刻都能夠保證同時有 12個真空吸盤吸 附在玻璃幕墻上。在本次的畢業(yè)設(shè)計中，由于自身能力的不足和時間的緊迫，放棄了對轉(zhuǎn)彎問題的考慮，本次設(shè)計中的爬壁機(jī)器人只是能夠在壁面上吸附，并且能夠完成直上直下的行走即可，也尚未涉及到清洗機(jī)構(gòu)的攜帶方式。該爬壁機(jī)器人外形就如玩具小車 ,后輪驅(qū)動四輪式，只是輪子上帶了真空吸盤，形體約為 500mm 400mm 100mm 的長方體，真空泵位于地面裝置，為真空吸盤提供負(fù)壓。履帶式由電機(jī)驅(qū)動兩個無軌道履帶，對墻面適應(yīng)性強(qiáng)，但體積較大，不宜轉(zhuǎn)彎；腳步行式是通過多個腳的反復(fù)吸附與脫落進(jìn)行移動，帶載能力強(qiáng)，但移動困難，移動速度慢；車輪式移動速度較快，著地面積小，便于控制，易于實現(xiàn)，所以，在這次設(shè)計過程中，選擇了車輪式機(jī)器人。它的結(jié)構(gòu)簡單，吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附，且對壁面的凸凹適應(yīng)性強(qiáng)，不存在真空吸附的漏氣問題 ； 真空吸附具有不受壁面材料限制的特點，但當(dāng)壁面凸 凹不平時容易使吸盤漏氣，從而使吸附力下降，承載能力降低 。該產(chǎn)品的優(yōu)勢：國內(nèi)生產(chǎn)商，供貨及時，價格合理。吸盤的吸附能力不會隨著吸盤個數(shù)的增加而降低 [5]。當(dāng)這個吸盤即將脫離墻壁時 ,與之對應(yīng)的管嘴也恰好轉(zhuǎn)出了吸氣口 ,與大氣相通 ,吸盤便可順利脫離墻壁。 真空室離月牙盤為 2cm，其圓心角為 40 度，這是因為真空室必須要同時為三個真空吸盤提供負(fù)壓，而每兩個吸盤接到輪盤上的接口相差 15 度，的所以圓心角第三章 爬壁機(jī)器人的設(shè)計方案 17 應(yīng)該稍大于 30 度。 此處設(shè)計在運行過程中的要求比較高：既能夠產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，還要保證足夠的密封。 圖 月牙 形 真空艙 圖 氣體分配盤及輪轂 減速裝置及傳動裝置的設(shè)計 這部分由驅(qū)動系統(tǒng)電機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、以及所附帶的聯(lián)軸器和軸承組 成。 18 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計 圖 測試泡沫移動的漏氣情況 機(jī)器人的驅(qū)動方式可采用氣壓驅(qū)動、液壓驅(qū)動、電機(jī)驅(qū)動等三種。且相對于氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動，控制方法成熟，簡單易行，在技術(shù)方面的要求低于前面兩種方式，因此選用電機(jī)驅(qū)動的方式作為機(jī)器人的驅(qū)動方式 [9]。到目前為止，很多深入的研究使得直流電機(jī)變得更快、更有效。 綜上可得電動機(jī)的最小功率為 （ 2）確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 已知，機(jī)器人以 v=，輪子直徑為 D=20cm，吸盤離輪子的距離約為 2cm，可以得到連接輪子的軸的轉(zhuǎn)速 n。 第三章 爬壁機(jī)器人的設(shè)計方案 21 圖 蝸輪蝸桿裝置 選擇蝸輪蝸桿裝置作為減速裝置有這樣一些優(yōu)點：蝸輪蝸桿的傳動比比較大，減速效果明顯，一般傳動比 5～ 80，零件數(shù)目少，可以保證結(jié)構(gòu)的緊湊，也能夠保證機(jī)器人的自身重量不會太高；沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低，負(fù)荷爬壁機(jī)器人的要求；蝸輪蝸桿在一定的條件下可以滿足自鎖條件，可以防止電動機(jī)偶然斷電時機(jī)器人反向移動。 聯(lián)軸器和軸承選擇 根據(jù)已經(jīng)選擇的電機(jī)和設(shè)計出的蝸輪蝸桿的參數(shù)選擇合適的聯(lián)軸器和軸承。 圖 深溝球軸承 爬壁機(jī)器人機(jī)體建模 考慮到應(yīng)該盡量降低爬壁機(jī)器人的自身重量，再加上本次設(shè)計的爬壁機(jī)器人有很多問題沒有解決，諸如如何攜帶清洗機(jī)構(gòu)，如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等問題，所以建模第三章 爬壁機(jī)器人的設(shè)計方案 23 過程中用了簡單的用空心桿搭建的桁架結(jié)構(gòu)。 機(jī) 器人的運動系統(tǒng)中最重要的是傳動系統(tǒng)，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，首先對此進(jìn)行仿真。 （ 2）轉(zhuǎn)彎問題 清洗用爬壁機(jī)器人應(yīng)該具有轉(zhuǎn)彎功能， 人工令其轉(zhuǎn)彎是不現(xiàn)實的，因為這樣就失去機(jī)器人的優(yōu)點了。 （ 3）安全問題 本次設(shè)計過程中，只是驗證了四輪式機(jī)器人在墻壁爬行的過程中，自生重力加上機(jī)器人所帶載荷小于 400kg 左右時安全的，因為最小質(zhì)量比較大，所以可以確定機(jī)器人一般不會在爬壁過程中沿著墻壁滑落。 本文是在段清娟老師的精心指導(dǎo)下完成的。 我一直對我的老師心存感激，在這畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束的時候，我再一次對我的老 師表示衷心的感謝，感謝老師給我無私的幫助和嚴(yán)格的要求。在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，段老師總是一絲不茍，不辭辛苦，按時為我們幾個學(xué)生做精心的指導(dǎo)和監(jiān)督。致 謝 27 致 謝 四年的大學(xué)生活匆匆而過，大學(xué)生活中的最后一項學(xué)習(xí)任務(wù)也即 將結(jié)束。對于真空吸附式爬壁機(jī)器人轉(zhuǎn)彎，最大的問題存在于轉(zhuǎn)彎過程中真空吸盤要承受一定的扭矩，難度較大，所以在設(shè)計的過程中并沒有實現(xiàn)，但是有一種實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的方法值得借鑒：增加一個腹部吸盤 [6]。本次設(shè)計完成了機(jī)器人基本的吸附功能和直線行走功能， 然而由于本人的知識儲備不夠，以及時間上的緊迫等原因，使得在設(shè)計過程中依然存在很多沒有解決的問題。 爬壁機(jī)器人 PROE 運動仿真 設(shè)計 爬壁機(jī)器人的目的是：代替人工進(jìn)行高層建筑物的墻壁尤其是玻璃幕墻的清洗檢修等，吸附功能和行走功能是機(jī)器人最主要的功能，對其運動狀態(tài)運用 PROE軟件進(jìn)行仿真，分析結(jié)果，檢查爬壁機(jī)器人模型的可行性?？紤]到爬壁機(jī)器人中所選的電機(jī)輸出功 率和轉(zhuǎn)矩并不是特別大，也并不存在嚴(yán)重的沖擊載荷，所以決定選擇普通的剛性聯(lián)軸器。 （ 1）其中 為作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，由電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速以及蝸輪蝸桿的傳動效率決定： （ 2） K 為載荷系數(shù)，與工作載荷的性質(zhì)有關(guān)； 為彈性影響系數(shù)，與所用的蝸輪蝸桿的材料的搭配有關(guān)； 為接觸系數(shù)，與蝸桿的直徑和蝸輪蝸桿的傳動中22 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計 心距 有關(guān)； ? ?H? 為材料的許用接觸應(yīng)力 自然與蝸輪蝸桿的材料有關(guān)，以上所述四個參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，可以查表得到。 根據(jù)以上球的的電動機(jī)的最小功