【正文】 FLUENT 后模擬仿真。 圖 真空腔體框圖 如下圖是先用 GAMBIT 建立正空腔體的三維模型，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 。本文中對負壓腔腔體的模型建設(shè)和網(wǎng)格劃分采用 GAMBIT， 負壓腔 內(nèi)流場的仿真則是使用 FLUENT 完成的。對新型吸附方式的吸附原理進行了分析推導(dǎo)，確定了新型吸附方式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在理論上驗 證了新型吸附方式的可行性 。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速超過一定值之后，繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速仍然會使負壓和推力得到提高，但效率卻會降低。盡管狀態(tài) (b) 消耗了比狀態(tài) (c) 更大的功率，17 但它可以獲得推力和負壓的最佳組合。同時在這種情況下負壓腔基本直接連通大氣，只有在距離螺旋槳很近的區(qū)域才有負壓作用， 所以這時吸盤負壓腔不能產(chǎn)生足夠的負壓吸附。此時螺旋槳使負壓腔內(nèi)氣體排出而產(chǎn)生負壓，當(dāng)螺旋槳啟動后不久會達到動態(tài)平衡 ，氣體停止排出。當(dāng)軸流電機功率一定時，這兩方面的作用最恰當(dāng)組合使得機器人獲得最大的吸附推力。真空泵和離心風(fēng)機是將負壓腔內(nèi)氣體排出產(chǎn)生高負壓，本文的方法則是利用氣體流速提高時動壓上升而時靜壓下降的原理。同時，當(dāng)入口端氣流被外殼包裹時殼壁內(nèi)外存在相通的氣壓差，氣壓差使得外殼受到額外的15 氣體靜壓力。另一方面，我們可以在氣體入口和 (或 ) 出口處增加一些導(dǎo)葉得到我們希望的旋轉(zhuǎn)氣流，但這會使得機器人的體積和重量增加。 圖 氣流圓周速度 這個結(jié)論對于尋求軸流電機產(chǎn)生最大推力很重要。如圖 所示?？倝菏浅?shù)，而動壓隨流速變化，在數(shù)值上等于空氣密度乘速度的平方的一半。電機帶動槳葉旋轉(zhuǎn)，空氣以下圖的中方式流過槳葉翼面。本文的吸附方式中，螺旋槳推力垂直指向墻面，這樣就避免了對推力夾角的復(fù)雜控制。 為了清晰的說明玻璃清潔機器人吸附機構(gòu)的吸附原理，本文接下來的部分依照以下三個部分分別論述：風(fēng)機推力、負壓的產(chǎn)生以及推力和負壓的復(fù)合推力。 混流式通風(fēng)機整體機構(gòu)比較復(fù)雜，而且空氣的流向也復(fù)雜，應(yīng)用起來較為困難，所以一般不采用。因此，這種吸附方式對于通用建筑表面的清潔機器人來說并不是非常理想的。因為其流量小，所以對裝置的密封性要求嚴格，對空氣泄露敏感。采用 風(fēng)機抽風(fēng)使得機器人氣路殼體內(nèi)產(chǎn)生真空負壓，這里要求該裝置重量輕、體積小、噪音小、機構(gòu)簡單而且安裝方便、排風(fēng)量大、能夠迅速建立真空負壓，即要求瞬時響應(yīng)的時間非常短。這樣在機器人工作時既節(jié)省能量，也可以減輕機器氣人的重量。從動輪是萬向輪，方便轉(zhuǎn)向同時起到平9 衡支撐機器人作用，如下圖 。 清潔結(jié)構(gòu) 玻璃清潔機器人清洗機構(gòu)外掛于機器人腔體后輪處，采用外部供水。自鎖絞桿和自絞鎖固定板裝配如下圖 。凸出 的那 部分叫榫；凹進 那 部分叫卯。安全防護罩由于在機器人整體機構(gòu)中除自身外不承載其他機構(gòu)，所以防護罩采用常見的耐沖擊硬膠 耐沖擊性聚苯乙烯 制作。在腔體上預(yù)留所鎖卡鍵然后在安全防護罩上預(yù)留與之相應(yīng)的鍵槽，如下圖 （ a） 和圖 （ b） 。根據(jù)目前研究的方向和科技發(fā)展的方向，對未來吸附機構(gòu)所可能采用的吸附方式提出構(gòu)想。 現(xiàn)在各種微型驅(qū)動元件、控制元件及 新型 能源供應(yīng)方式的發(fā)展，為小型化、微型化 提供了技術(shù)支持 。 圖 模仿壁虎的機器人 向適應(yīng)微小型化機器人發(fā)展 微型機器人 在未來發(fā)展中將是人們開發(fā)的一種高端科技 。如果采用仿生技術(shù)，如仿生壁虎的干吸附、仿生蝸牛的濕吸附等，能夠適應(yīng)各種材質(zhì)壁面，而且無噪音，無污染。掌舵機構(gòu)控制機器人的移動方向和傾斜角度，由于使用柴油機，所以不需要帶電源線，使用起來很方便。 圖 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 研制 的 CLRII 圖 日本東京工業(yè)大學(xué) 研制 的 NINJIA 1990 年西亮教授研制的爬壁機器人的吸附裝置采用的是推力吸附，如圖 為理論設(shè)計圖。機器人有效載荷為 5kg，爬行速率最快為 10m/min，每次爬行高度是最高 100m，操控方式是有線遙控及 PLC 線路控制，行走方式采用雙輪式無級調(diào)速，機器自身攜帶有高壓水槍、旋轉(zhuǎn)刷從而在清洗作業(yè)時可實現(xiàn)機器人自主 清洗作業(yè)。 實 驗表明，它具有較高的運動 速率 、 具有很好 穩(wěn)定性和定位精度，其運動速 率 最大可達 8m/min ，可以跨越 10mm 以上的焊縫和表面凸起障礙，角度誤差 也 可控制在 度以內(nèi)。其中 磁吸附 按提供吸附力材質(zhì)的不同， 可分為電磁體和永磁體兩種 。玻璃清潔機器人要想 具備 有良好的移動能力就得損失一定的吸附能力，但是當(dāng)吸附裝置提供的吸附力過強又會給機器人 在玻璃表面的 移動帶來困難，所以機器人在玻璃表面上的吸附與移動這是個自身矛盾的問題。 Propeller type axial flow fan IV 目 錄 第一章 引言 課題研究的背景及意義 .................................................... 1 國內(nèi)外對玻璃清潔機器人吸附方式的研究概況 ................................ 1 吸附方式的發(fā)展趨勢 ...................................................... 3 吸附方式將更多地采用仿生技術(shù) ........................................ 4 向適應(yīng)微小型化機器人發(fā)展 ............................................ 4 小結(jié) .................................................................... 5 第二章 玻璃清潔機器人總體規(guī)劃 吸附機構(gòu) ................................................................ 6 清潔結(jié)構(gòu) ................................................................ 8 行走機構(gòu) ................................................................ 8 水電供應(yīng)系統(tǒng) ............................................................ 9 小結(jié) ................................................................... 10 第三章 吸附機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 吸附原理 ............................................................... 11 吸附方式的實現(xiàn) ......................................................... 12 風(fēng)機推力 ........................................................... 12 負壓的產(chǎn)生 ......................................................... 14 真空腔的負壓與葉片推力可合成 ....................................... 15 小結(jié) ................................................................... 17 第四章 模型建設(shè)與仿真驗證 GAMBIT 幾何造型建模圖 .................................................. 18 仿真驗證 ............................................................... 19 詳細結(jié)構(gòu)方案 ........................................................... 22 小結(jié) ................................................................... 23 結(jié)束語 .................................................................... 24 致 謝 .................................................................... 25 參考文獻 ................................................................. 26 附錄 ...................................................................... 27 1 第一章 引言 課題研究的背景及意義 玻璃清潔機器人是 擁有 特殊功能的壁面移動機器人， 是 可以在 垂直和傾斜 的玻璃表面上進行清洗作業(yè)的 特種 機器人 [1]。在這基礎(chǔ)上，對機器人的吸附機構(gòu)進行設(shè)計分析，然后應(yīng)用相關(guān)理論和設(shè)計軟件進行參數(shù)設(shè)計和部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，驗證吸附機構(gòu)。它是基于壁面移動機器人技術(shù)，并針對具體的作業(yè)對象研發(fā)具有明確功能的實用型機器人 。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人 和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。它不僅可以用于高層建筑外表面幕墻的清洗 ， 還可用于特殊環(huán)境或者特殊 設(shè)備 的表面清洗以及檢查。 在對機器人整體設(shè)計方案進行介紹，提出模塊化的組裝結(jié)構(gòu)。 Combined