【正文】 從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題到論文的結(jié)構(gòu)，再到論文的表述規(guī)范，段老師都給予了非常悉心的知道和嚴(yán)格的要求。對于轉(zhuǎn)彎問題，一開始設(shè)計(jì)的是三輪機(jī)器人，后輪作為驅(qū)動輪，而一個前輪作為轉(zhuǎn)向輪，因?yàn)閾?dān)心機(jī)器人吸附裝置的吸附力的大小，機(jī)器人在載荷爬壁過程中可能會存在安全隱患，所以改為四輪式機(jī)器人。真空泵設(shè)在地面裝置上，用一臺電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速傳動裝置帶動后輪機(jī)器人前進(jìn)。按齒面疲勞 強(qiáng)度設(shè)計(jì)蝸輪蝸桿： 先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再交合齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 [4]。與步進(jìn)電機(jī)相比，直流電動機(jī)具有更小的體積和更少的功耗，直流電機(jī)的機(jī)器人的 機(jī)體 比較小。不同的動力驅(qū)動方式具有不同的特點(diǎn)， 選擇哪種作為動力源，可以根據(jù)應(yīng)用的場合以及具體的要求選擇 。對此，在設(shè)計(jì) 中用泡沫作為兩個結(jié)構(gòu)的使用材料，測試了漏氣的情況和真空艙容積對吸盤吸附能力的影響， 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)負(fù)壓效果與材料有一定的關(guān)系 。完成機(jī)器人在爬壁過程中的自動吸附與脫離工作 [5]。 每個輪子上均勻分布地固定有 24 只直徑 80mm 的真空吸盤。 吸附系 統(tǒng) 按吸附功能，爬壁機(jī)器人可分為：真空吸附、磁吸附和推力吸附三類。 爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì) 基于 PROE 軟件，對機(jī)器人進(jìn)行整體建模。 爬壁機(jī)器人應(yīng)該具有一定的吸附能力，其產(chǎn)生的摩擦力能夠大于機(jī)器人的自重和負(fù)載之和，防止墜落，還應(yīng)該保持一定的驅(qū)動力，能夠保持機(jī)器人前進(jìn)，且能夠保證機(jī)器人的移動速度為 0. 15m/s 左右 。機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真可以在任意時(shí)刻查看各個組成部件的位置、速度、加速度、軌跡、位移、運(yùn)動干涉等參數(shù)并加以分析，根據(jù)結(jié)果調(diào)整模型設(shè)計(jì)，以達(dá)到最優(yōu)的零件機(jī)構(gòu)配置。 （ 3）工程數(shù)據(jù)再利用 三維實(shí)體造型將三維實(shí)體模型用于機(jī)械產(chǎn)品的 CAD／ CAE／ CAM過程。提高了設(shè)計(jì)的柔性。建立好的三維模型經(jīng)過渲染后，可以直接作為產(chǎn)品宣傳的內(nèi)容，表現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)、功能等。 6 致謝 爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì) 第二章 軟件介紹 7 第二章 軟件介紹 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是基于軟件 PROE系統(tǒng)軟件來進(jìn)行的 ,首先設(shè)計(jì)出輪子、真空艙、減速傳動裝置和機(jī)器人 機(jī)體 等，然后再用該軟件裝配，最后基于 PROE的仿真功能對機(jī)器人的運(yùn)動功能進(jìn)行仿真。從實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化的角度出發(fā)，壁面清洗機(jī)器人的主要研究技術(shù)方向?yàn)?: 。與人工智能相結(jié)合 ,使機(jī)器人在封閉環(huán)境中能夠具有一定的自主決策能力 ,完成任務(wù) ,并具有自我保護(hù)能力 ,是移動機(jī)器人發(fā)展的重要方向 ,也是爬壁移動機(jī)器人的重要發(fā)展方向。而目前人們則希望爬壁機(jī)器人能夠裝備多種工具 ,在不同的場合進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用的功能。在此過程中，機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)的動作要和吸附機(jī)構(gòu)相互協(xié)調(diào)，才能保證機(jī)器人在壁面上的靈活移動。 應(yīng)用于金屬壁面的爬壁機(jī)器人，因?yàn)榇盼绞脚辣跈C(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，通常情況下都是磁吸附式，同時(shí)，爬行機(jī)構(gòu)一般采用履帶式結(jié)構(gòu)，其爬行速度較快，控制也比較方便。已經(jīng)有將機(jī)器人投入使用的先河：如 2021 年由北航設(shè)計(jì)的用來清洗上?？萍疾┪镳^的 SKY 三號機(jī)器人。 以此為背景 ,研究人員設(shè)計(jì)提出了多種解決壁面清洗機(jī)器人的方案。 爬壁機(jī)器人必須具有兩個基本功能：在壁面上的吸附功能和移動的功能，以這兩個功能為基礎(chǔ)可以將爬壁機(jī)器人分為若干種 [1]。 with rearwheel drive, a motor drive two rear wheels, rear wheel drive front wheel plete the robot walk, use a worm gear reducer。 本文設(shè)計(jì) 的爬壁機(jī)器人采用四輪式小車形狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單；采用真空吸盤吸附方式，設(shè)計(jì)一個月牙形的真空艙，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)完成機(jī)器人真空吸盤的吸附與排氣控制，避免在每個真空吸盤配備傳感器的需要，降低了控制難度；采用后輪驅(qū)動，一個電機(jī)驅(qū)動兩個后輪，后輪帶動前輪完成機(jī)器人的行走，使用蝸輪蝸桿傳動裝置作為減速器；采用地面供電，地面 提供負(fù)壓的方式；機(jī)器人可以在水平面或者垂直表面直線行走 。 爬壁機(jī)器人是機(jī)器人的一個分支，主要運(yùn)用于壁面和頂部內(nèi)部進(jìn)行清 洗、消防、檢修等移動作業(yè)，現(xiàn)代社會中，在許多場合實(shí)施作業(yè)必須采取安全防護(hù)措施，而這些工作對對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的作用。以高層建筑外墻面的清洗為例 ,目前多采用吊籃懸 吊或用液壓升降臺升降的人工作業(yè)方式 ,但其勞動強(qiáng)度大、效率低、安全隱患多。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)介紹 一款真空吸盤式獨(dú)立行走爬壁機(jī)器人 ,它無需樓梯懸掛機(jī)構(gòu) ,巧妙地運(yùn)用了機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸排氣的控制 。真空吸附方式 第一章 緒論 3 不受壁面材料的限制，但是容易在凹凸不平的表面漏氣，導(dǎo)致吸附力下降，承載能力比較低。當(dāng)工作面上有凸起、溝槽時(shí)，機(jī)器人要通過這些障礙物，就必須有足夠的越障 能力。因此 ,開發(fā)和研究新型吸附技術(shù)是當(dāng)前爬壁 機(jī)器人領(lǐng)域的一個重要方向，其中，仿壁虎腳掌 仿生粘 性材料的發(fā)展是當(dāng)前新型吸附技術(shù)發(fā)展趨勢 。 (4)由帶纜作業(yè)向無纜化方向發(fā)展。 壁面自動清洗機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 目前壁面自動清洗機(jī)器人已成為國內(nèi)外的一個研究熱點(diǎn)。 它無需樓梯懸掛機(jī)構(gòu) ,巧妙地運(yùn)用了機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)吸排氣的控制。 10多年來，經(jīng)歷 20余次的改版，已成為全世界及中國地區(qū)最普及的 3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件 ， 可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械零部件的實(shí)體建模、虛擬裝配、運(yùn)動仿真、強(qiáng)度分析等工作，具有直觀、便捷等特點(diǎn)，是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中非常重要的設(shè)計(jì)工具之一。不同于 CAD設(shè)計(jì)以圖形線條為設(shè)計(jì)元素， Pro／ E以參數(shù)為設(shè)計(jì)元素，從構(gòu)建特征入手，建立零件數(shù)字化模塊。 （ 2）全相關(guān)性 Pro/E的所有模塊都是全相關(guān)的。設(shè)計(jì)者首先規(guī)劃出要設(shè)計(jì)的零部件的功能、形態(tài)，然后利用 Pro／ E提供的各種造型工具，對一些基本幾何體進(jìn)行加工并最終形成滿足設(shè)計(jì)要求的直觀三維零部件模型。 然后依次設(shè)計(jì)出機(jī)器人的吸附裝置，傳動裝置等，初步建立機(jī)器人小車的模型。在機(jī)器人的安全方面，機(jī)器人的重力過大構(gòu)不成隱患，同時(shí)由于玻璃幕墻的不干凈而帶來的摩擦系數(shù)的改變所帶來的影響也可以不計(jì)，并不影響機(jī)器人的安全可靠性。 移動裝置和吸附裝置的設(shè)計(jì) 爬壁機(jī)器人的采用四輪式移動方式，真空吸盤方式，每個輪子設(shè)置有 24個真空吸盤， 分為兩排，為了減少傳感器的使用，使機(jī)器人的控制更容易實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一個月牙形的真空艙，連接于地面的真空泵，為真空吸盤提供負(fù)壓，并且控制真空吸盤的吸附與釋放動作。 因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)社會中爬壁機(jī)器人的清洗對象多為玻璃幕墻，或是瓷轉(zhuǎn)表面，不適于磁吸附方式，所以選擇了真空吸附的方式 [11]。 氣體分配器內(nèi)設(shè)有月牙形真空室 ,見圖 ， 后側(cè)氣口與真空泵相連 ,前側(cè)在分配器的下 1/4 處開有一個月牙形吸氣口 ,氣體分配盤（即為輪子的輪轂 ，見圖 ）與之壓緊密封 ,氣體分配盤上均布著 12 個管每個管嘴連接著一個真空吸盤。另外還要將真空室與真空泵相連，所以要在月牙形盤上開孔至真空室。 傳動系統(tǒng) 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。對于小型移動機(jī)器人的控制，較為常用的電機(jī)有直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī) [8]。 根據(jù)以上球的的電動機(jī)的最小功率和最小轉(zhuǎn)速可以有一定的選擇 電動機(jī)的范圍。考慮到爬壁機(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。本次設(shè)計(jì)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(shí)間上的緊迫等原因，使得在設(shè)計(jì)過程中依然存在很多沒有解決的問題。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(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)也即 將結(jié)束。 我一直對我的老師心存感激，在這畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束的時(shí)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。 （ 3）安全問題 本次設(shè)計(jì)過程中，只是驗(yàn)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(shí)安全的，因?yàn)樽钚≠|(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。 機(jī) 器人的運(yùn)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。 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(jì)出的蝸輪蝸桿的參數(shù)選擇合適的聯(lián)軸器和軸承。 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