【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .. . 學(xué)習(xí)好幫手第二章 玻璃清潔機(jī)器人總體規(guī)劃 吸附機(jī)構(gòu)玻璃清潔機(jī)器人的吸附機(jī)構(gòu)由機(jī)器人腔體、自鎖絞桿、自絞鎖固定板、橡膠墊片、軸流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)槳葉，上安全防護(hù)罩和下安全防護(hù)罩組成。這樣設(shè)計(jì)的要求一是使機(jī)器人整體重心更加貼近于玻璃幕墻表面；二是滿足市場(chǎng)上現(xiàn)有的軸流風(fēng)機(jī)的規(guī)格尺寸，及保證了設(shè)備的裝配空間同時(shí)還要減省了機(jī)器人腔體的材料，從而減輕機(jī)器人的整體重量 [14]。在機(jī)器氣人腔體上安全防護(hù)罩裝配連接上，由于需要承載的自由防護(hù)罩自身的重量，所以沒(méi)有采用螺紋連接，而是采用傳統(tǒng)而簡(jiǎn)單的鎖卡模式。在腔體上預(yù)留所鎖卡鍵然后在安全防護(hù)罩上預(yù)留與之相應(yīng)的鍵槽，如下圖 （a） 和圖 （b） 。 （a）預(yù)留的鎖卡鍵 （b）預(yù)留的鍵槽圖 鎖卡鍵與鍵槽示意圖圖 機(jī)器人腔體與安全防護(hù)罩結(jié)合. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手機(jī)器人的腔體將采用在工程塑料制作。工程塑料擁有優(yōu)秀的綜合性能，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中具有剛性大，機(jī)械強(qiáng)度高，電絕緣性好等特點(diǎn)，并且能夠在較苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中回收再利用，而且在有些工程項(xiàng)目中可替代金屬作為工程結(jié)構(gòu)材料使用，是一種理想而且環(huán)保的制造原料 [15]。安全防護(hù)罩設(shè)計(jì)成孔狀會(huì)對(duì)風(fēng)道產(chǎn)生較大的阻礙，設(shè)計(jì)成柵狀是一為了保證風(fēng)道的暢通，二是與網(wǎng)狀相比柵狀更加節(jié)省材料。安全防護(hù)罩由于在機(jī)器人整體機(jī)構(gòu)中除自身外不承載其他機(jī)構(gòu)，所以防護(hù)罩采用常見(jiàn)的耐沖擊硬膠耐沖擊性聚苯乙烯制作。自鎖絞桿和自絞鎖固定板裝配在一起，作為軸流風(fēng)機(jī)與機(jī)器人腔體的連接裝置，不僅要求自鎖絞桿和自絞鎖固定板自身連接穩(wěn)固，而在部件制作的材料的選擇上要求剛性大，蠕變小，機(jī)械強(qiáng)度高。而由于機(jī)器人在重量上有要求限制，所以自鎖絞桿采用航空鋁材料，自絞鎖固定板采用常見(jiàn)的耐沖擊硬膠耐沖擊性聚苯乙烯制作。木質(zhì)家具兩構(gòu)件連接時(shí)常采用一種凹凸處理的接合方式，這在我國(guó)傳統(tǒng)實(shí)木家制作過(guò)程中稱這一工藝結(jié)構(gòu)為榫卯結(jié)構(gòu)。凸出的那部分叫榫；凹進(jìn)那部分叫卯。在機(jī)器人自鎖絞桿和自絞鎖固定板的設(shè)計(jì)中，借鑒了古老而又科學(xué)的設(shè)計(jì)方法。如下圖 （a） 所示為兩根自鎖絞桿連接示意圖，其中桿 2 限制了桿 1，使其不能轉(zhuǎn)動(dòng)也不能；桿 2 本身可以轉(zhuǎn)動(dòng)也可以移動(dòng)。當(dāng)兩根自鎖絞桿裝配到自絞鎖固定板后，如下圖 （b） 所示，在桿 2 的位置上用銷使其定位，從而限制桿 2 的移動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。自鎖絞桿和自絞鎖固定板裝配如下圖 。 （a）自鎖絞桿連接 （b）自鎖絞桿在自絞鎖固定板內(nèi)部圖 自鎖絞桿示意圖. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 自鎖絞桿和自絞鎖固定板裝配由于軸流電機(jī)市場(chǎng)上有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以根據(jù)實(shí)際需求選擇 YWF2S250 型軸流電機(jī)。YWF2S250 型軸流電機(jī)額定電壓 220 V ，轉(zhuǎn)速 2400 rpm ，風(fēng)量 1400 m3/h 。軸流電機(jī)槳葉采用耐沖擊性聚苯乙烯制作，葉片長(zhǎng)度根據(jù)機(jī)器人腔體直徑在做調(diào)整。 清潔結(jié)構(gòu)玻璃清潔機(jī)器人清洗機(jī)構(gòu)外掛于機(jī)器人腔體后輪處，采用外部供水。首先沖洗玻璃表面，然后小型電機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)，帶動(dòng)粘有高密度聚乙烯條的輥筒滾動(dòng)清潔玻璃表面。其組成部件由行走輪、供水管、套蓋、輥筒組成，如下圖 。圖 玻璃清潔機(jī)器人清洗機(jī)構(gòu)1 行走輪 2 供水管 3 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4 輥筒 5 套蓋 行走機(jī)構(gòu)清潔機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)由左右兩邊的轉(zhuǎn)向輪和尾部的從動(dòng)輪組成，轉(zhuǎn)向輪在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)請(qǐng)進(jìn)、后退以及轉(zhuǎn)向，如下圖 。從動(dòng)輪是萬(wàn)向輪，方便轉(zhuǎn)向同時(shí)起. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手到平衡支撐機(jī)器人作用，如下圖 。行走機(jī)構(gòu)個(gè)零件也可采用耐沖擊硬膠耐沖擊性聚苯乙烯制作，行走輪則采用密度小的泡沫橡膠制作。圖 行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向裝置1 轉(zhuǎn)向輪 2 轉(zhuǎn)向輪支架 3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖 行走機(jī)構(gòu)從動(dòng)裝置1 從動(dòng)輪 2 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向桿 3 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)向桿支架 水電供應(yīng)系統(tǒng)玻璃清潔機(jī)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(jī)構(gòu)。在為了減輕重量的同時(shí)提高工作時(shí)效，所有電機(jī)的電源采用外接，機(jī)器人本身將不攜帶電池。這樣在機(jī)器人工作時(shí)既節(jié)省能量，也可以減輕機(jī)器氣人的重量。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 小結(jié)玻璃清潔機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)按照模塊化的設(shè)計(jì)理念，從而在結(jié)構(gòu)上追求簡(jiǎn)潔，方便清洗機(jī)器人是拆卸與組裝。同時(shí)機(jī)器所有機(jī)構(gòu)和零件的制作材料都采用密度輕而且復(fù)合設(shè)計(jì)使用強(qiáng)度的材質(zhì)，這樣可以為電機(jī)提供更多的選擇空間。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手第三章 吸附機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 吸附原理要保證玻璃清潔機(jī)器人在玻璃表面安全穩(wěn)定地吸附，就必須在氣路殼體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)真空負(fù)壓，這就需要有一個(gè)負(fù)壓產(chǎn)生裝置。采用風(fēng)機(jī)抽風(fēng)使得機(jī)器人氣路殼體內(nèi)產(chǎn)生真空負(fù)壓，這里要求該裝置重量輕、體積小、噪音小、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單而且安裝方便、排風(fēng)量大、能夠迅速建立真空負(fù)壓，即要求瞬時(shí)響應(yīng)的時(shí)間非常短。目前使用的通風(fēng)機(jī)按氣流的運(yùn)動(dòng)方向大致有三類，即為離心式、軸流式和混流式。氣體在離心式通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)機(jī)葉輪帶動(dòng)下，是沿離心方向 (即沿半徑方向) 流動(dòng)的，所以也被稱之為徑流式；氣體在軸流式通風(fēng)機(jī)的腔體內(nèi)部，沿軸線的方向流動(dòng)；氣體在混流式通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)機(jī)葉輪中帶動(dòng)下，氣體的流動(dòng)方向介于離心式和軸流式通風(fēng)機(jī)之間，也被稱為斜流式。離心式通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是比轉(zhuǎn)數(shù)低(通常在 ns=~) ,全壓高，流量小，被應(yīng)用于需要提高壓力而流量小的場(chǎng)合。因?yàn)槠淞髁啃?，所以?duì)裝置的密封性要求嚴(yán)格，對(duì)空氣泄露敏感。當(dāng)壁面與吸盤之間存在間隙時(shí)，隨著吸盤與壁面間隙的擴(kuò)大，吸盤內(nèi)負(fù)壓將會(huì)急劇下降。這對(duì)機(jī)器人在不足夠平整的壁面工作極為不利。同時(shí)，為了保證密封性而在吸盤邊緣設(shè)計(jì)的各種密封墊在機(jī)器人移動(dòng)時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生阻力而且自身由于摩擦也會(huì)產(chǎn)生磨損的問(wèn)題。因此，這種吸附方式對(duì)于通用建筑表面的清潔機(jī)器人來(lái)說(shuō)并不是非常理想的。軸流式通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是比轉(zhuǎn)數(shù)高(通常在 ns=~90) ，全壓低，風(fēng)機(jī)內(nèi)氣體流量大，被應(yīng)用于流量大而風(fēng)壓要求不高的場(chǎng)合。并且由于軸流式風(fēng)機(jī)獨(dú)特的翼型葉片形狀，還可以產(chǎn)生一定的反推力。這樣產(chǎn)生的復(fù)合推力可以被我們所利用?；炝魇酵L(fēng)機(jī)整體機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，而且空氣的流向也復(fù)雜，應(yīng)用起來(lái)較為困難，所以一般不采用。在本文中玻璃清潔機(jī)器人的負(fù)壓及反推力產(chǎn)生裝置需要流量大，但對(duì)全壓要求不高，故采用軸流風(fēng)機(jī)?；趶?fù)合吸附方式的玻璃清潔機(jī)器人吸附機(jī)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(chǎng)產(chǎn)生的負(fù)壓。這兩部分都包括若干個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，在這些參數(shù)共同作用下，決定了機(jī)器人的吸附效果。為了清晰的說(shuō)明玻璃清潔機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)的吸附原理，本文接下來(lái)的部分依照以下三個(gè)部分分別論述：風(fēng)機(jī)推力、負(fù)壓的產(chǎn)生以及推力和負(fù)壓的復(fù)合推力。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手 吸附方式的實(shí)現(xiàn) 風(fēng)機(jī)推力與其他利用反推作用力的壁面移動(dòng)機(jī)器人類似，本文的吸附方式壁面機(jī)器人同樣是利用螺旋槳的推力將機(jī)器人緊壓向壁面。與其他利用反推作用力的壁面移動(dòng)機(jī)器人的區(qū)別在于，其他利用反推作用力的機(jī)器人螺旋槳轉(zhuǎn)軸與墻面成一個(gè)傾角，這樣推力的一部分可以平衡機(jī)器人本體的重力，同時(shí)推力垂直于墻面的分量用于產(chǎn)生墻面與機(jī)器人行走輪之間的摩擦力。這個(gè)方案使平衡重力的推力達(dá)到最大效率，但是這要求螺旋槳轉(zhuǎn)軸與墻面的夾角必須精確控制，否則平衡被打破機(jī)器人就會(huì)傾覆。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(duì)推力夾角的復(fù)雜控制。由于復(fù)合吸附方式中的推力沒(méi)有得到最高效的利用，我們更需要盡可能尋求增大推力值的途徑。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。軸流風(fēng)機(jī)中的槳葉與飛行器的螺旋槳類似，槳葉單一處豎截面形狀如下圖 所示。電機(jī)帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)，空氣以下圖的中方式流過(guò)槳葉翼面。由于翼面上下線性長(zhǎng)度不同但同時(shí)到達(dá)后緣的關(guān)系，所以翼面上下氣流速度則不同。圖 槳葉對(duì)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(qiáng)等運(yùn)動(dòng)參數(shù)在流流體流動(dòng)過(guò)程中相互影響的變化規(guī)律。即得到伯努利理想氣體方程，氣體總壓=靜壓與動(dòng)壓的和?？倝菏浅?shù)，而動(dòng)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。葉片表面的彎曲度使得一側(cè)表面的空氣流速更快從而動(dòng)壓更大，由于總壓不變這一側(cè)表面的靜壓就小了。兩側(cè)翼面的靜壓不同產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生了推力。. . . .. . 學(xué)習(xí)好幫手圖 葉柵受力分析圖在軸流風(fēng)扇理論中，在確定半徑處對(duì)槳葉作環(huán)形剖視，可以得到一組葉柵。如圖 所示。下標(biāo) “1”和“2”分別表示葉柵 (AB，A 1B2 ) 氣體入口處和出口處的各個(gè)參數(shù)，下標(biāo)“a”表示向量沿葉片轉(zhuǎn)軸方向的分量，w 向量是氣體相對(duì)葉片的速度，u 向量是葉片的速度,c 向量是氣體的絕對(duì)速度，x 向量是氣體的圓周速度?，F(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(dòng)動(dòng)量定