【正文】 組件】/【添加組件】，插入連桿，選擇，進(jìn)行面對(duì)齊裝配（）；選擇進(jìn)行孔的中心對(duì)齊（如圖），單擊【確定】。 +吸盤(pán)架 第四章 新型越障式高空清潔衛(wèi)士步態(tài)分析與設(shè)計(jì)第五章 機(jī)器人關(guān)鍵部分校核與有限元分析 新型越障式高空清潔衛(wèi)士附著技術(shù)選擇（1）壁面清洗機(jī)器人附著機(jī)理 機(jī)器人在壁面正常工作條件下，穩(wěn)定地吸附在壁面，并且在一定的外力干擾下保持附著狀態(tài)不被破壞。機(jī)器人工作失效形式主要可分為滑落和翻倒。其中“滑落”表現(xiàn)為機(jī)器人的附著面與壁面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；“翻倒”表現(xiàn)為機(jī)器人由于傾覆力矩，附著面脫離壁面，從而翻滾跌落離開(kāi)壁面。對(duì)于壁面工作的機(jī)器人，兩種失效形式都會(huì)對(duì)機(jī)器人造成巨大的破壞，因而在設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免。造成兩種不同失效形式的原因是由機(jī)器人的受力情況決定的，滑落失效是由于機(jī)器人駐留保持力（如摩擦力）不足造成的，而翻倒失效則是由于抗翻倒力矩不足造成的。（2）壁面清洗機(jī)器人附著條件 高空清潔衛(wèi)士附著在壁面上必須克服自重和由重力產(chǎn)生的傾覆力矩，也就是說(shuō)， 機(jī)器人附著在壁面上始終具有下滑趨勢(shì)和翻倒趨勢(shì)，這兩種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)都是由重力產(chǎn)生 的，但需要不同的力來(lái)平衡。下滑的重力分量由機(jī)器人與壁面之間的摩擦力來(lái)平衡，翻倒力矩由附著裝置產(chǎn)生的吸附力系構(gòu)成的力矩來(lái)平衡。由此構(gòu)成了附著條件的二元性，機(jī)器人必須同時(shí)滿足上述平衡條件才能穩(wěn)定地附著在壁面上。由摩摔理論可知， 當(dāng)外力的作用角小于摩擦角時(shí)，不管作用力多大物體始終保持靜止?fàn)顟B(tài)。同理，利用下面定義的力矩圓，通過(guò)對(duì)力矩圓的比較來(lái)判斷機(jī)器人突破附著狀態(tài)而翻倒。（3）影響附著穩(wěn)定性的因素 影響機(jī)器人附著穩(wěn)定性的因素是多方面的，其中包括環(huán)境因素、外力T擾因素以 及機(jī)器人自身的因素等三個(gè)主要方面。環(huán)境因素中，主要包括：壁面表面的局部缺陷、清洗液的外溢以及表面附著的其他物質(zhì)都可能降低附著裝置的密封狀況或摩擦系數(shù)，而壁面結(jié)構(gòu)的制造誤差會(huì)降低接觸的緊密度，同樣導(dǎo)致接觸摩擦系數(shù)降低。外力T擾因素主要有風(fēng)力和建筑群體結(jié)構(gòu)引起的空氣動(dòng)力，這些T擾外力有可能直接導(dǎo)致翻倒力矩的大幅上升。機(jī)器人自身的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和慣性力，以及清洗作用力等也會(huì)降低附著的穩(wěn)定性。因此，在進(jìn)行附著系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮各種因素的影響，保證附著的穩(wěn)定性和可靠性。摩擦系數(shù)的大小對(duì)摩擦力的影響最為明顯，附著的摩擦力與摩擦系數(shù)密切相關(guān)。實(shí)際的工作過(guò)程中，摩擦系數(shù)隨著壁面表面狀態(tài)變化而改變。在確定介質(zhì)的摩擦系數(shù)時(shí)，必須綜合考慮各種因素的影響，如壁面附著的污物、水膜、洗滌劑等介質(zhì)都對(duì)摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響。下圖給出了不同介質(zhì)條件下，幾種典型材料與玻璃之間的摩擦系數(shù)。不同介質(zhì)幾種典型材料的摩擦系數(shù) 真空吸附機(jī)構(gòu)受力與安全性分析(1)吸附時(shí)的受力分析 由于機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中吸盤(pán)與壁面總是不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，所以可以將機(jī)器人吸附時(shí)當(dāng)作靜態(tài)進(jìn)行分析，由于清洗裝置較走行部分相對(duì)較清，故計(jì)算時(shí)可將其省略。每組吸盤(pán)均由3個(gè)吸盤(pán)成等腰三角形構(gòu)成，在計(jì)算過(guò)程中由于直接計(jì)算比較復(fù)雜，且計(jì)算時(shí)要求精度不高，故可化簡(jiǎn)為一個(gè)吸盤(pán)，其面積與三個(gè)吸盤(pán)大小相等，該等效吸盤(pán)中心位于原3個(gè)吸盤(pán)構(gòu)成的三角形中心，機(jī)器人在工作時(shí)，由相對(duì)的兩組吸盤(pán)吸附玻璃壁面，因此計(jì)算時(shí)可等效為兩個(gè)吸盤(pán)在作用，機(jī)器人上下行運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡狀態(tài)受力如圖所示：平衡狀態(tài)受力分析圖圖中參數(shù)如下：η吸盤(pán)與玻璃之間的摩擦系數(shù) G機(jī)器人自身重力（N）F1吸盤(pán)1的吸附力（N） F2吸盤(pán)2的吸附力（N）F1’玻璃對(duì)吸盤(pán)1的反作用（N） F2’玻璃對(duì)吸盤(pán)2的反作用（N）Ff1吸盤(pán)1與玻璃之間的摩擦力 （N） Ff2吸盤(pán)2與玻璃之間的摩擦力（N）(2)抗滑落條件選取丁腈橡膠作為吸盤(pán)材料，由于工作表面/是玻璃，~，摩擦系數(shù)為 ()若吸盤(pán)內(nèi)相對(duì)于外界壓力為P，吸盤(pán)1和吸盤(pán)2的面積均為S,則 () () () ()要使機(jī)器人不會(huì)因重力下滑，則。(3)抗傾覆條件以第二個(gè)吸盤(pán)與玻璃交界處為原點(diǎn)列力矩方程為： () ()吸盤(pán)要在傾覆力矩的作用下保持不脫落必須滿足、： ()、 () ()、 ()根據(jù)高空清潔衛(wèi)士的總體設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人機(jī)身總重34 kg，相當(dāng)于重力,。、：(取120N)從結(jié)構(gòu)可看出對(duì)機(jī)器人本體可靠吸附影響最大的是在重力作用下的下滑力，也就是說(shuō)每組處于吸附狀態(tài)的吸盤(pán)要能產(chǎn)生120N的真空吸附力才能保證機(jī)器人在重力作用下不下滑，每個(gè)吸盤(pán)組有三個(gè)吸盤(pán)。這樣每個(gè)吸盤(pán)上只需要負(fù)擔(dān)40N的力。吸盤(pán)直徑可以用下式確定： （）式中 P吸盤(pán)的真空度，； F為單個(gè)吸盤(pán)的吸附能力； A為吸盤(pán)有效面積（mm2）； D為吸盤(pán)的實(shí)際直徑； 為安全系數(shù)，選取為2；吸盤(pán)的直徑為：由表31吸盤(pán)的技術(shù)參數(shù)可以看出，選取直徑為40mm的吸盤(pán)就完全可以滿足需要。根據(jù)計(jì)算，每個(gè)吸盤(pán)組由三個(gè)吸盤(pán)組成。這三個(gè)吸盤(pán)的布局形式為正三角形排列。根據(jù)力的合成原理把三個(gè)吸盤(pán)的吸附力合成為一個(gè)作用點(diǎn)在幾何中心、方向同三個(gè)吸盤(pán)各自的吸附力、大小等于三個(gè)力的大小之和的合成力，并且不附加任何力矩。表51 吸盤(pán)的技術(shù)參數(shù)吸盤(pán)直徑 (mm)使用于吸盤(pán)支座安裝螺紋有限吸盤(pán)直徑 (mm)的脫離力(N)吸盤(pán)重量(g)2規(guī)格10. 146規(guī)格21. 1810規(guī)格31520規(guī)格430940502260規(guī)格5424980309. 7133 腿部連桿的校核及有限元分析由于工作過(guò)程中，機(jī)器人不會(huì)因重力分力下滑和傾覆力矩翻轉(zhuǎn)，因而可把靠近壁面連桿一端當(dāng)做固定連接。左右連桿受力對(duì)稱分布，則只需要分別校核上下連桿強(qiáng)度，上下連桿受力分析（如圖） 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，我們采用防銹鋁5A50（），除具有良好綜合性能外，并且價(jià)格便宜，質(zhì)量小。對(duì)于連桿1有：因?yàn)檫B桿1受到拉彎組合變形，如圖受力分析知，在危險(xiǎn)截面m的上邊緣各點(diǎn)發(fā)生最大拉應(yīng)力，且為： (其中：) （）根據(jù)截面的形狀不同，其抗彎界面系數(shù)也就不同?？梢杂帽戎祦?lái)衡量截面形狀的合理性和經(jīng)濟(jì)性。比值較大，則截面的形狀較為經(jīng)濟(jì)合理。英()于1807年著171。自然哲學(xué)與機(jī)械技術(shù)講義187。一書(shū)中指出:矩形木梁的合理高寬比為：時(shí)，強(qiáng)度最大；時(shí)，剛度最大。因而時(shí)是最優(yōu)截面比例。：所以截面尺寸有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng).對(duì)腿部連桿進(jìn)行有限元分析，找出單元應(yīng)力、位移最大點(diǎn)，從而有目的對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，保證結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。（1） 分析過(guò)程（2）結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)論論文在壁面清洗機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)高空作業(yè)機(jī)器人的一些設(shè)計(jì)要求和原則，設(shè)計(jì)了高空清潔衛(wèi)士的構(gòu)型，并創(chuàng)新性地提出了越障系統(tǒng)。本論文的研究成果如下：（1） 主要從壁面機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)、越障機(jī)構(gòu)、吸附技術(shù)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)等四個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，并詳細(xì)的對(duì)越障連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。（2） 利用UG建模、裝配、和分析技術(shù)，對(duì)高空清潔衛(wèi)士進(jìn)行仿真和結(jié)果分析，證實(shí)其可行性。（3） 對(duì)高空清潔衛(wèi)士附著技術(shù)進(jìn)行校核并構(gòu)型力學(xué)特征，校核其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，保證了其工作的安全性和可靠性。（4） 對(duì)重要機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元的分析，分析其單元應(yīng)力、位移。有效的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)然，作為多學(xué)科交叉的機(jī)器人技術(shù)，壁面機(jī)器人的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，對(duì)其我們還有很多的工作要做，尚有以下幾個(gè)方面內(nèi)容亟待研究：（1）由于壁面機(jī)器人動(dòng)作的復(fù)雜性，本文對(duì)控制系統(tǒng)沒(méi)有進(jìn)行分析和研2究。（2）附著技術(shù)現(xiàn)主要用于光滑、或較光滑的壁面，并不適用太粗糙表面。機(jī)器人壁面適應(yīng)性仍然需要更深的研究，需要更多的實(shí)踐的檢驗(yàn)。致謝 本論文是在xxxx教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、研究?jī)?nèi)容的確定直至論文的撰寫(xiě)，都得到導(dǎo)師監(jiān)督和耐心細(xì)致的指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)而又科學(xué)的治學(xué)態(tài)度，使我受益匪淺并將在我今后的工作和學(xué)習(xí)中，給予我啟迪和促進(jìn)。至此論文完成之際，向xxx導(dǎo)師致以崇高的敬意和衷心的感謝。參考文獻(xiàn) 附