【正文】 組件】/【添加組件】，插入連桿，選擇，進行面對齊裝配（）；選擇進行孔的中心對齊（如圖），單擊【確定】。 +吸盤架 第四章 新型越障式高空清潔衛(wèi)士步態(tài)分析與設計第五章 機器人關鍵部分校核與有限元分析 新型越障式高空清潔衛(wèi)士附著技術選擇（1）壁面清洗機器人附著機理 機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)為機器人的附著面與壁面發(fā)生相對滑動；“翻倒”表現(xiàn)為機器人由于傾覆力矩，附著面脫離壁面，從而翻滾跌落離開壁面。對于壁面工作的機器人，兩種失效形式都會對機器人造成巨大的破壞，因而在設計過程中要避免。造成兩種不同失效形式的原因是由機器人的受力情況決定的，滑落失效是由于機器人駐留保持力（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， 機器人附著在壁面上始終具有下滑趨勢和翻倒趨勢，這兩種運動趨勢都是由重力產(chǎn)生 的，但需要不同的力來平衡。下滑的重力分量由機器人與壁面之間的摩擦力來平衡，翻倒力矩由附著裝置產(chǎn)生的吸附力系構成的力矩來平衡。由此構成了附著條件的二元性，機器人必須同時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， 當外力的作用角小于摩擦角時，不管作用力多大物體始終保持靜止狀態(tài)。同理，利用下面定義的力矩圓，通過對力矩圓的比較來判斷機器人突破附著狀態(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 及機器人自身的因素等三個主要方面。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都可能降低附著裝置的密封狀況或摩擦系數(shù)，而壁面結構的制造誤差會降低接觸的緊密度，同樣導致接觸摩擦系數(shù)降低。外力T擾因素主要有風力和建筑群體結構引起的空氣動力，這些T擾外力有可能直接導致翻倒力矩的大幅上升。機器人自身的驅動系統(tǒng)會產(chǎn)生振動和慣性力，以及清洗作用力等也會降低附著的穩(wěn)定性。因此，在進行附著系統(tǒng)設計時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。實際的工作過程中，摩擦系數(shù)隨著壁面表面狀態(tài)變化而改變。在確定介質的摩擦系數(shù)時，必須綜合考慮各種因素的影響，如壁面附著的污物、水膜、洗滌劑等介質都對摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響。下圖給出了不同介質條件下，幾種典型材料與玻璃之間的摩擦系數(shù)。不同介質幾種典型材料的摩擦系數(shù) 真空吸附機構受力與安全性分析(1)吸附時的受力分析 由于機器人在運動過程中吸盤與壁面總是不發(fā)生相對移動，所以可以將機器人吸附時當作靜態(tài)進行分析，由于清洗裝置較走行部分相對較清，故計算時可將其省略。每組吸盤均由3個吸盤成等腰三角形構成，在計算過程中由于直接計算比較復雜，且計算時要求精度不高，故可化簡為一個吸盤，其面積與三個吸盤大小相等，該等效吸盤中心位于原3個吸盤構成的三角形中心，機器人在工作時，由相對的兩組吸盤吸附玻璃壁面，因此計算時可等效為兩個吸盤在作用，機器人上下行運動時的平衡狀態(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吸盤與玻璃之間的摩擦系數(shù) G機器人自身重力（N）F1吸盤1的吸附力（N） F2吸盤2的吸附力（N）F1’玻璃對吸盤1的反作用（N） F2’玻璃對吸盤2的反作用（N）Ff1吸盤1與玻璃之間的摩擦力 （N） Ff2吸盤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材料，由于工作表面/是玻璃，~，摩擦系數(shù)為 ()若吸盤內(nèi)相對于外界壓力為P，吸盤1和吸盤2的面積均為S,則 () () () ()要使機器人不會因重力下滑，則。(3)抗傾覆條件以第二個吸盤與玻璃交界處為原點列力矩方程為： () ()吸盤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)士的總體設計要求，機器人機身總重34 kg，相當于重力,。、：(取120N)從結構可看出對機器人本體可靠吸附影響最大的是在重力作用下的下滑力，也就是說每組處于吸附狀態(tài)的吸盤要能產(chǎn)生120N的真空吸附力才能保證機器人在重力作用下不下滑，每個吸盤組有三個吸盤。這樣每個吸盤上只需要負擔40N的力。吸盤直徑可以用下式確定： （）式中 P吸盤的真空度，； F為單個吸盤的吸附能力； A為吸盤有效面積（mm2）； D為吸盤的實際直徑； 為安全系數(shù)，選取為2；吸盤的直徑為：由表31吸盤的技術參數(shù)可以看出，選取直徑為40mm的吸盤就完全可以滿足需要。根據(jù)計算，每個吸盤組由三個吸盤組成。這三個吸盤的布局形式為正三角形排列。根據(jù)力的合成原理把三個吸盤的吸附力合成為一個作用點在幾何中心、方向同三個吸盤各自的吸附力、大小等于三個力的大小之和的合成力，并且不附加任何力矩。表51 吸盤的技術參數(shù)吸盤直徑 (mm)使用于吸盤支座安裝螺紋有限吸盤直徑 (mm)的脫離力(N)吸盤重量(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程中，機器人不會因重力分力下滑和傾覆力矩翻轉，因而可把靠近壁面連桿一端當做固定連接。左右連桿受力對稱分布，則只需要分別校核上下連桿強度，上下連桿受力分析（如圖） 根據(jù)設計的要求，我們采用防銹鋁5A50（），除具有良好綜合性能外，并且價格便宜，質量小。對于連桿1有：因為連桿1受到拉彎組合變形，如圖受力分析知，在危險截面m的上邊緣各點發(fā)生最大拉應力，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?？梢杂帽戎祦砗饬拷孛嫘螤畹暮侠硇院徒?jīng)濟性。比值較大，則截面的形狀較為經(jīng)濟合理。英()于1807年著171。自然哲學與機械技術講義187。一書中指出:矩形木梁的合理高寬比為：時，強度最大；時，剛度最大。因而時是最優(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)學近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。還利用簡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限未知量的真實系統(tǒng).對腿部連桿進行有限元分析，找出單元應力、位移最大點，從而有目的對其進行結構的優(yōu)化，保證結構的剛度和強度。（1） 分析過程（2）結構優(yōu)化結論論文在壁面清洗機器人關鍵技術研究的基礎上，分析總結高空作業(yè)機器人的一些設計要求和原則，設計了高空清潔衛(wèi)士的構型，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） 主要從壁面機器人行走機構、越障機構、吸附技術和驅動技術等四個方面進行設計，并詳細的對越障連桿機構進行分析。（2） 利用UG建模、裝配、和分析技術，對高空清潔衛(wèi)士進行仿真和結果分析，證實其可行性。（3） 對高空清潔衛(wèi)士附著技術進行校核并構型力學特征，校核其關鍵結構，保證了其工作的安全性和可靠性。（4） 對重要機構進行了有限元的分析，分析其單元應力、位移。有效的進行結構的優(yōu)化設計。當然，作為多學科交叉的機器人技術，壁面機器人的設計是一個復雜的過程，對其我們還有很多的工作要做，尚有以下幾個方面內(nèi)容亟待研究：（1）由于壁面機器人動作的復雜性，本文對控制系統(tǒng)沒有進行分析和研2究。（2）附著技術現(xiàn)主要用于光滑、或較光滑的壁面，并不適用太粗糙表面。機器人壁面適應性仍然需要更深的研究，需要更多的實踐的檢驗。致謝 本論文是在xxxx教授的悉心指導下完成的。從論文的選題、研究內(nèi)容的確定直至論文的撰寫，都得到導師監(jiān)督和耐心細致的指導。導師嚴謹而又科學的治學態(tài)度，使我受益匪淺并將在我今后的工作和學習中，給予我啟迪和促進。至此論文完成之際，向xxx導師致以崇高的敬意和衷心的感謝。參考文獻 附