【導(dǎo)讀】近年來，隨著社會的發(fā)展，樓層越來越高，使用玻璃幕墻的樓房也越來越多，文的任務(wù)就是設(shè)計一種能夠在壁面上吸附行走的清洗爬壁機器人。面或者垂直表面直線行走。重復(fù)操作和精確度較高的自動化設(shè)備。以機器人代替人類從事各種危險、繁重、重復(fù)、單調(diào)及有毒有害的工作是社會發(fā)展的一個趨勢。

　　

【正文】 ，所以不能將電動機直接連接到轉(zhuǎn)動軸，本次設(shè)計中，選擇一個開式蝸輪蝸桿傳動裝置作為過渡，起到減速的作用。 第三章 爬壁機器人的設(shè)計方案 21 圖 蝸輪蝸桿裝置 選擇蝸輪蝸桿裝置作為減速裝置有這樣一些優(yōu)點：蝸輪蝸桿的傳動比比較大，減速效果明顯，一般傳動比 5～ 80，零件數(shù)目少，可以保證結(jié)構(gòu)的緊湊，也能夠保證機器人的自身重量不會太高；沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低，負(fù)荷爬壁機器人的要求；蝸輪蝸桿在一定的條件下可以滿足自鎖條件，可以防止電動機偶然斷電時機器人反向移動。按齒面疲勞 強度設(shè)計蝸輪蝸桿： 先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再交合齒根彎曲疲勞強度 [4]。 （ 1）其中 為作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，由電機的輸出功率和轉(zhuǎn)速以及蝸輪蝸桿的傳動效率決定： （ 2） K 為載荷系數(shù)，與工作載荷的性質(zhì)有關(guān)； 為彈性影響系數(shù)，與所用的蝸輪蝸桿的材料的搭配有關(guān)； 為接觸系數(shù)，與蝸桿的直徑和蝸輪蝸桿的傳動中22 致謝 爬壁機器人設(shè)計 心距 有關(guān)； ? ?H? 為材料的許用接觸應(yīng)力 自然與蝸輪蝸桿的材料有關(guān)，以上所述四個參數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)，可以查表得到。 這樣按齒面接觸強度進行設(shè)計，就可以得到蝸輪蝸桿的傳動中心距的最小值，可以進一步得到蝸輪蝸桿所必須的一些參數(shù)，模數(shù) m，蝸桿和渦輪的分度圓直徑等。 聯(lián)軸器和軸承選擇 根據(jù)已經(jīng)選擇的電機和設(shè)計出的蝸輪蝸桿的參數(shù)選擇合適的聯(lián)軸器和軸承。因為爬壁機器人的軸的轉(zhuǎn)速比較小，且所承受的載荷也并不大，所以軸承選擇最為常見的深溝球軸承，價格低廉，可減少成本。考慮到爬壁機器人中所選的電機輸出功 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。利用 PROE 軟件畫出所選擇的聯(lián)軸器和軸承的立體圖，以備在后面的設(shè)計過程中使用 [5]。 圖 深溝球軸承 爬壁機器人機體建模 考慮到應(yīng)該盡量降低爬壁機器人的自身重量，再加上本次設(shè)計的爬壁機器人有很多問題沒有解決，諸如如何攜帶清洗機構(gòu)，如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎等問題，所以建模第三章 爬壁機器人的設(shè)計方案 23 過程中用了簡單的用空心桿搭建的桁架結(jié)構(gòu)。真空泵設(shè)在地面裝置上，用一臺電機通過蝸輪蝸桿減速傳動裝置帶動后輪機器人前進。 爬壁機器人 PROE 運動仿真 設(shè)計 爬壁機器人的目的是：代替人工進行高層建筑物的墻壁尤其是玻璃幕墻的清洗檢修等，吸附功能和行走功能是機器人最主要的功能，對其運動狀態(tài)運用 PROE軟件進行仿真，分析結(jié)果，檢查爬壁機器人模型的可行性。 仿真過程 首先進入裝配模塊，將前面設(shè)計過稱中設(shè)計的輪子、真空艙、蝸輪蝸桿減速裝置以及機器人車體等裝配起來，搭建機器人整體模型；然后進入機械運動仿真模塊，根據(jù)前面選擇的電機的類型，定義伺服電機；再建立運動分析，設(shè)置參數(shù) Start time 和 End time，并且選擇當(dāng)前位置作為運動分析的初始位置；最后運行運動分析。 機 器人的運動系統(tǒng)中最重要的是傳動系統(tǒng)，蝸輪蝸桿機構(gòu)，首先對此進行仿真。選擇電機的參數(shù)為： 額定電壓： 6V 額定功率： 空載轉(zhuǎn)速： 6000rpm 減速比： 8： 1 24 致謝 爬壁機器人設(shè)計 第四章 結(jié)論 25 第四章 結(jié)論 爬壁機器人是現(xiàn)下相對比較前端的技術(shù)，但 是經(jīng)過幾十年的世界上有關(guān)科技人員的努力研究，也取得了不小的成就。本次設(shè)計完成了機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，以及時間上的緊迫等原因，使得在設(shè)計過程中依然存在很多沒有解決的問題。 清洗用爬壁機器人的用途主要是代替人工用于清 洗高層建筑的玻璃幕墻這樣的高危險工作，有些幕墻上的玻璃是一個整塊，沒有障礙物，但更多的幕墻上的玻璃是用金屬分隔成小塊的，有時候還需要機器人從水平位置轉(zhuǎn)換到垂直位置，所以就牽涉到以下幾個本人在這次設(shè)計中沒有解決的問題： （ 1）自主控制 機器人在高位數(shù)百米的位置工作，如果要越過障礙物，首先要確定障礙物的具體位置及形狀，在于地面的人眼是沒有辦法確定的，自然需要機器人自主識別能力和自我完成跨越障礙物的工作，如果要完成自主控制功能就要用到大量的傳感器甚至是攝像裝置。 （ 2）轉(zhuǎn)彎問題 清洗用爬壁機器人應(yīng)該具有轉(zhuǎn)彎功能， 人工令其轉(zhuǎn)彎是不現(xiàn)實的，因為這樣就失去機器人的優(yōu)點了。對于轉(zhuǎn)彎問題，一開始設(shè)計的是三輪機器人，后輪作為驅(qū)動輪，而一個前輪作為轉(zhuǎn)向輪，因為擔(dān)心機器人吸附裝置的吸附力的大小，機器人在載荷爬壁過程中可能會存在安全隱患，所以改為四輪式機器人。對于真空吸附式爬壁機器人轉(zhuǎn)彎，最大的問題存在于轉(zhuǎn)彎過程中真空吸盤要承受一定的扭矩，難度較大，所以在設(shè)計的過程中并沒有實現(xiàn)，但是有一種實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的方法值得借鑒：增加一個腹部吸盤 [6]。機器人在正常爬行的過程中，腹部吸盤停止工作，當(dāng)機器人需要轉(zhuǎn)彎時，腹部吸盤緊緊吸附在墻壁上，車體完成 轉(zhuǎn)彎。 （ 3）安全問題 本次設(shè)計過程中，只是驗證了四輪式機器人在墻壁爬行的過程中，自生重力加上機器人所帶載荷小于 400kg 左右時安全的，因為最小質(zhì)量比較大，所以可以確定機器人一般不會在爬壁過程中沿著墻壁滑落。然而爬壁機器人的實效方式還有一種方式：翻倒，即在傾覆力矩的作用下前輪失去吸附能力，設(shè)計中并沒有對此26 致謝 爬壁機器人設(shè)計 進行檢驗，但是還是考慮到了它可能存在的影響，并沒有將質(zhì)量比較大，而且比較高的真空泵設(shè)計安裝在機體上，而是設(shè)計成為了地面裝置提供負(fù)壓的形式。致 謝 27 致 謝 四年的大學(xué)生活匆匆而過，大學(xué)生活中的最后一項學(xué)習(xí)任務(wù)也即 將結(jié)束。在這四年的大學(xué)生活中，我始終生活在老師的關(guān)懷和同學(xué)的幫助之中，尤其在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我更是深深感受了這一點。 本文是在段清娟老師的精心指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計的選題到論文的結(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。在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，段老師總是一絲不茍，不辭辛苦，按時為我們幾個學(xué)生做精心的指導(dǎo)和監(jiān)督。在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，段老師留給我最深的影響是老師她一心一意為學(xué)生負(fù)責(zé)的態(tài)度，令我深深敬佩。 我一直對我的老師心存感激，在這畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束的時候，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。 28 致謝 爬壁機器人設(shè)計 參考文獻(xiàn) [1] 肖立，佟仕忠，丁啟敏，吳俊生 . 爬壁機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展 .機器人， 2021（ 11）：81～ 83 [2] 付宜利 ,李志海 . 爬壁機器人的研究進展 .機械設(shè)計， 2021,25（ 4） :1～ 5 [3] 姬國釗 ,張世偉 ,王奇斌 ,李俊秀 ,王 卓 . 真空吸盤式爬壁清洗機器人的研究與開發(fā) .機械應(yīng)用與研究， 2021（ 4）： 5～ 8 [4] 吳宗澤，羅圣國 . 機械設(shè)計手冊 （第二版） . 高等教育出版社， 1998:119～ 154 [5] 紀(jì)銘剛，濮良貴 . 機械設(shè)計 （第八版） . 高等教育出版社， 2021:239～ 269 [6] . Luk, . Cooke, . Collie, . Hewer, S. Chen. Intelligent legged climbing service robot for remote inspection and maintenance in hazardous environments. 8th IEEE Conference on Mechatrinics and Machine Vision in Practice. Hong Kong 2021： 252～ 256 [7] 葛云 羅冬梅 陳志剛 吳雪飛 . 基于 PRO/E 的挖掘機鏟土裝置的建模與運動仿真 . 機械 ,2021(6)： 43～ 45 [8] 吳神麗 . 新型高樓清洗爬壁機器人的研究與設(shè)計 ,成都理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 ,2021 [9] 王鵬 . 壁面自動清洗機器人關(guān)鍵技術(shù)研究 , 上海大學(xué) 碩士學(xué)位論文 , 2021 [10] 張興悟 . 高機動性小型清潔爬壁機器人的研究 , 機械研 究與應(yīng)用 ， 2021（ 2）： 28～ 31 [11] 吳善強 李滿天 孫立寧 .帕比機器人負(fù)壓媳婦方式概述 . 林業(yè)機械與木工設(shè)備 .2021, 35（ 2）： 36～ 37