【正文】 在這次畢業(yè)設計的過程中，段老師留給我最深的影響是老師她一心一意為學生負責的態(tài)度，令我深深敬佩。在這四年的大學生活中，我始終生活在老師的關懷和同學的幫助之中，尤其在這次畢業(yè)設計的過程中，我更是深深感受了這一點。機器人在正常爬行的過程中，腹部吸盤停止工作，當機器人需要轉(zhuǎn)彎時，腹部吸盤緊緊吸附在墻壁上，車體完成 轉(zhuǎn)彎。 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。 仿真過程 首先進入裝配模塊，將前面設計過稱中設計的輪子、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，設置參數(shù) Start time 和 End time，并且選擇當前位置作為運動分析的初始位置；最后運行運動分析。利用 PROE 軟件畫出所選擇的聯(lián)軸器和軸承的立體圖，以備在后面的設計過程中使用 [5]。 這樣按齒面接觸強度進行設計，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。 減速裝置的設計 電動機輸出的轉(zhuǎn)速較高，所以不能將電動機直接連接到轉(zhuǎn)動軸，本次設計中，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。 電動機產(chǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩依次通過聯(lián)軸器，蝸輪蝸桿減速器，一對軸承傳遞到機器人輪子上，效率分別為 =， =， =，而 F為加在輪子上的驅(qū)動力，必須克服真空吸盤所施加的摩擦力，所以有 20 致謝 爬壁機器人設計 其中， S， ， 已經(jīng)在計算機器人會不會滑落的計算中涉及過。 其中直流電機實際上是機器人平臺的標準電機，有著極寬的功率調(diào)節(jié)范圍、實用性好、具有很高的性價比，是一種最為通用的電機。爬壁機器人作為自主移動機器人的一種特例，應具有良好的靈活性，一方面要求機器人載體重量輕，另一方面更要求與周邊的環(huán)境相對獨立。連接于地面的電纜 通直流電與 機器人攜帶的直流電機， 電機輸出轉(zhuǎn)速太高，所以設計一臺雙側(cè)出軸的開式蝸輪蝸桿減速器，經(jīng)減速后傳遞到連接機器人作為驅(qū)動輪的后輪軸上， 從而驅(qū)動機器人的從動輪 ， 完成機器人的整體移動 ，正常的前進速度應該在 。使用泡沫材料是這樣想的：泡沫材料是一種軟質(zhì)材料，它的結構決定它的密封能力不夠好，容易產(chǎn)生漏氣，所以如果用泡沫材料做實驗的時候吸附力比較大，那么如果采用別的材料，一樣有一定的可行度。月牙盤的設計為控制帶來了方便，同時也增加了加工難度。 16 致謝 爬壁機器人設計 a b 圖 真空艙與輪轂的配合 月牙形真空室所在處，月牙盤突出，其原因在于：該氣體分配器是固定在機器人機體上的，真空室所在面與輪盤之間有相對運動，同時必須保證這兩個結構之間相對運動時不能發(fā)生過多的漏氣，此處突出四分之一處既可以保證真空室所在面能夠與真空吸盤的氣嘴相接處，保證與輪盤緊密接觸，還可以降低兩個結 構相對運動時產(chǎn)生的摩擦力過大，給動力能源帶來額外的負載，同時過大的摩擦會降低機器人的使用壽命。其中帶有月牙形真空室的氣體分配器是固定在車體上不動的，爬壁機器人由電機驅(qū)動輪子前行時，當某一個吸盤完全接觸墻壁 ,與之對應的管嘴也恰好進入了真空室的吸氣口 ,形成了氣 流通路 ,真空泵便對這個吸盤抽氣 。同一輪子上的 24個吸盤通過管路匯總到與輪轂設計為一體的氣體分配器上 ,氣體分配器再匯總到真空泵 ,組成真空抽氣系統(tǒng)。 在爬壁機器人與墻體間直接產(chǎn)生吸附力的裝置是固定在兩側(cè)輪子上的真空吸盤，輪子直徑定 初步 定 為 20cm， 真空吸盤采用廣方氣動 ZHP50WM6真空吸盤 ，見圖 。本次設計過程中主要考慮了真空吸附和磁吸附兩種方式， 磁吸附法要求壁面必須是導磁材料，分為永磁吸附和電磁吸附。 移動系統(tǒng) 清洗爬壁機器人按照移動方式可分為車輪式、履帶式和腳步行式。 第三章 爬壁機器人的設計方案 13 爬壁機器人的總體結構 該爬壁機器人利用輪式式行走機構吸附在墻壁上并自由爬行 ,通過外掛的清洗機構清洗玻璃。 （ 2）轉(zhuǎn)彎問題和清洗 能力 研究清洗爬壁機器人的初衷是代替手工工人，在高層建筑的玻璃幕墻上開展清洗或是玻璃幕墻維修工作，所以自主轉(zhuǎn)彎是爬壁機器人能夠?qū)嵱玫幕竟δ苤?。其中吸盤在垂直壁面上時最容易發(fā)生脫落，此時是一個臨界條件，此時應該有： 其中， m 為爬壁機器人的質(zhì)量， a 為車體運動的最大加速度，估取 12 致謝 爬壁機器人設計 a=0. 5m ， Ni 為吸盤的吸附力， Ni=Δ p 爬壁機器人的工作過程 本次畢業(yè)設計的任務是設計一個爬壁機器人，采用真空吸附四輪式機器人，結構類似于小車，是用來清洗高層建筑物上的玻璃幕墻，所以要求設計的爬壁機器人能夠攜帶清洗結構，在玻璃幕墻上按照一定的路徑行走，與此同時，機器人攜帶的清洗機構能夠完成對玻璃幕墻的清洗工作。 第二章 軟件介紹 9 （ 3）生成工程圖， Pro/E可以用來實現(xiàn)基于實體建模的工作流程而生成工程圖紙，用戶可 以輕松地生成和保存 2D工程圖紙，由于工程圖紙和 3D零件動態(tài)連接，因此當用戶修改生成視圖的 3D模型時，零件視圖、尺寸和注釋等都自動更新，節(jié)約了圖紙管理和維護的時間。該模型的建立是后續(xù)機構運動分析、裝配仿真等工作的基礎。 （ 4）在裝配圖中構建實體 根據(jù)已建好的實體模型，在裝配中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準，直接構建新的實體模型。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。同種規(guī)格零件的不同尺寸系列可在一次設計成型后通過8 致謝 爬壁機器人設計 修改尺寸得到。參數(shù)化技術以約束為核心。 Pro／ E的特點 (1)基于特征的參數(shù)化建模 參數(shù)化設計是一種 使用重要幾何參數(shù)快速構造和修改幾何模型的造型方法。 與二維繪圖 軟件相比，三維設計軟件 Pro／ Engineer不僅可以進行三維實體建模，還可進行結構分析、虛擬裝配和干涉檢驗、機構動力學分析、強度分析、工業(yè)造型設計和模具設計、工程圖制作等功能，可自動生成多視圖的二維圖紙并自動標注。以往計算機輔助設計以二維圖紙繪制為主，直觀性差。該機器人的設計是這樣實現(xiàn)的： 爬壁機器人最主要的要求是能夠在墻壁吸附行走，所以首先在確定的總體結構的基礎上設計吸附裝置，即輪子與真空發(fā)生裝置，運用了一種機械傳動結構實現(xiàn)機器人稀奇排氣的控制；然后設計傳動減速裝置，選擇合適的電機后，采用蝸輪蝸桿裝置，選擇聯(lián)軸器和軸承等傳動裝置；最后建立機器人小車的模型，并對其基于 PROE 軟件進行運動仿真，運動分析，進一步改善機器人結構。 ，以滿足特殊壁面的清洗要求如階梯狀表面、傾斜面、球型面等外墻面。國外在這方面比較有代表性的有日本通產(chǎn)工業(yè)技術設計院、日本三菱電機公司、美國國際機器人技 第一章 緒論 5 術公司、英國樸茨茅斯理工學院等，國內(nèi)比較有代表性的有哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學、上海大學等。為了使機器人能夠應用于不同場合 ,根據(jù)任務需求 ,在不需要重新設計系統(tǒng)條件下 ,充分利用已有的機器人系統(tǒng) ,應 使機器人具有可重構性 ,即具有模塊化結構。帶纜作業(yè)極大地限制了機器人的作業(yè)空間 ,所以 ,為了提高機器人的靈活性和擴大工作空間 ,無纜化成為現(xiàn)在和未來爬壁機器人的發(fā)展趨勢。 (3)小型化、微型化是當前爬壁機器人發(fā)展的趨勢。 (2)爬壁機器人的任務由單一化向多功能化方向發(fā)展。 國內(nèi)外爬壁機器人的發(fā)展趨勢 驅(qū)動、傳感、控制等硬軟件技術的發(fā)展 極大地推動了爬壁機器人技術的發(fā)展 ,實際應用的需求也對爬壁機器人的發(fā)展提出了挑戰(zhàn) ,爬壁機器人的發(fā)展趨勢歸結4 致謝 爬壁機器人設計 起來主要有以下幾方面 。由于爬壁機器人