【正文】 感謝機(jī)電系全體老師在我學(xué)習(xí)上的悉心指導(dǎo) ! 在整個(gè)的論文寫作中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷完善，最終幫助我順利完成了整個(gè)論文的設(shè)計(jì)任務(wù)。在 這次做畢業(yè)論文 期間王 老師給我提供了很多寶貴和有用的文獻(xiàn)資料，提出了很多 改進(jìn)方案，不厭其煩地指導(dǎo)我修改、完善自己的論文設(shè)計(jì)。 這次做論文的經(jīng)歷讓我終生受益，我覺得論文是一個(gè)用真心做的事情，是自己真正學(xué)習(xí)和研究 的過程。剛開始之所以想 到 做 這個(gè)題目 是因?yàn)楫?dāng)時(shí)學(xué)了一門課程是劉極峰老師主編的《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》，當(dāng)時(shí)覺得機(jī)器人很好玩很有意思，于是就愛上了這門課，對(duì)于這論文當(dāng)時(shí)我覺得很簡單，但當(dāng)自己真正開始做的時(shí)候，卻不知道如何著手，突然有種力不從心的 感覺。 機(jī)器人是一個(gè)很復(fù)雜的工程，本文的探討 尚需進(jìn)一步的深化。 （ 3） 本文研究了無線通信系統(tǒng)該機(jī)器人通過無線通信系統(tǒng)與工作人員進(jìn)行信息的相互交換。 （ 2） 在已有資料的基礎(chǔ)上提出了一系列的方案設(shè)計(jì)包括吸附方案的設(shè)計(jì)，爬行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，噴涂裝置的設(shè)計(jì)，控制方案的設(shè)計(jì)以及樓頂?shù)跹b系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。 6 總結(jié) 隨著科技的發(fā)展機(jī)器人的應(yīng)用將會(huì)越來越普及 ， 本文簡單的描述了爬壁噴涂機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案 ,由于本人能力有限所作的只是做了一 些簡單的原理的設(shè)計(jì)和研究。爬壁噴涂機(jī)德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 20xx 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 19 器人要想可靠安全的工作則 要求無線通信系統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性 和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。 [8] 無線通信系統(tǒng) 雖然高層建筑爬壁噴涂機(jī)器人在高空作業(yè)，但是機(jī)器人的各種動(dòng)作 都需要有人在地面進(jìn)行操作，同時(shí)機(jī)器人在高空中的工況信息和狀態(tài)參數(shù)必需要通過無線通信系統(tǒng)傳回地面的控制系統(tǒng)由操作者來進(jìn)行監(jiān)控。 控制系統(tǒng)構(gòu)成 該系統(tǒng)采用主從兩個(gè) PLC,系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示： 控 制 臺(tái)主 P L CK 7 M D R 3 0 S從 P L C — K 7 M D R 2 0 S噴霧泵電機(jī)卷揚(yáng)電機(jī)紅外計(jì)數(shù)器紅外傳感器推動(dòng)電機(jī)噴頭電磁閥橫向滑軌電機(jī)縱向滑軌電機(jī) 圖 9 PLC 控制系統(tǒng) 爬壁噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)主從 PLC 的輸入信號(hào)主要來源于機(jī)器人上安裝的機(jī)械限位開關(guān)和紅外傳感器。 另外 ， 編碼器可以通過滑輪的旋轉(zhuǎn)來精確測量出旋轉(zhuǎn)的圈數(shù) ，計(jì)算出噴涂 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)距離 從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 機(jī)器人位置的確定 [7] 。接著當(dāng)噴涂 機(jī)器人水平方向需要移動(dòng)時(shí) ， 則可以沿著槽鋼軌道推動(dòng)移動(dòng)小車 。制動(dòng)機(jī)構(gòu)是 對(duì)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng) 的， 每次卷揚(yáng)機(jī)工作時(shí) ，應(yīng)該 首先打開制動(dòng)系統(tǒng) ， 松開抱閘 ，才能實(shí)現(xiàn)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng) 。德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 20xx 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī) 、制動(dòng)機(jī)構(gòu)、卷筒和 鋼索 。 卷揚(yáng)機(jī)構(gòu) 與變頻器通過變頻器的引出線相連， 變頻器 、無線通信模塊與 PLC 之間是通過 RS485 進(jìn)行通信 的。 電氣控制裝置包括變頻器 、 PLC、 無線通信模塊 和 控制柜 。 兩條平行的槽鋼組成 了機(jī)構(gòu)的 導(dǎo)軌裝置 ，它 被預(yù)先安裝在 需要噴涂的 樓頂 上， 移動(dòng)小車 就會(huì) 沿著這個(gè)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng) 。移動(dòng)定位車輪顧名思義是對(duì)機(jī)器人主體進(jìn)行 定位的器具有足夠的精度，放置在預(yù)先安裝好的槽鋼軌道內(nèi)，這樣小車將可以沿著預(yù)定軌道移動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 鋼索卷筒移動(dòng)小車斜支撐桿卷纜部件支架 圖 8 機(jī)器人樓頂?shù)跹b系統(tǒng) 移動(dòng)小車包括支撐車輪、移動(dòng)定位車輪、車體、支撐桿、橫梁以及滑輪等。根據(jù)研究目標(biāo)的要求，設(shè)計(jì)的樓頂?shù)跹b系統(tǒng)主要包括：移動(dòng)小車、導(dǎo)軌裝 置、電氣控制系統(tǒng)、編碼計(jì)數(shù)器和卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)。 由圖分析得： 1 2 3 4F F F P S? ? ? ? f1 4F f F?? f2= 5F f F? 德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 20xx 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 16 f3= 6F f F? 4 5 6 1 2 3F x F F F F F F? ? ? ? ? ?? 由上面兩式得 712GFP fS?? ? 當(dāng)上下兩吸盤組回收時(shí)，其受力圖如下 圖所示： 圖 7 機(jī)器人下滑過程受力分析 對(duì)上圖進(jìn)行受力分析可得： 52Fx F F??? 7 f 2Fy F F G? ? ?? 由上面兩式得 74GFP fS?? ? 由此可知吸盤的壓力將隨著機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同而發(fā)生變化。 爬壁噴涂機(jī)器人主 體的受力分析 機(jī)器人噴涂過程中受到很多的力的作用簡化為下圖： 德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 20xx 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 F 1F 2F 3F 4F 5F 6GF 7F f 1F f 2F f 3O 圖 6 機(jī)器人噴涂過程的受力分析 F1上吸盤吸附力（ N）， F2中間吸盤吸附力（ N）， F3下吸盤吸附力（ N）， F4墻壁對(duì)上吸盤的反作用力（ N）， F5墻壁對(duì)中間吸盤的反作用力（ N）， F6墻壁對(duì)下吸盤的反作用力（ N）， F7卷揚(yáng)機(jī)鋼索的牽引力（ N）， G機(jī)器人的自身重力（ N）， Ff1上吸盤和墻壁之間的摩擦力（ N）， Ff2中間吸盤和墻壁之間的摩擦力（ N）， Ff3下吸盤和墻壁之間的摩擦力（ N）。整個(gè)吸盤組做成一個(gè)獨(dú)立的整體，這樣方便安裝和拆卸。對(duì)于吸附墻面這樣面積較大的 物體，為防止吸盤松脫，通常使用多個(gè)吸盤進(jìn)行吸附。 (1)多唇邊是由 柔軟的橡膠材料 制作的，各唇邊之間可形成獨(dú)立的密封范圍達(dá)到了良好的密封效果 ，也可以 根據(jù)物體表面缺陷而變化，使其形狀與物體 表面完成良好的貼合 ； （ 2） 吸盤體和唇形密封體 的制作材料不同 ，吸盤體采用普通的工業(yè)橡膠，唇邊體采用具有耐磨性好、抗撕裂性能高的聚氨酯橡膠， 在提高了吸盤壽命的同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本； （ 3）由于多唇邊的存在，增大了吸附面積，從而提高了吸盤的吸附力； （ 4） 多唇邊 自適應(yīng)吸盤具有一個(gè)球關(guān)節(jié)， 能夠使吸盤 傾斜自如，適應(yīng)墻壁表面傾角的變化，這種自適應(yīng)吸盤在實(shí)際應(yīng)用中獲得了良好的效果 [6]。 這兩個(gè)條件都直接被真空吸盤的密封性能所影響。針對(duì) 墻面的不平整和縫隙 等缺陷，設(shè)計(jì) 了 一種多唇邊 的 自適應(yīng)性真空吸盤。 但是 這種辦法的缺點(diǎn)是當(dāng)工件質(zhì)量較大時(shí)達(dá)不到所需要的真空水平。彌補(bǔ)泄漏 的措施通常有兩個(gè)： (a) 使用多級(jí) 真空發(fā)生器， 使泄漏的氣體能夠在 最短的時(shí)間里補(bǔ)充上來。但這只是個(gè)理想 中的 狀態(tài)， 這種理想的狀態(tài)是很難在現(xiàn)實(shí)中存在的 ， 物體表面不是有氣孔就是粗糙不平。 吸盤內(nèi)的真空壓力 受吸盤與被吸附 表面的貼合程度 影響，如果其 貼合 的程度很 差， 則吸盤的真空度很難 保持， 這樣就達(dá)不到吸附 的目的。由 硅橡膠 制成的吸盤適于抓住表面比較粗糙的物體， 由氨酯制成的吸盤則很耐用 ，而由聚氨酯、丁腈橡膠或含乙烯基的聚合物等材料 制造 的 吸盤 具有耐油性 。 除 了吸盤的 結(jié)構(gòu)外，吸盤 的 材料也是決定其密封性能 好壞的主要因素。由于具有波紋管它可以做小行程的移動(dòng)，不適合運(yùn)用在機(jī)器人的爬行機(jī)構(gòu)上。扁平吸 盤形狀種類很多，材料的品種也很多，很適合應(yīng)用在表面平整的物體表面上。 采用真空吸盤能夠很有效的改變這種影響 。 因?yàn)橹袊^大部分工廠都有壓縮空氣源，完全有條件使用真空發(fā)生器， 所以該機(jī)器人選用多級(jí)真空發(fā)生器。真空發(fā)生器主要有 單級(jí)真空發(fā)生器和多級(jí)真空發(fā)生器兩類，在消耗相同壓縮空氣的條件下，多級(jí)真空發(fā)生器在標(biāo)準(zhǔn)大氣 壓 下的真 空抽氣量一般是單級(jí)真空發(fā)生器的好幾倍，因此，多級(jí)真空發(fā)生器 才 是真正高效率的真空泵。 所以在抽氣量相同時(shí) 真空發(fā)生器體積小 是一種效率高的真空泵。 吸 盤 為 吸 附 狀 態(tài) 吸 盤 為 松 開 狀 態(tài)吸 盤 組活 塞 （ a） 德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 20xx 屆 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動(dòng)化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 12 吸 盤 為 吸 附 狀 態(tài) 吸 盤 為 松 開 狀 態(tài)吸 盤 組活 塞 （ b） 圖 6 機(jī)器人左右移動(dòng)狀態(tài)簡 圖 爬壁 噴涂機(jī)器人的氣動(dòng)元件選擇 真空發(fā)生器 真空發(fā)生器就是利用 正壓氣源產(chǎn)生負(fù)壓的一種新型，高效，清潔，經(jīng)濟(jì)，小型的真空元器件。 （ 3） 縱向前后氣缸吸盤組吸附，橫向氣缸所帶吸盤組吸附在墻壁表面上，此時(shí)該機(jī)器人本體向右移動(dòng)了一步。 （ 1） 縱向前后氣缸所帶吸 盤組吸附，橫向氣缸所帶吸盤組松開橫向氣缸向右移動(dòng)至極限位置，見圖 6（ a）。 到這，該噴涂機(jī)器人完成了一個(gè)完整的向下的運(yùn)動(dòng)過程， 該動(dòng)作導(dǎo)致的結(jié)果是整個(gè)機(jī)器人向下移動(dòng)了一步，而該機(jī)器人向上移動(dòng)的原理和此相似。 （ 3） 縱向后氣缸所帶吸盤組吸附在墻壁表面上，橫向氣缸所帶吸盤組松開，縱向前氣缸推進(jìn)，縱向后氣缸向內(nèi)收縮，橫向氣缸所帶吸盤組吸附，此時(shí)機(jī)器人本體向下移動(dòng)一步。 （ 2） 縱向前氣缸其所帶吸盤組吸附在墻壁表面上，橫向氣缸所帶的吸盤組依舊處于吸附狀態(tài)，與縱向后氣缸相接的吸盤組放開。 機(jī)器人爬行結(jié)構(gòu) pro/e 模型如下所示： 圖 4 機(jī)器人的爬行結(jié)構(gòu) pro/e 模型 1） 機(jī)器人的上下移動(dòng) 假設(shè)機(jī)器人初始狀態(tài)為縱向的前氣缸位于推進(jìn)的最大行程處，縱向后氣缸活塞桿為收縮的最底部，其所帶的吸盤組都處于吸 附狀態(tài)，見圖 5（ a）。 爬壁 噴涂機(jī)器人的爬行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在該噴涂機(jī)器人噴涂作業(yè)規(guī)劃中，出于安全等各方面的因素考慮， 針對(duì)不同的優(yōu)化準(zhǔn)則設(shè)計(jì)出一種最佳的運(yùn)動(dòng)方案用以實(shí)現(xiàn)既定的工作方式，在本結(jié)構(gòu)中此爬壁噴涂機(jī)器人的噴涂路線采用“川”字形，其爬行機(jī)構(gòu)則通過縱向前后氣缸的伸縮實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)至于左右移動(dòng)則通過該爬壁噴涂機(jī)器人承接前后氣缸的一個(gè)橫向氣缸來實(shí)現(xiàn)。 所有的計(jì)算、分析和編程最終 都 要通過本體的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作來