【正文】 靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內(nèi)容。本學位論文的知識產(chǎn)權歸屬于培養(yǎng)單位。它不僅可以用于高層建筑外表面幕墻的清洗，還可用于特殊環(huán)境或者特殊設備的表面清洗以及檢查。其主要工作在高層建筑的玻璃幕墻表面，克服重力對自身的作用，攜帶清洗作業(yè)設備對建筑物玻璃幕墻表面進行清洗，從而將人們從危險的高空作業(yè)環(huán)境中解脫出來，不僅可以避免發(fā)生意外事故，而且可以提高清洗效率、節(jié)約成本，具有可觀的市場前景。在對機器人整體設計方案進行介紹，提出模塊化的組裝結構。最后利用 Pro/ENGINEER 創(chuàng)建出所設計的玻璃清潔機器人吸附機構三維實體模型以及機器人整體模型。 Combined suction method。作為一種可在高空極限環(huán)境下工作的自動化機械裝置，它的發(fā)展現(xiàn)在越來越受到人們的關注。玻璃清潔機器人吸附機構的研究，有兩個問題必須要妥善處理好：一是如何穩(wěn)當?shù)匚接诓ＡП砻?；二是使機器人吸附在玻璃表面的同時又不影響機器人在玻璃表面上移動。就是優(yōu)化吸附和移動的關系，既要求吸附裝置的研究設計方案在保證玻璃清潔機器人吸附裝置為機器人提供足夠的吸附力的同時，又不影響機器人在玻璃表面面的移動能力 [2]。 國內(nèi)外對玻璃清潔機器人吸附方式的研究概況通過按吸附方式的不同，可將玻璃幕墻清潔機器人的吸附機構分為三種，即磁吸附、真空吸附和推力吸附 [3]。對壁面的平整程度都沒有要求，不僅機器人的有效載荷遠勝于真空吸附和推力吸附，而且在作業(yè)過程中不存在真空漏氣的問題，但要求機器人工作時所吸附的壁面必須是導磁材料，這一點使得采用磁吸附作為吸附方式的機器人的應用環(huán)境收到嚴重地限制；真空吸附按吸盤個數(shù)又分為單吸盤和多吸盤兩種，真空吸附雖然不受壁面材料限制但對吸盤的密封性能卻要求較高，在附著面不平整時吸盤容易漏氣，使密封性能下降從而造成吸附力下降，使得機器人的實際承載能力降低；推力吸附方式整合了前兩者的優(yōu)點，有一定的吸附力而且對壁面的平整程度沒有要求，但是由于要求風機排風量很大所以整體重量會很重。2表 玻璃清潔機器人吸附方式的比較吸附方式 缺點 優(yōu)點永磁吸附 移動時需要機器人主體跟吸附 表面分離 不需要外部施加能量，安全 性高磁吸附電磁吸附 要外部施加能量，電磁鐵重量 大，機器人笨重 容易實現(xiàn)機器人主體與壁面 的離合，吸附力強單吸盤吸附 吸盤的泄露量一旦超過極限， 本體將失去吸附能力 允許有一定的泄露量，允許 壁面有凹凸真空吸附多吸盤吸附 對壁面要求高，壁面有凹凸或 裂縫時將會有泄露 吸盤尺寸小，機器人更加靈 活推力吸附 風機噪聲大啊，機器人重量大， 體積大 對壁面適應性強，不存在泄 露問題圖 是清華大學采用電磁體吸附方式研制的用于儲罐表面檢測的磁吸附機器人THClimberI [5]，行走方式為履帶驅(qū)動機器人在儲罐表面行走檢測。圖 為加拿大戴爾豪斯大學和香港中文大學研制的壁面移動機器人 [6]，它的吸附裝置使用永磁體吸附履帶。 圖 清華大學磁吸附 圖 戴爾豪斯大學和香港中文大學的機器人 THClimberI 永磁體吸附履帶壁面移動機器人 [7]圖 是年哈爾濱工業(yè)大學研制的 CLRII 型壁面清洗壁面移動機器人 [8]，它的吸附機構采用的就是單吸盤真空吸附，清洗裝置懸掛于機器人下方。由于它是專為建筑物外表面瓷磚壁面的清洗而設計制造的,所以目前已有成品并投入生產(chǎn)應用。NINJIAI 和 NINJAII 的主要技術參考是相同，吸附裝置也都采用的多吸盤真空吸附。在吸附原理上它借鑒直升機原理，使用螺旋槳產(chǎn)生的高速氣流推動機器人在墻壁表面移動的同時貼合墻壁表面。夾角，如此高速氣流產(chǎn)生的推力在水平方向始終有分力指向壁面，從而實現(xiàn)了機器人的吸附吸附在建筑表面上：在豎直方向也有向上的分力，使機器人可以緊貼壁面移動，且使機器人具有一定的越障能力。圖 為實物圖。 吸附方式將更多地采用仿生技術在目前現(xiàn)有技術的的支持下真空吸附方式和磁吸附方式發(fā)展得相對成熟，并伴隨著各種成熟產(chǎn)品相繼投入市場，所以這些技術目前得到適當?shù)膽茫麄兊娜秉c卻不利于該技術進一步的推廣與應用。盡管當前采用仿生技術的吸附裝置吸附能力還比較差，但隨著 MEMS 加工技術（微型加工技術） 、3D 打印技術以及新材料技術的發(fā)展，相信吸附性能將會有顯著的提升 [10][11]。如圖 為仿壁虎機器人。仿生微型機器人能夠利用其體型小的優(yōu)點，可以用于特殊環(huán)境檢測作業(yè)。相對體積小、質(zhì)量輕的機器人不僅工作時能耗較小，而且更加的靈活，并且在某些特殊場合得工作也只有小型機器人可以勝任 [12]。所以，壁面移動機器人的小型化和微型化是機器人未來發(fā)展的一個非常重要的趨勢。 小結本章介紹了課題研究的現(xiàn)實意義以及重要性，分析了國內(nèi)外壁面移動機器人吸附機構的分類、特點及當下研究狀況，并按照吸附方式的的不同對各種吸附方式進行比較。6第二章 玻璃清潔機器人總體規(guī)劃 吸附機構玻璃清潔機器人的吸附機構由機器人腔體、自鎖絞桿、自絞鎖固定板、橡膠墊片、軸流風機、軸流風機槳葉，上安全防護罩和下安全防護罩組成。在機器氣人腔體上安全防護罩裝配連接上，由于需要承載的自由防護罩自身的重量，所以沒有采用螺紋連接，而是采用傳統(tǒng)而簡單的鎖卡模式。 （a）預留的鎖卡鍵 （b）預留的鍵槽圖 鎖卡鍵與鍵槽示意圖圖 機器人腔體與安全防護罩結合7機器人的腔體將采用在工程塑料制作。安全防護罩設計成孔狀會對風道產(chǎn)生較大的阻礙，設計成柵狀是一為了保證風道的暢通，二是與網(wǎng)狀相比柵狀更加節(jié)省材料。自鎖絞桿和自絞鎖固定板裝配在一起，作為軸流風機與機器人腔體的連接裝置，不僅要求自鎖絞桿和自絞鎖固定板自身連接穩(wěn)固，而在部件制作的材料的選擇上要求剛性大，蠕變小，機械強度高。木質(zhì)家具兩構件連接時常采用一種凹凸處理的接合方式，這在我國傳統(tǒng)實木家制作過程中稱這一工藝結構為榫卯結構。在機器人自鎖絞桿和自絞鎖固定板的設計中，借鑒了古老而又科學的設計方法。當兩根自鎖絞桿裝配到自絞鎖固定板后，如下圖 （b） 所示，在桿 2 的位置上用銷使其定位，從而限制桿 2 的移動與轉(zhuǎn)動。 （a）自鎖絞桿連接 （b）自鎖絞桿在自絞鎖固定板內(nèi)部8圖 自鎖絞桿示意圖圖 自鎖絞桿和自絞鎖固定板裝配由于軸流電機市場上有行業(yè)標準，所以根據(jù)實際需求選擇 YWF2S250 型軸流電機。軸流電機槳葉采用耐沖擊性聚苯乙烯制作，葉片長度根據(jù)機器人腔體直徑在做調(diào)整。首先沖洗玻璃表面，然后小型電機通過帶傳動，帶動粘有高密度聚乙烯條的輥筒滾動清潔玻璃表面。圖 玻璃清潔機器人清洗機構1 行走輪 2 供水管 3 驅(qū)動電機 4 輥筒 5 套蓋 行走機構清潔機器人的行走機構由左右兩邊的轉(zhuǎn)向輪和尾部的從動輪組成，轉(zhuǎn)向輪在驅(qū)動電9機的驅(qū)動下實現(xiàn)請進、后退以及轉(zhuǎn)向，如下圖 。行走機構個零件也可采用耐沖擊硬膠耐沖擊性聚苯乙烯制作，行走輪則采用密度小的泡沫橡膠制作。在為了減輕重量的同時提高工作時效，所有電機的電源采用外接，機器人本身將不攜帶電池。10 小結玻璃清潔機器人的總體設計按照模塊化的設計理念，從而在結構上追求簡潔，方便清洗機器人是拆卸與組裝。11第三章 吸附機構結構設計 吸附原理要保證玻璃清潔機器人在玻璃表面安全穩(wěn)定地吸附，就必須在氣路殼體內(nèi)產(chǎn)生一個真空負壓，這就需要有一個負壓產(chǎn)生裝置。目前使用的通風機按氣流的運動方向大致有三類，即為離心式、軸流式和混流式。離心式通風機的特點是比轉(zhuǎn)數(shù)低(通常在 ns=~) ,全壓高，流量小，被應用于需要提高壓力而流量小的場合。當壁面與吸盤之間存在間隙時，隨著吸盤與壁面間隙的擴大，吸盤內(nèi)負壓將會急劇下降。同時，為了保證密封性而在吸盤邊緣設計的各種密封墊在機器人移動時，不僅會產(chǎn)生阻力而且自身由于摩擦也會產(chǎn)生磨損的問題。軸流式通風機的特點是比轉(zhuǎn)數(shù)高(通常在 ns=~90) ，全壓低，風機內(nèi)氣體流量大，被應用于流量大而風壓要求不高的場合。這樣產(chǎn)生的復合推力可以被我們所利用。在本文中玻璃清潔機器人的負壓及反推力產(chǎn)生裝置需要流量大，但對全壓要求不高，故采用軸流風機。這兩部分都包括若干個設計參數(shù)，在這些參數(shù)共同作用下，決定了機器人的吸附效果。12 吸附方式的實現(xiàn) 風機推力與其他利用反推作用力的壁面移動機器人類似，本文的吸附方式壁面機器人同樣是利用螺旋槳的推力將機器人緊壓向壁面。這個方案使平衡重力的推力達到最大效率，但是這要求螺旋槳轉(zhuǎn)軸與墻面的夾角必須精確控制，否則平衡被打破機器人就會傾覆。由于復合吸附方式中的推力沒有得到最高效的利用，我們更需要盡可能尋求增大推力值的途徑。軸流風機中的槳葉與飛行器的螺旋槳類似，槳葉單一處豎截面形狀如下圖 所示。由于翼面上下線性長度不同但同時到達后緣的關系，所以翼面上下氣流速度則不同。即得到伯努利理想氣體方程，氣體總壓=靜壓與動壓的和。葉片表面的彎曲度使得一側表面的空氣流速更快從而動壓更大，由于總壓不變這一側表面的靜壓就小了。13圖 葉柵受力分析圖在軸流風扇理論中，在確定半