开题报告-爬壁清洗机器人设计.docVIP

PAGE PAGE 1 上海电机学院 毕业设计（论文）开题报告 课题名称 爬壁清洗机器人设计 学 院 机械学院 专 业 机械电子工程（机电一体化） 班 级 BJ0807 学 号 04 姓 名 指导教师 定稿日期： 2011 年 12月10 日 爬壁清洗机器人设计 1 选题背景及其意义 随着社会的不断发展，科学技术的迅猛发展，人类社会的不断进步，现代都市的摩天大楼越建越多，越建越高，而城市的灰尘污染也越发严重，在这样的背景下，人类需要依靠升降机平台来逐层地清洗大楼壁面，不但浪费时间和劳动力，而且人类在清洗大楼壁面的环境越来越恶劣和危险，本课题来自于社会实际的需求，采用爬壁机器人进行擦洗，降低清洗工人的劳动强度，提高工作效率，特别是提高安全性。 壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人，它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产率，也必将极大的推动清洗业的发展，带来相当的社会效益和经济效益。因此，壁面清洗机器人的设计和研究有着良好的应用前景。 2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） 爬壁机器人是指可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又称为壁面移动机器人，因为垂直壁面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永磁吸附两种。其中负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面。此次设计的爬壁机器人主要针对建筑物外壁清洗作业。日本在爬壁机器人研究上发展迅速，中国也于20世纪90年代以来进行类似的研究。这些年来，机器人在各个领域中获得到了相当广泛的应用和发展，这当中，爬壁机器人是能够代替人类在垂直的陡壁上进行工作的机器人，他作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。 高层壁面清洗机器人是一种实用性很强的研究项目，自从20世纪60年代以来，爬壁机器人及其相关技术受到人们的广泛关注。作为高层建筑清洗用的爬壁机器人来说，结构设计虽然百花齐放，但是真正能用于实际工作方面的具体设计并不多。 爬壁机器人最基本的两个功能是在壁面上的吸附功能和移动功能。 普通的传统的爬壁机器人按吸附功能分类能分成真空吸附和磁吸附这两种类型：真空吸附又可分为单吸盘式和多吸盘式两种结构性形式，具有不受壁面材料限制的优点，但是遇到壁面不平整时，容易使吸盘漏气，使吸附力下降，承载能力降低；磁吸附法可分为电磁体和永磁体两种类型，电磁体式维持吸附力需要电力，但是控制比较方便。永磁体式不受断电的影响，使用中安全可靠，但是控制比较麻烦。磁吸附方式能在凹凸不平的避免上工作且适应性强，吸附力远大于真空吸附方式，而且不存在漏气的问题，但是对材料的选择则必须是导磁材料，所以大大的限制了机器人的应用范围。 日本应用技术研究所研制出车轮式磁吸附爬壁机器人，如图1所示。 图1 车轮式磁吸附爬壁机器人 这种爬壁机器人靠磁性的车轮对壁面产生吸附力，其主要特征为：行走稳定且速度快，最高速度可以达到9m/min，能适应各种形状的壁面，而且能不损坏壁面的油漆。1989年日本东京大学的宏油茂研究开发了吸盘式磁吸附爬壁机器人，吸盘与壁面之间有一个很小的倾斜角度，这样吸盘对壁面的吸力仍然很大，个吸盘分别由一个电动机来驱动，与壁面线接触的吸盘旋转，爬壁机器人就随着向前移动，这种吸附机构的吸附力可以达到很大。 图2 履带吸盘式爬壁清洗机器人 图3 气动多吸盘爬壁机器人 我国哈尔滨工业大学机器人研究所已经成功研制出单吸盘真空吸附车轮行走式爬壁机器人和永磁铁吸附履带行走式爬壁机器人。单吸盘轮式壁面移动机器人，有吸附机构和移动机构两大部分移动机构由电机、减速器、车轮构成，吸附机构包括真空泵、压力调节阀、密封机构等。真空泵是产生负压的装置，其功能是不断的从负压腔内抽出空气，使负压腔内产生一定的真空度。为维持机器人负压腔内的负压，还需要有密封机构，使机器人可靠地吸附在壁面上并产生足够的正压力，从而使驱动机构产生足够的摩擦力以实现移动功能。由于气囊密封装置具有良好的弹性，当遇到壁面出现凹凸不平时，能够通过气囊的变形来减小缝隙的大小，让爬壁机器人具有一定的越过障碍物的能力，气囊的充其量由调节阀来控制，调节弹簧的功能有两个：1、为密封圈提供密封所必需的正压力；2、提高气垫对壁面的适应能力，还可以起到减震的作用。负压的控