爬墙粉刷机器人结题报告

文章题目爬墙粉刷机器人

创新点自述

基于静电吸附的爬墙粉刷机器人，目的在于提供一种是应避免材质范围大，通过编程来实现粉刷机器等一系列的动作，利用单片机控制简单有效而且可以脱离人在墙壁上自由粉刷做业的爬壁粉刷机器人。这种机器人代替人对墙壁进行粉刷，不仅对工人的身体健康起到了一个很好的保护作用，避免工人受到油漆释放的一些有毒气体的伤害，还提高了工作效率。可以说不仅对工人还是对工作都有了一个很好的保障。

爬墙粉刷机器人

吴麦青1, 罗斌2李丽3,李世丹 4

（1.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；

3.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；

4.哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；）摘要：该所品是以静电吸附的的特性为基本原理，设计出的一种新型的爬墙粉刷机器人。用于吸附的静电吸附装置是采用铝箔做成，通过正负两极间经放大电路放大后提供的电压，在正负两级间形成一个强大的电场。因为自然界中几乎所有的物质本身就带有带电粒子，所有通过避免带电粒子在电场中所收到的电场力在墙壁上爬行。而粉刷机构则是采用液压装置及流量控制装置进而控制油料的流出量以便更好的利用资源。爬墙粉刷机器人可以连续平稳工作、简单实用，成本低廉。

关键词：静电吸附；粉刷

Climb a wall to paint's robot

WU Mai qing1,LUO Bin2,LI Li3,LI Shi dan4

(1.College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China;

2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China;

3.College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China;

4.College of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China)

Abstract: Lpp product is the static adsorption characteristics of basic principle, designed for a new type of climbing wall paint robot. Used for adsorption of static adsorption device is the positive and negative poles made, through foil by amplifying circuit between the voltage scaling, provide two levels in positive and negative formed between a powerful electric field. Because nearly all of the material in nature itself contains charged particles, all by avoiding charged particles in the electric field in the electric field force received crawling on wall. And paint the agency is using hydraulic device and flow control device and then control fuel outflow amount so that better utilization of resources. Climb a wall to paint the robot can continuously steady work, simple, practical, and low cost.

Keywords: static adsorption;paint

利用经典徐福墙壁的原理，让粉刷机器人可以在墙壁上自由行走，并进行粉刷工作。使用避免材质范围大，通过控制系统来控制爬墙粉刷机器人的一系列动作，使其能够按照操作者的医院进行墙面粉刷工作，利用单片机控制简单有效。

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作品来源：2010年全国节能减排大赛

作者简介：吴麦青（1987-）,男,2008级,机械设计制造及其自动化罗斌（1989-）,男,2008级,机械设计制造及其自动化

李丽（1989-），女，2008级，机械设计制造及其自动化

李世丹（1989-），女，2008级，机械设计制造及其自动化指导教师：杨恩霞(-),女, 教授,机电工程学院

静电吸附系统又称为静电产生系统，是利用静电电荷在静电场的作用下吸附材料的特性，实现对材料的吸附，固定定位的作用。采用该系统往往可以达到工艺简单效率提高的显著效果。

静电产生电极利用静电发生器产生的高压，使其静电场激发出的足够电荷在电场的作用下移动到相对光滑物体的表面使其产生静电力。爬墙机器人采用了这种静电吸附作用可以在不同建材的墙面上攀爬，就像电影中的蜘蛛侠那么敏捷。以往在设计会攀爬的机器时，研究人员一般都是使用微纤维设

计来模仿壁虎脚上的刚毛来产生黏着力。而新型爬墙机器人则是在墙面上诱发静电电荷，机器人本身产生相反的电荷，以此形成墙面与机器人的吸附力。而爬墙粉刷机器人正是利用其原理进行设计改造，使其在墙壁上爬行的同时进行粉刷作业。

静电吸附原理图：

1 研制背景及意义

基于静电吸附原理的爬壁粉刷机器人，目的在于提供一种适应壁面材质范围大、通过编程来实现粉刷机器一系列的动作、利用单片机控制简单有效而且可以在墙壁上自动粉刷作业的爬壁粉刷机器人，用这种机器人代替人对墙壁进行粉刷，对施工人员的人身安全构成了有力保障，通过粉刷机器人代替人直接进行粉刷作业，可以为工人的身体健康提供保障！

2 设计方案

2.1·机器人设计路线

爬墙粉刷机器人的设计难点主要在于：负载大则要求机器人吸附力大、驱动转矩大，然而吸附力大会造成机器人爬行和转弯困难，也会导致吸附元件质量增大，同时驱动转矩大则会导致所选的驱动元件质量增大。因此研制静电吸附爬壁机器人的第一步，也是最重要的一步，就是按照本体小型轻量化、驱动高性能化的原则，合理的选择它的行走方式及驱动方式，将它的结构确定下来。

2.2·设计指标

整体外形30*20*10cm

爬壁速度……………..

最大本体质量………..

承受最大负载……….. 机器人设计条件：可以延任何材质的墙壁爬行并进行粉刷工作。

2.3·关键机构及部件选择

2.3.1·吸附爬行装置

本机器人采用类履带式轮子，利用静电吸附机器人能够在墙壁上固定，并利用电机驱动，为履带式轮提供转矩，使其能够在墙壁上爬行。此静电吸附装置的输出电压可达到几千到几万伏，为机器人在墙上固定提供吸附力。此高压正极利用锡箔安装在履带轮的表面，阴极与墙面接触，在正极上用聚酰亚胺薄膜等耐热性合成树脂薄膜作为绝缘层，与阴极隔开形成一个电容，待机器人运行后，电容通电，在交流电场的作用下，使墙壁上带电离子受电场力，从而机器人受到带电离子的反作用力，吸附在墙上。

2.3.2·粉刷部分

主要由一个滚动的可吸附大量液体的类似海绵式的滚筒及一个液压装置组成，在滚筒内部安装有湿度传感器，可随时将其湿度传达到液压装置的控制系统，从而控制液压装置给滚筒供给粉刷物。

2.3.3·吸附力确定

静力学分析：保证机器人不沿壁面下滑，每个履带轮的最小吸附力条件Fmin=G—üFq

使机器人沿壁面垂直爬行的最小力为Fmin=G+uFq 将各计算参数带入式中算出吸附力，从而根据吸附力的大小选择机器人的材质，及履带轮的大小。