爬壁清洗机器人设计

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基于STM32的负压爬壁机器人控制系统设计

基于STM32的负压爬壁机器人控制系统设计负压爬壁机器人是一种能够在垂直墙壁上行走的机器人，它通过产生负压吸附在墙面上，从而实现在墙面上的运动。

该机器人常用于工业领域的检测、维护和清洁等任务。

本文将基于STM32单片机设计一个负压爬壁机器人控制系统，并详细介绍其系统架构、硬件设计和软件设计。

一、系统架构设计负压爬壁机器人控制系统的架构主要包括传感器模块、控制模块和执行器模块。

传感器模块用于获取机器人周围的环境信息，控制模块用于处理传感器数据并对机器人进行控制，执行器模块用于实现控制指令的执行。

二、硬件设计1.MCU选择：采用STM32系列单片机作为控制模块的主控芯片，主要考虑到其性能强大、成本低廉、易于开发和丰富的外设资源。

2.传感器选择：负压爬壁机器人的传感器主要包括倾角传感器、陀螺仪、距离传感器等。

倾角传感器用于检测机器人的姿态信息，陀螺仪用于检测机器人的角速度，距离传感器用于检测机器人距离墙面的距离。

3.执行器选择：负压爬壁机器人的执行器主要包括吸盘和电机。

吸盘用于产生负压吸附在墙面上，电机用于驱动机器人进行运动。

4.通信模块选择：负压爬壁机器人的通信模块主要用于与外部设备进行数据交互，例如与上位机进行通信。

可以选择UART、SPI、CAN等通信方式。

三、软件设计负压爬壁机器人控制系统的软件设计主要包括姿态控制算法、路径规划算法和动力学模型等。

1.姿态控制算法：通过倾角传感器和陀螺仪获取机器人的姿态信息，然后通过PID控制算法对机器人进行姿态控制，使机器人能够保持平衡并沿着墙面行走。

2.路径规划算法：根据机器人当前位置和目标位置，设计路径规划算法确定机器人的运动路径。

可以使用传统的A*算法或者一些启发式算法。

3.动力学模型：基于机器人的动力学模型设计控制算法，实现机器人在墙面上的运动控制。

可以通过电机的转速和吸盘的负压力来调整机器人的运动速度和吸附力。

四、系统测试与优化设计完成后，需要对负压爬壁机器人控制系统进行测试和优化。

爬壁幕墙清洗机器人设计说明书

江西省第二届大学生机械创新设计大赛暨第三届全国大学生机械创新设计大赛江西赛区选拔赛设计说明书INSTRUCTION OF DESIGN作品名称“小蜘蛛”幕墙攀爬清洗机参赛队伍陈明登谢信韦冯江涛刘连杰郭晓欢指导老师李国臣吴文通参赛单位井冈山大学2008年4月18日目录摘要 (i)小蜘蛛幕墙攀爬清洗机设计说明书............................. 错误!未定义书签。

作品内容简介 (4)1 研制背景及意义........................................... 错误!未定义书签。

2 主要功能和性能指标 (2)3 设计方案 (3)3。

1 机械机构 (3)3.2 控制机构 (3)4 理论设计计算 (4)4.1 真空吸附力计算 (4)4.2 幕墙清洗机器人附着的力学分析 (5)5机构设计与工作原理 (7)5。

1攀爬机构........................................... 错误!未定义书签。

5.2清洗机构 (8)5.3铰接连杆支撑机构.................................... 错误!未定义书签。

5。

4换气机构........................................... 错误!未定义书签。

6创新点及应用 (10)7作品实物工作图........................................... 错误!未定义书签。

8应用前景................................................. 错误!未定义书签。

参考文献................................................... 错误!未定义书签。

摘要：“小蜘蛛”幕墙攀爬清洗机是基于昆虫攀爬动作的仿生原理制作而成.在国内外现有的壁面移动机器人研究成果的基础上，结合高空作业的特点,在对幕墙清洗机器人的共性问题—附着技术、爬行技术、清洗技术进行分析的基础上。

新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计

新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计摘要：随着城市建设的快速发展，高楼大厦的数量不断增加，高楼外墙的清洗工作变得愈发重要和困难。

为了提高清洗效率和安全性，科学家们开始研究和设计一种新型的高楼清洗爬壁机器人。

本文将探讨该机器人的研究与设计。

1.引言在传统的高楼清洗工作中，清洁工人需要悬挂在绳索上来进行清洗，这既危险又低效。

因此，研发一种能够自主完成高楼清洗工作的机器人具有重要意义。

该机器人将能够准确地识别清洗区域，自主爬升和下降，并进行清洗操作。

2.机器人结构与原理新型高楼清洗爬壁机器人主要由机械臂、清洗器、传感器和电源组成。

为了使机器人能够在高楼外墙爬行，机械臂采用伸缩式结构，并能够自主调整长度。

清洗器则采用带有纤维材料的刷子，能够有效清洁外墙的污渍。

传感器用于识别墙壁的形状，避免机器人碰撞。

电源方面，机器人采用可充电电池，确保长时间的清洗工作。

3.机器人系统设计为了实现机器人的自主运行，需要一个智能控制系统来指导其工作。

该系统主要由导航系统、视觉识别系统和动作控制系统组成。

导航系统利用全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）来确定机器人当前的位置和姿态角。

为了避免机器人过度依赖GPS，还可以加入激光测距仪来提供更准确的定位信息。

视觉识别系统用于识别墙壁的材料和污渍类型，从而确定最佳的清洗方法。

动作控制系统通过控制机械臂的伸缩和清洗器的动作来完成清洗任务。

4.机器人工作流程该机器人开始工作时，首先通过导航系统确定自己的位置，并设定清洗区域。

然后，视觉识别系统分析墙壁的材料和污渍类型，并确定最佳的清洗方式。

接下来，机器人把机械臂伸展到合适的长度，并将清洗器放置在墙壁上。

随后，清洗器开始移动，刷洗墙壁上的污渍。

当清洗完成后，机器人收回机械臂，并筛选清洗效果，确保墙壁彻底清洁。

5.机器人优势与展望相比传统的清洗方式，新型高楼清洗爬壁机器人具有以下优势：5.1 提高工作效率：机器人能够自主完成清洗任务，不再依赖于人力。

壁面清洗机器人爬壁系统设计

壁面清洗机器人爬壁系统设计任务书1．课题意义及目标研究此课题源于社会实际的需求，通过机器人可以降低工人的劳动强度，提高工作效率，特别是提高安全性，在研究此课题的同时深入了解机械方面的知识，设计规范，设计思想，计算方法，将本科阶段的理论知识与生产实际结合，为毕业之后的工作打下牢固的基础。

2．主要任务1）查阅相关资料，根据设计要求确定清洗玻璃壁面的移动机器人的系统组成、结构运行方式。

2）根据设计要求，对设计对象有一总体认识，并通过力学等方面的计算，选取材料，设计其符合要求的机械结构，并根据其运动方式通过PLC设计控制程序。

3）使用CAD二维制图软件，绘制装配图以及零件图。

4）完成毕业论文的撰写。

3．主要参考资料[1] 吴神丽. 新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计[D]. 成都理工大学, 2009.[2] 王妹婷.壁面自动清洗机器人关键技术研究[D].上海大学，2010.[3] 胡启宝.多吸盘式玻璃幕墙清洗机器人本体设计[D].上海交通大学，2007. 4．进度安排审核人：年月日壁面清洗机器人爬壁系统设计壁面清洗机器人可以在建筑物高层不平行于地面的墙壁上对建筑物外层建筑进行清洗操作，本文主要对清洗机器人的爬壁系统进行设计。

该机器人的爬壁设计包含移动系统和吸附系统，其中要实现爬壁操作又必不可少的还要对控制系统进行设计。

其中该机器人主体结构为两块互相垂直的铝板，两块铝板上各安装一个主体框架。

铝板中部由双作用无杆气缸的滑块衔接，气缸两端连接另一块铝板的框架，通过气泵的充放气实现无杆气缸滑块的运动，滑块带动其中一个铝板运动，从而实现机器人移动。

机器人共有四个腿足，各在两个铝板框架两端，腿足上装置普通双作用气缸和吸盘，吸盘提供抓壁力，双作用气缸提供腿足的抬升放下功能。

控制系统采用PLC进行控制，在程序中应用自锁以及互锁以保证机器人运行的安全性和正确性。

关键词：机器人，爬壁，气缸，吸盘，PLCThe design of the climbing system of Wall-climbing robo t Wall- cleaning robot can clean the outer building that the top is not parallel to the ground.This article is mainly to design the cleaning-robot climbing wall system.The robot’sclimbing wall system include the mobile system and the adsorption system,and the necessary is the control system design.In this design,the robot’s major structure is two mutually perpendicular aluminum plate,the each other of the two aluminum plate installs a main body frame.The middle part of the aluminum plate is link up with double-acting rodless cylinder,the cylinder ends is link up with the other frame,through the charge pump is deflated rodless cylinder block movement,the slider to drive one of the aluminum plate movement,which is realize the robot movement.The robot has four legs and feet,which is in the end of aluminum frame,the legs and feet device ordinary double-acting cylinder and the chuck,chuck provide wall force, the double-acting cylinder offer the function that the legs and feet lifting. The control system use PLC to control,in order to ensure the safety and validity of the robot,in the procedure use self-locking and interlocking.The key words: robot,climbing wall ,cylinder ,chuck ,PLC目录1 绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 研究内容 (5)2 壁面清洗机器人结构设计及零件的选型 (6)2.1研究方案的确定： (6)2.2 机器人总体结构介绍 (8)2.3 壁面清洗机器人材料的选择 (9)2.4 吸盘的选择 (10)2.5 电动机的选择 (11)2.6 联轴器的选取 (12)2.7 本章小结 (14)3 壁面清洗机器人零部件校核计算 (15)3.1铝板的设计与校核 (15)3.2 滚动轴承的寿命计算 (16)3.3 轴的强度校核 (17)3.4 键连接的强度校核 (19)3.5 轴向气缸的设计与计算 (20)3.6 活塞杆的稳定性计算 (22)3.7 本章小结 (24)4 壁面清洗机器人气动设计及控制部分设计 (25)4.1 吸附部分 (25)4.2 气缸的运动 (26)4.3 PLC的概述及发展 (27)4.4 PLC的I/O接口分配 (29)4.5 PLC的选择 (30)4.6 PLC控制面板的设计 (30)4.7 PLC I/O接口设计 (31)4.8 PLC梯形图 (32)4.9 本章小结 (38)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)1绪论1.1选题背景及意义近几十年来社会不断地发展进步，高楼如今变为了城市化象征的一个重要因素，放眼城市版图，高楼已经是城市建筑的主要旋律。

管道爬壁机器人的设计

管道爬壁机器人设计作品内容简介现在的管道机器人在竖直或者是水平方向都很好的实现了检测与清理功能。

但至今还没有管道产品在复杂的管道中很好的工作。

为此我们设计了这款管道爬壁机器人，它既可以在水平管道中很好的工作还可以在竖直管道中完成工作，能够自如的在水平竖直交叉的复杂管道中完成检测，清理等工作。

该产品的主题结构为车体结构，在水平方向依靠车载力运动，在车体上安装有四个机械手臂，在机械手臂的前端安装有吸盘跟电磁铁，在塑料管道中依靠吸盘在竖直方向上运动，在铁质管道上利用电磁铁的磁力和机械手臂的交叉前进实现竖直方向的运动。

该作品灵活多变，不但可以适应复杂的管道还能够进行多样的工作。

我们依靠机械臂的灵活度与吸盘，电磁铁的吸力来实现该产品的爬壁功能，在水平方向上利用最传统的智能车作为动力，这样的设计完全可以满足水平方向与竖直方向的灵活转变，实现复杂管道的自由穿梭，进而可以让该机器人更好的实现其检测与清理功能。

该管道爬行机器人实现远程电脑控制，所得数据通过反馈处理使机器人能够完成各项做业。

一、研制背景及意义1、随着社会的快速发展,国家生产水平不断提高，产品更新也越来越快。

管道运输在我国运用比较普遍，但管道长期处在压力大的恶劣环境中，受到水油混合物、硫化氢等有害气体的腐蚀。

这些管道受腐后，管壁变薄，容易产生裂缝，造成漏油、漏气的问题，存在重大安全隐患和经济损失。

在管道广泛使用的今天，管道的检测、清理、维护成了一个亟待解决的问题。

但是管道的封闭性和工作环境决定了这项工作的艰难。

时至今日，虽然经过各国学者的努力，已经有各种各样的机器人，但是他们大都存在这样或那样的问题，而且功能不够强大。

2、人民对管道清洁机械的要求是不仅科技含量要高，而且还要绿色、节能、环保。

能够满足不同类型管道的检测、维护、清理等要求。

3、管道爬行机器人的研究更好地为管道的检测、维护、清理提供了新的技术手段，这种技术更好的提高了管道监测的准确性和管道清理的安全性，也便于管道工程管理维护人员制定维护方案，清除管道垃圾防止堵塞，事前消除管道的安全隐患，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本，保障工业生产和人民生活及财产安全。

基于Pro／E的清洁机器人爬壁机构设计

基于Pro／E的清洁机器人爬壁机构设计在国内外已有研究基础上，本文基于Pro/E软件设计清洗玻璃幕墙等壁面的爬壁机器人，对其爬壁构造进行分析研究。

本文所设计的机器人为四轮小车型爬壁机器人，应用传统机械传动机构的开闭合来实现吸排气的控制。

其驱动方式为后轮驱动，吸附方式采用地面连接真空泵，通过真空吸盘吸附，使吸附力更稳定且易于控制。

最终所设计的机器人在水平面与垂直面乃至任意角度的玻璃壁面均能自由行走。

标签：真空吸附；清洁机器人；Pro/E0 引言近年來，我国的城市面容发生了巨大的改变。

相比于以前，高楼大厦多了很多，大部分的高楼为了美观和成本，墙壁都是玻璃幕墙，提高了外观，但也面临着各种问题。

其中高空玻璃幕墙的清洁是一个非常典型的难题，目前清洁玻璃幕墙的方式大多是人工进行，采用悬吊装置上下升降，保洁人员亲自在高空进行作业，这种劳动效率低下，安全性没有保障，不符合当前社会发展观[1]。

于是爬壁清洁机器人应运而生，在某些危险、繁重、枯燥的岗位使用机器人代替人工劳动的行为，已逐渐发展成当代社会的一种趋势。

爬壁机器人的设计，必须具备两种功能：在任意角度的无磁甚至凹凸不平的壁面上的吸附功能和移动功能。

以此为要求，这些年来研究人员研发了多种爬壁机器人的方案，但大多有瑕疵和不稳定性，不能成功的投入工作。

例如磁力吸盘爬壁机器人，只能局限于吸附在金属的壁面上，而目前需要工作的大多是玻璃面，局限性太高；又例如大型悬挂式清洁机器人，占地面积过大、清洗复杂成本高，工作时需要特定的轨道[2]。

1 爬壁机器人的方案设计本文设计的机器人为真空吸盘式爬壁清洁机器人，因为要在垂直的壁面上行走，所以四轮小车相对于其它小车更具有稳定性。

该四轮小车（约为500mm×100mm×400mm），每个车轮都分两排，每排12个，共装有24个真空吸盘，通过地面上的真空泵提供压力进行吸附工作。

故本机器人不需要楼梯悬挂系统，直接通过机械传动机构吸排气进行控制。

真空吸附式壁面清洗机器人毕业设计

摘要机器人的开发和应用，拓展了人类的生产能力，解放了危险环境下的工作人员，极大地推动了人类科技革命和社会进步，多足式爬壁机器人属于极限作业机器人的一种，广泛应用于清洗，消防，检测等多个行业。

本文在国内外现有壁面移动机器人研究成果的基础上。

结合壁面作业的特点对壁面机器人的吸附技术，行走技术进行了研究分析，并创造性的提出了壁面越障技术，本文主要的研究工作如下：首先，追溯国内外壁面机器人研究的历史背景、总体类别与特点，及其发展态势，总结出壁面攀爬机器人的研究特点和关键技术所在。

其次，本文根据机器人实际工作的要求，主要对高空清洁卫士机器人越障系统中的腿部机构、吸附结构，驱动机构构型设计。

最后，本文在结构件的设计过程中，同时考虑轻量化和安全可靠性要求，对机器人的吸附、越障机构进行了强度校核和优化设计。

壁面越障；腿式结构；真空吸盘；机构设计；周期性步态AbstractThe development and application of robots have expanded our production capacity of the human beings, as well as emancipated personnel works in hazardous environments , greatly promoted scientific and technological revolution and human social progress.A multi legged wall climbing robot which belongs to the limit of the robot, is widely used in cleaning, fire protection, detection and other industries.Based on the existing domestic and foreign mobile robot wall surface on the research results of. According to the characteristics of the wall operation adsorption technology to wall robot, walking technology is studied and analyzed, and creatively put forward the wall climbing technique, the main research work of this article are as follows:Firstly, the historical background, the overall classification and characteristics of domestic research on outer surface of the developing situation and the robot traces, and later, summed up the research characteristic and the key technology of wall climbing robot.Secondly, in the end of this paper the robot concept design, this paper introduces Unigraphics NX model and modeling method, and taking the leg mechanism as an example, introduces the Unigraphics platform of NX parts and assembly design, and simulation results under the Simulation simulation platform.Again, this paper clearly on the wall robot based on the constraint conditions and the basic function, carries on the analysis and the design of wall climbing robot gait, elaborate periodic gait and its realization ways, fully demonstrated the periodic gait and the principle of robot.Finally, based on the design process of structural parts, considering the requirements of lightweight and safe reliability, adsorption, obstacle crossing mechanism of the robot is carried on strength and optimization design.Xxxx；xxx；目录第一章绪论…………………………………………………× 1.1 课题研究背景、目的、及其意义………………………× 1.2 国内外壁面机器人研究现状……………………………× 1.2.1国外研究现状………………………………………× 1.2.1国外研究现状………………………………………× 1.3 现有爬壁机器人类型比较分析…………………………×第二章新型越障式-高空清洁卫士总体结构设计………× 2.1新型越障式-高空清洁卫士的设计准则与要求…………× 2.2新型越障式-高空清洁卫士行走机构设计………………× 2.3新型越障式-高空清洁卫士越障系统设计………………× 2.3.1新型越障式-高空清洁卫士腿部结构的设计……× 2.3.2新型越障式-高空清洁卫士吸附结构的设计……× 2.3.3新型越障式-高空清洁卫士硬件驱动的选择……× 2.4新型越障式-高空清洁卫士总体结构设计第三章基于Unigraphics NX的三维建模技术……………× 3.1 引言………………………………………………………× 3.2 Unigraphics NX简介……………………………………× 3.3 Unigraphics NX建模方法……………………………× 3.3.1自底而上……………………………………………× 3.3.2自顶而下……………………………………………× 3.3.3两种建模方式的比较………………………………×3.4 新型越障式-高空清洁卫士建模实例………………×3.4.1腿部机构的建模……………………………………× 3.4.2主要部件的装配……………………………………×第四章机器人关键部分校核与有限元分析……………× 4.1 新型越障式-高空清洁卫士附着技术选择………………× 4.2 真空吸附机构受力与安全性分析………………………× 4.2.1抗滑落条件…………………………………………× 4.2.2抗倾覆条件…………………………………………× 4.3 腿部连杆的校核及有限元分析…………………………× 4.3.1腿部连杆的强度校核………………………………× 4.3.2腿部连杆有限元分析和结构优化…………………×结论…………………………………………………………………×致谢……………………………………………………………×参考文献………………………………………………………×附录……………………………………………………………×第一章绪论1.1课题研究背景、目的及其意义机器人是近代电子技术与传统的机构学相结合的产物，是集计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。

爬壁机器人的设计

爬壁机器人的设计爬壁机器人是一种能够在墙壁、天花板或其他垂直表面上移动和操作的机器人。

它通常具有一些独特的设计特点和功能，以便能够在垂直表面上保持稳定和安全的移动。

以下是一个设计爬壁机器人的详细说明，共计1200字以上。

一、机器人结构设计1.轮胎设计：机器人通常配备具有高摩擦力的轮胎，以确保在垂直表面上有良好的附着力。

轮胎材料可以选择具有优异摩擦性能的橡胶材料，比如硅胶，以确保机器人可以牢固地粘附于表面上。

2.传动系统：机器人的传动系统应确保它能够在垂直表面上稳定地移动。

可以采用齿轮传动或链传动等机构，这样可以保证机器人的动力传递效率以及稳定性。

3.重心调节：机器人应设计具有可调节重心的机构，以便在不同表面上保持平衡。

这可以通过使用可调节重心的负载托盘或重心偏移机构来实现。

4.机械臂设计：机器人应配备能够在垂直表面上进行操作的机械臂。

机械臂设计应灵活，可以旋转和伸缩，以便机器人能够完成各种任务。

二、传感器和控制系统设计传感器和控制系统是爬壁机器人实现自动化和智能化的关键。

以下是一些应考虑的传感器和控制系统设计要点：1.触觉传感器：机器人应配备压力传感器或接触传感器，以便能够检测自身与表面的接触力，从而确保机器人在垂直表面上的粘附力和稳定性。

2.惯性测量单元（IMU）：爬壁机器人应搭载IMU，以便测量和监测机器人的姿态、加速度和角速度等信息。

这些数据可以用于实时调整和控制机器人的运动。

3.视觉传感器：机器人可以搭载摄像头或激光传感器等视觉传感器，以便在垂直表面上进行环境感知、障碍物识别和导航等操作。

4.控制算法：机器人的控制系统应配备适当的控制算法，以便能够根据传感器数据实时决策和控制机器人的移动和操作。

这些算法可以基于机器学习、计算机视觉和规划等技术进行设计。

三、电源和能源管理电源和能源管理是机器人设计的重要组成部分。

以下是一些考虑的要点：1.电池容量：机器人应配备高能量密度的电池，以确保足够的工作时间。

新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计

新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计一、绪论随着城市化进程的加快，高楼大厦如雨后春笋般崛起，成为了现代城市的标志性建筑。

高楼外墙的清洗问题也随之而来。

传统的人工清洗方式不仅效率低下，而且存在安全隐患。

研究与设计一种新型高楼清洗爬壁机器人成为了解决这一问题的关键。

高楼清洗爬壁机器人是一种能够在高楼外墙上自主行走并完成清洗任务的特种机器人。

它结合了机器人技术、自动控制技术、机械设计等多个领域的知识，具有广泛的应用前景。

通过高楼清洗爬壁机器人的使用，不仅可以大大提高清洗效率，降低人工成本，还能有效保障工人的生命安全。

目前，国内外对高楼清洗爬壁机器人的研究已经取得了一定的成果，但仍存在一些问题，如机器人的稳定性、越障能力、续航能力等方面的不足。

本文旨在研究与设计一种新型高楼清洗爬壁机器人，以解决现有技术中的不足，提高机器人的性能与实用性。

本文首先将对高楼清洗爬壁机器人的研究背景和意义进行介绍，然后分析国内外在该领域的研究现状和发展趋势。

接着，本文将重点研究高楼清洗爬壁机器人的机械结构设计、运动学建模与控制策略等方面的问题。

通过样机的制作与实验验证，对所设计的高楼清洗爬壁机器人进行性能评估与优化，为实际应用提供理论支持和技术指导。

本文的研究不仅有助于推动高楼清洗爬壁机器人技术的发展，还能为城市高楼外墙的清洗提供一种高效、安全、环保的解决方案，具有重要的理论意义和实践价值。

二、系统设计要求与功能分析环境适应性：机器人应具备应对各种建筑材质（如玻璃、石材、金属等）和表面纹理的能力，确保清洗效果的一致性。

对于建筑物的几何形状（如曲线立面、转角、凹凸结构等）以及不同气候条件（如温度、湿度、风力等）下的稳定作业，均需有良好的适应性设计。

运动灵活性：机器人应具有灵活的移动能力，包括水平面内平移、垂直攀爬、旋转及局部微调等动作，以便于在复杂建筑表面自由导航并全方位覆盖清洗区域。

同时，应设计可伸缩或折叠的机械结构，以便于通过狭窄空间或适应不同楼层间距。

爬壁清洗机器人设计说明书

摘要随着经济的不断发展和建筑行业的兴起，摩天大楼如雨后春笋般涌现出来。

世界上最高的大楼是迪拜的哈利法塔，高828米，楼层共有162层，玻璃幕墙面积达到14.2万平方米。

中国修建的最高大楼为上海中心大厦，总高度为632米，玻璃幕墙达14万平方米。

这些建筑都是科技的结晶，也是每一个城市的地标性建筑。

但是玻璃幕墙在给人们美观享受的同时，也会带来一些清洁上的问题。

这些高楼外墙的清洗工作是由人工完成，人工清洗耗费时间长，耗资巨大也非常容易出事故，危险性很高。

当机器人技术越来越成熟，高层建筑大多采用玻璃做幕墙时，机器人代替人工进行清洗作业已成为应用趋势。

因此，爬壁清洗机器人具有广阔的应用前景和良好的社会效益。

本论文在机器人本体上安装清洗装置，利用吸盘来吸附墙面。

驱动方式采用气缸来实现吸盘的抬起和落下，通过两个可以相对转动的吸盘实现移动行走，使玻璃幕墙的清洗过程实现自动化。

本文采用Proe来完成机器人的三维图绘制并进行结构主体参数设计。

最后，通过PLC进行爬壁清洗机器人控制部分的设计。

关键词：爬壁清洗机器人；Proe；PLC爬壁清洗机器人的设计AbstractWith the continuous development of the economy and the rise of the construction industry, skyscrapers have sprung up.The tallest building in the world is Burj Khalifa in Dubai. It is 828 meters high, with 162 floors and 142,000 square meters of glass curtain walls. The tallest building built in China is the Shanghai Center Tower, with a total height of 632 meters and a glass curtain wall of 140,000 square meters. These buildings are the crystallization of science and technology and are landmarks for every city. However, the glass curtain wall will bring about some clean problems while people enjoy it. The cleaning of these high-rise exterior walls is done manually. Manual cleaning takes a long time. It is very costly and accident-prone. The danger is high. When robot technology becomes more and more mature, and high-rise buildings mostly use glass as the curtain wall, robots have become an application trend instead of manual cleaning. Therefore, wall-climbing robots have broad application prospects and good social benefits.In this paper, a cleaning device is installed on the robot body, and a sucker is used to adsorb the wall surface. The driving method adopts a cylinder to realize the lifting and falling of the sucker, and the movable walking is achieved through two suckers that can relatively rotate, so that the cleaning process of the glass curtain wall is automated. This paper uses Proe to complete the three-dimensional drawing of the robot and design the main parameters of the structure. Finally, the design of the control part of the wall-climbing robot is performed through the PLC.Keywords: Wall climbing cleaning robot；Proe； PLC目录1 绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2国内外研究现状与发展趋势 (1)1.2.1国外研究现状与发展趋势 (1)1.2.2国内研究现状与发展趋势 (3)1.3高楼清洗爬壁机器人存在的问题 (4)1.4研究内容 (4)1.4.1爬壁清洗机器人的爬壁系统的设计 (4)1.4.2爬壁清洗机器人的清洗作业系统设计 (4)1.4.3爬壁清洗机器人的控制系统设计 (5)1.5本章小结 (5)2 爬壁清洗机器人总体方案 (6)2.1设计准则与要求 (6)2.2爬壁清洗机器人行走越障机构设计 (6)2.3爬壁清洗机器人清洗装置设计 (7)2.4本章小结 (8)3 爬壁清洗机器人清洗机构的设计 (9)3.1滚刷装置的设计 (9)3.2清洗液的喷洒和循环装置设计 (10)3.3水泵的选择 (12)3.4本章小结 (13)4 爬壁清洗机器人爬壁越障机构的设计 (14)4.1爬壁清洗机器人驱动方式 (14)4.2吸附装置的设计 (14)4.3机器人跨越障碍和路径规划 (16)4.4气缸运动部分 (18)4.5本章小结 (18)5 爬壁清洗机器人控制部分设计 (20)5.1PLC的概述 (20)5.2PLC的I/O口分配 (21)5.3PLC选型 (20)5.4PLC梯形图 (22)5.5本章小结 (22)参考文献 (24)爬壁清洗机器人的设计致谢 (25)附录A 装配图和零件图 (I)附录B 外文翻译 (V)1 绪论1.1 选题背景及意义机器人是人类当今社会的一项伟大的发明之一，它是利用自身机构和电子控制系统来达成人们想要实现的各种功能。

机械手-壁面清洗机器人设计

摘要壁面清洗机器人是一个实用性很强的装置。

自从本世纪六十年代以来，爬壁机器人及其相关技术受到人们的广泛关注，但是，大都是进行了一些试验性质的研究，其相关的理论分析尚不成熟。

作为清洗用的爬壁机器人来说，其清洗工作具有简单、重复的特点，比较适合机器人自主工作，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，也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效益和经济效益。

因此，壁面清洗机器人有着良好的应用前景。

本文首先对壁面清洗机器人这个课题的来源、目的及意义进行了阐述，简单介绍了国内外壁面清洗机器人的发展情况，对壁面清洗机器人的几种不同的移动方式及吸附方式进行了比较，最后采用了多吸盘的框架式结构，具有结构简单、操作方便等优点。

接着对壁面清洗机器人的总体方案进行了设计，设计了行走机构以及转向机构，通过平动气缸与腿部气缸来实现机器人的移动，并且通过对壁面吸附可靠性的分析选择了吸盘、吸盘支座及快拧接头等部件，还对其它的气动元件进行了选型，并且绘制了气压系统图。

最后对壁面清洗机器人的控制系统进行了设计，采用了三菱的FX系列可编程控制器进行控制，并对可编程控制器的结构特点及工作原理进行了简单的介绍，然后分析了本设计中壁面清洗机器人的工作过程，对可编程控制器的输入输出端口进行了分配，并且编写了程序的梯形图。

关键词：壁面清洗机器人，多吸盘的框架式结构，行走机构，转向机构，壁面吸附可靠性，可编程控制器ABSTRACTWall-cleaning robot is a very practical device.Since the sixties of this century,the climbing robot and related technology have greatly provoked word wide attention.But most of them are carried out some pilot studies,the relevant theoretical analysis is not yet ed as a cleaning climbing robot,its cleaning is simple and repetitive,and to compare autonomous robots for work.Wall-cleaning robot is cleaning high-rise building wall for the purpose of mobile robot,its appearance would be extremely reduce the cost of cleaning high-rise buildings,improve the working environment of workers and increase productivity.It will also greatly promote the cleaning industry, bringing considerable social and economic benefits.Therefore,the wall-cleaning robot has a good prospect.This article first wall-cleaning robot from the subject,purpose and meaning is described,briefly introduced the development of domestic and international situation wall-cleaning robot for wall-cleaning robot moving in several different ways and adsorption compared.Finally,using the framework of multi-suction-type structure,with simple and convenient operation.Then on the wall-cleaning robot has been designed overall program designed to walk institutions and steering mechanism,through the translation cylinder and cylinder to achieve the robot’s legs move,and by adsorption on the wall of the reliability of selected sucker,sucker bearing and quick screw joints and other components,also carried out other pneumatic components selection,and rendering the air pressure system diagram.Finally,wall-cleaning robot control system design,using a Mitsubishi FX series programmable controller to control,and the structural features of PLC and working principle of a simple introduction,and then analyzes the design the working process of wall-cleaning robot,the programmable controller input and output ports of the distribution,and has prepared a program of the ladder.Key words:wall-cleaning robot, framework of multi-suction-type structure, walk institutions, steering mechanism, adsorption on the wall of the reliability, the programmable controller目录1绪论 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1爬壁机器人 ------------------------------------------------------------------------------------------ 11.2课题的来源、目的与意义 --------------------------------------------------------------------- 21.3国内外壁面清洗机器人的研究现状------------------------------------------------------- 21.4课题主要内容及技术参数 -------------------------------------------------------------------- 121.5本章小结 --------------------------------------------------------------------------------------------- 13 2壁面清洗机器人设计 ------------------------------------------------------------------------------- 142.1壁面清洗机器人的组成------------------------------------------------------------------------ 142.2行走机构的设计 ---------------------------------------------------------------------------------- 152.3转向机构的设计 ---------------------------------------------------------------------------------- 232.4吸附装置的选取 ---------------------------------------------------------------------------------- 272.5壁面清洗机器人的框架以及吸盘安装板的设计------------------------------------ 312.6控制阀及其它气动元件的选取------------------------------------------------------------- 342.7气路的设计 ----------------------------------------------------------------------------------------- 372.8本章小结 --------------------------------------------------------------------------------------------- 38 3壁面清洗机器人控制系统设计 -------------------------------------------------------------- 393.1引言 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 393.2可编程序控制器的简单介绍 ---------------------------------------------------------------- 393.3壁面清洗机器人控制系统的设计 --------------------------------------------------------- 443.4本章小结 --------------------------------------------------------------------------------------------- 52 4结论 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 53 参考文献 ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 54 致谢 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 551绪论1.1爬壁机器人捷克的剧作家卡雷尔·凯培尔最先提出了机器人这个词语，体现出了人类想要创造出一种能够模仿人的行动的机器，从而能代替人类去进行不同的工作的一种长久的愿望。

机械手-壁面清洗机器人设计

摘要壁面清洗机器人是一个实用性很强的装置。

自从本世纪六十年代以来，爬壁机器人及其相关技术受到人们的广泛关注，但是，大都是进行了一些试验性质的研究，其相关的理论分析尚不成熟。

因此，壁面清洗机器人有着良好的应用前景。

管道爬壁机器人设计说明书

管道爬壁机器人设计说明书设计者：赵艺霖,陈即彪,王振宁(潍坊学院机电与车辆工程学院，潍坊261061)作品内容简介现在的管道机器人在竖直或者是水平方向都很好的实现了检测与清理功能。

但至今还没有管道产品在复杂的管道中很好的工作。

该作品灵活多变，不但可以适应复杂的管道还能够进行多样的工作。

该管道爬行机器人实现远程电脑控制，所得数据通过反馈处理使机器人能够完成各项做业。

一、研制背景及意义1、随着社会的快速发展,国家生产水平不断提高，产品更新也越来越快。

管道运输在我国运用比较普遍，但管道长期处在压力大的恶劣环境中，受到水油混合物、硫化氢等有害气体的腐蚀。

这些管道受腐后，管壁变薄，容易产生裂缝，造成漏油、漏气的问题，存在重大安全隐患和经济损失。

在管道广泛使用的今天，管道的检测、清理、维护成了一个亟待解决的问题。

但是管道的封闭性和工作环境决定了这项工作的艰难。

时至今日，虽然经过各国学者的努力，已经有各种各样的机器人，但是他们大都存在这样或那样的问题，而且功能不够强大。

2、人民对管道清洁机械的要求是不仅科技含量要高，而且还要绿色、节能、环保。

能够满足不同类型管道的检测、维护、清理等要求。

高层玻璃幕墙清洗机器人机械部分设计说明

1 绪论1.1 高层玻璃幕墙清洗机器人研发意义随着人口规模的不断扩大，城市高层建筑越来越多。

摩天大楼逐渐成为生活中常见的一景。

由于玻璃具有采光性好、保温性好、防潮性好等诸多优点，同时，由于彩色玻璃美观大方，所以越来越多的高层建筑选择了用玻璃幕墙。

目前，我国大部分玻璃幕墙的清洗都需要依靠“蜘蛛人”来完成，但是，这种高空作业有一定的危险性。

因此，需要一个能够代替人力完成清洗任务的机器人。

1.2 高层玻璃幕墙清洗机器人研究现状与分析1.2.1国外玻璃幕墙清洗机器人研究现状德国相关公司委托制作的“SKYWAH”是这个星球上第一个能够成功制作出来的清洗机器人。

这个庞大的机器人主要结构是个多关节巨型伸缩臂，能够在距离33米的地方完成工作。

所有的轴采用抗拉钢材并采用液压驱动，所以结构重量较轻。

这一款清洗机器装置安装在四轮驱动的汽车相关底盘上，清洗刷较长，定位精度高。

该机器人可以在人的监视下完成清洗工作，动作灵活。

与我们一衣带水的邻国——日本，他们的机器人公司之一——BE公司研制过一款轨道已经固定好的的专门用于擦玻璃的机器人，依据安装在楼顶的轨道和相关的提升系统，清洗机可以准确地对准窗户。

该设备优点是自动化程度相对较高。

但是，一般建筑在设计之初不会将擦窗系统考虑其中，使该机构适用性大大降低。

图2-1图自动清洗机1-1SKYWAH德国玛歌堡的费劳恩霍费尔相关的研究所是德意志国主要的生产和自动化中心，它们在过去的这些年，曾经较为成功地研究了一系列清洗机器人。

该机器人可横向、可纵向，随心所欲完成清洗任务。

德国佛拉货福尔研究所研制了一种名为SIRIUSC的清洗机器人。

在那些要清洗的相关建筑物上，我们放在了上面一辆跟随与其运动的小车，这辆小车不紧急今年能够起到定位的作用，而且还能对装置起到安全保护的作用。

机器人坐竖直运动，左右移动依靠小车来完成。

美国航空航天宇航局下属的机器人公司，在上个世纪研制了爬壁机器人“Sky Washer”（用于清洗摩天大楼），它重大约四十斤，该机器人利用两组框架（L型）进行相对滑动，交替吸附来实现机器人的移动。

真空吸盘式独立行走爬壁机器人的设计

摘要摘要近年来，随着社会的发展，楼层越来越高，使用玻璃幕墙的楼房也越来越多，避免清洗时一个很重要的问题，传统的方式多数为人工，或者是采用电缆从楼顶将机器人吊下，工作效率偏低，危险性高，于是清洗用爬壁机器人应运而生，本文的任务就是设计一种能够在壁面上吸附行走的清洗爬壁机器人。

本文在简单介绍爬壁机器人的国内外研究现状的基础上，基于三维软件PROE 对四轮式真空吸附爬壁机器人的本体机构进行了设计，对一些关键部分进行了设计计算及校核计算，重点是爬壁机器人的移动结构、吸附结构和驱动系统的设计计算。

本文设计的爬壁机器人采用四轮式小车形状结构，结构简单；采用真空吸盘吸附方式，设计一个月牙形的真空舱，利用机械结构完成机器人真空吸盘的吸附与排气控制，避免在每个真空吸盘配备传感器的需要，降低了控制难度；采用后轮驱动，一个电机驱动两个后轮，后轮带动前轮完成机器人的行走，使用蜗轮蜗杆传动装置作为减速器；采用地面供电，地面提供负压的方式；机器人可以在水平面或者垂直表面直线行走。

关键词：真空吸附蜗轮蜗杆机构电机驱动四轮式小车ii AbstractAbstractIn recent years, with the development of society, more and more floors, with glass curtain wall building more and more to avoid cleaning a very important issue, most of the traditional way of artificial, or a cable from the top of the building will be used under the robotic crane, low efficiency, high-risk, then cleaned with a wall-climbing robot came into being, this task is to design a walk on the adsorption to the wall climbing robot for cleaning.This paper briefly wall-climbing robot based on the research status, based on three-dimensional software, PROE, four-wheel vacuum on wall-climbing robot body bodies were designed, carried out on some key satisfied with the design calculation and checking terms, focusing on the mobile climbing robot structure, adsorption structure and drive system design and calculation.This designed wall-climbing robot car with four-wheel-type shape of the structure, simple structure; by vacuum suction adsorption, design of a crescent-shaped vacuum chamber, the completion of the mechanical structure of robot vacuum suction of the adsorption and emission control, to avoid each a vacuum suction cups equipped with sensors need to reduce the difficulty of control; with rear-wheel drive, a motor drive two rear wheels, rear wheel drive front wheel complete the robot walk, use a worm gear reducer; use of ground power the ground to provide negative pressure means; robot can walk straight horizontal or vertical surface.Keywords:目录i目录第一章绪论 (4)1.1 本课题的研究背景 (4)1.2 国内外爬壁机器人的研究现状 (5)1.3 国内外爬壁机器人的发展趋势 (6)1.4壁面自动清洗机器人的研究现状与发展方向 (7)1.5设计内容 (8)第二章软件介绍 (9)第三章爬壁机器人的设计方案 (13)3.1爬壁机器人的工作过程 (13)3.2爬壁机器人的基本功能 (13)3.3爬壁机器人的设计 (14)3.3.1爬壁机器人的总体结构 (15)3.3.2移动装置和吸附装置的设计 (15)3.3.3减速装置及传动装置的设计 (19)3.3.4联轴器和轴承选择 (24)3.3.5爬壁机器人机体建模 (24)3.4爬壁机器人PROE运动仿真 (25)第四章结论 (27)参考文献...........................................错误！未定义书签。