玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究

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分类号:学校代码:10426
密级:学号:4015030030
专业硕士学位论文
PROFESSIONAL MASTER DEGREE THESIS
玻璃幕墙清洗机器人的
设计与研究
作者:韩云飞
指导教师:吴俊飞教授
学科专业:机械工程
专业代码:085201
研究方向:机器人技术
2018年4 月20 日
玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究
青岛科技大学研究生学位论文
玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究
摘要
随着机器人技术的不断发展,玻璃幕墙清洗机器人作为现代化城市发展的清洁精灵,成为了国内外研究的焦点。

本文针对当前国内大部分幕墙采用人工方式进行清洗的现状,研究设计了一款可以代替人工进行玻璃幕墙清洗的机器人。

该机器人能够在垂直的玻璃幕墙表面进行移动,并且完成大部分幕墙的清洗任务,改变当前幕墙清洗作业效率低、危险性大的的弊端。

本文研究设计了一种采用丝杠驱动、夹紧装置交替前进、双滚刷带污水回收装置的玻璃幕墙清洗机器人,详细介绍了该机器人的工作原理。

针对该款机器人移动机构、夹紧机构、清洗机构的结构特点,选择单片机对机器人进行控制,并进行了控制系统设计。

在此基础上对关键零部件进行设计计算,确定主要尺寸参数,对标准件进行选型。

在确定了主要结构及其尺寸参数后,利用三维建模软件建立机器人零件模型,进行装配后得到机器人的三维模型。

运用有限元分析软件ANSYS Workbench 对机器人关键零部件进行模拟分析,通过对关键零部件受力状况进行相应的静力学分析和模态分析,提出更为合理和结构强度更加可靠的方案,验证设计的可靠性。

运用虚拟仿真软件ADAMS对机器人运动情况进行模拟,通过使用Step阶跃函数对虚拟样机定义运动和施加载荷并进行运动仿真,得出夹紧爪受力曲线、气缸连杆速度曲线、拉紧弹簧的变形和速度曲线以及上板和下板的位移、速度曲线等,并与理论值进行比较,使机器人在结构上更加完善、安全、合理。

对机器人的控制系统进行设计,采用主流的Cortex内核STM32单片机,依次对电动机动力总成模块、电源模块、感应传感器模块、电磁阀部分以及控制原理图和PCB电路进行了设计,同时完成机器人动作的编程及调试,实现机器人的运动清洗作业。

关键字:玻璃幕墙清洗;机器人;结构设计;运动学分析;控制系统
玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究
Design and Research of Glass Curtain Cleaning Robot
ABSTRACT
With the continuous development of robot technology, the glass curtain wall cleaning robot has become the focus of domestic and foreign research as a clean elf for the development of modern cities. In this paper, in view of the current situation that most of the curtain walls are cleaned manually in China, a robot which can replace the artificial glass curtain wall cleaning is designed. The robot can move on the surface of the vertical glass curtain wall, and complete the cleaning task of most of the curtain wall, which changes the disadvantages of the low efficiency and danger of the current curtain wall cleaning operation.
This paper researched and designed a glass curtain wall cleaning robot which adopts screw drive, clamping device alternately advances, double roller brushed wastewater recovery device. The working principle of this robot is introduced in detail. For the structural characteristics of the robot's moving mechanism, clamping mechanism and cleaning mechanism, the single-chip computer was selected to control the robot and the control system was designed. On this basis, the key components are designed and calculated to determine the main dimensions as well as the standard parts are selected. After determining the main structure and its size parameters, a three-dimensional modeling software was used to build a robot part model and to obtain a three-dimensional model of the robot.
The finite element analysis software ANSYS Workbench was used to simulate, which analyze the key components of the robot. Through the static analysis and modal analysis of the stress conditions of the key components, a more reasonable and more reliable scheme was proposed to verify the design.
The virtual simulation software ADAMS was used to simulate the movement of the robot. By using the Step step function to define the motion and load and simulate the movement of the virtual prototype, the force curve of the clamping claw, the speed curve of the cylinder connecting rod, the tension spring were obtained. Deformation and velocity curves, as well as the displacement and velocity curves of the upper plate and the lower plate, are compared with the theoretical values, so that the robot is more complete, safe and reasonable in structure.
The robot's control system was designed. The mainstream Cortex core STM32 MCU was used to design the motor powertrain module, power supply module, inductive
sensor module, solenoid valve part, the control schematic, PCB circuit, complete the programming of the robot movement in order to realize the movement of the cleaning robot.
KEY WORDS:Glass curtain wall cleaning; Robot; Structure design; Kinematics analysis; Control system
目录
1 绪论 (1)
1.1研究背景及意义 (1)
1.2玻璃幕墙清洗机器人国内外研究现状 (1)
1.3本文主要研究内容 (9)
2 玻璃幕墙清洗机器人的总体方案设计 (10)
2.1玻璃幕墙清洗机器人的总体方案 (10)
2.2机器人总体方案设计 (10)
2.3机器人本体设计 (12)
2.4清洁机器人方案设计分析比较 (13)
2.5机器人步态规划 (14)
2.6本章小结 (16)
3 玻璃幕墙清洗机器人结构设计 (17)
3.1玻璃幕墙清洗机器人的运动系统 (17)
3.1.1玻璃幕墙清洗机器人的运动系统总体设计 (17)
3.1.2玻璃幕墙清洗机器人夹紧装置的设计 (17)
3.1.3玻璃幕墙清洗机器人移动机构的设计 (21)
3.1.4玻璃幕墙清洗机器人下框架的设计 (22)
3.1.5玻璃幕墙清洗机器人上框架的设计 (22)
3.2玻璃幕墙清洗机器人的清洗系统 (22)
3.2.1滚刷的设计 (23)
3.2.2盘刷的设计 (23)
3.2.3清洗循环装置的设计 (24)
3.3玻璃幕墙清洗机器人的控制系统 (25)
3.4机器人悬吊装置的结构设计 (28)
3.5机器人导轨、支座、滑块和缆索的选取 (28)
3.6本章小结 (29)
4 玻璃幕墙清洗机器人结构的有限元分析 (30)
4.1引言 (30)
4.2ANSYS Workbench 仿真分析基本求解过程 (30)
玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究
4.3 运动系统的结构静力学分析 (30)
4.3.1夹紧装置的结构静力学分析 (31)
4.3.2移动机构的结构静力学分析 (34)
4.4 玻璃幕墙清洗机器人本体的模态分析 (39)
4.4.1模态分析简介 (39)
4.4.2模态分析理论 (40)
4.4.3玻璃幕墙清洗机器人移动机构的模态分析 (41)
4.4.4玻璃幕墙清洗机器人框架的模态分析 (43)
4.5 本章小结 (46)
5 虚拟样机动力学仿真分析 (47)
5.1虚拟样机技术的介绍 (47)
5.2ADAMS软件介绍 (48)
5.2.1ADAMS软件功能介绍 (48)
5.2.2 ADAMS仿真分析流程 (48)
5.3机器人ADAMS运动学及动力学仿真 (48)
5.3.1机器人模型的导入 (48)
5.3.2添加运动副与接触 (49)
5.3.3创建解算方案并求解 (54)
5.3.4结果分析 (55)
5.4本章小结 (60)
6 控制系统设计 (62)
6.1系统概述 (62)
6.2控制及信息处理部分 (62)
6.2.1控制系统芯片的简介 (62)
6.2.2控制系统芯片的选择 (63)
6.2.3主控工作电路的设计 (65)
6.2.4一键下载 (66)
6.3限位感应开关部分电路设计 (67)
6.4电源模块的设计 (68)
6.5电机动力部分电路设计 (69)
6.6电磁阀控制部分电路设计 (69)
6.7 控制系统硬件原理图及PCB电路设计 (70)
6.8机器人的程序设计及调试 (72)
6.9本章小结 (73)
总结与展望 (74)
参考文献 (76)
致谢 (80)
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录 (81)
独创性声明 (82)
关于论文使用授权的说明 (82)
1 绪论
1.1研究背景及意义
在现代新型建筑装修的大背景下,玻璃幕墙作为一种美观、实用的装修方式在国内大中小城市的建筑装修中被大量采用,特别是大型的写字楼,外墙大多采用这种方式进行外墙装修。

可以说玻璃幕墙的应用程度已经遍及到建筑行业的各个角落,据研究调查显示,到目前为止我国已然成为世界上最大的玻璃幕墙应用和生产市场。

然而恶劣的天气环境(雾霾、沙尘暴等)造成空气中散布着大量的灰尘等固体颗粒物,很容易使玻璃幕墙沾满灰尘。

鉴于玻璃幕墙清洗的特殊工作环境,清洗方式还相对简陋,清洗作业常常引发生命财产损失,付出巨大的代价。

大约在20世纪80年代起,玻璃幕墙开始广泛的进军到北京、上海、深圳等我国大城市行列,直至现在,无论是大中小城市的建设当中,玻璃幕墙的应用可谓是异军突起,应用相当广泛。

一份来源于中国建筑装饰网的关于玻璃幕墙安全隐患的调研报告》,我国总共已建成了约1.1亿㎡的各式建筑幕墙,占世界已建成幕墙总量的50%以上。

据统计,截至2012年,中国的玻璃幕墙占世界已建成总量的85%[1]。

玻璃幕墙很容易被污染,北方地区空气中固体颗粒物含量较多,玻璃幕墙往往很短的时间就会蒙上一层灰尘,况且这几年正是我国的固体颗粒物的污染程度达到顶峰的时期,如今人们对于生存环境质量要求逐渐提高,对于玻璃幕墙的清洗需求只会越来越强烈,玻璃幕墙作为现代城市时尚的标志,沾染灰尘的玻璃幕墙跟人们使用其来装饰的初衷背道而驰,因此,对于幕墙的清洗工作十分必要。

如此大量的玻璃幕墙的清洁工作是一个相当繁重的任务,而我们目前关于玻璃幕墙的清洗主要靠人工,有时会看到高楼外边会有悬在高空中贴着玻璃幕墙的“蜘蛛侠”,玻璃幕墙的人工清洗工作是一项具有危险性的工作,人工清洁时用绳索或者吊篮的方式将工人悬吊在空中或者在液压升降机的工作平台上进行清洗作业,当使用绳索或者吊篮时,工人的安全欠缺足够的保护,安全事故频发,幕墙的清洗出现的事故对清洗工人生命危害非常严重,因幕墙清洗工作而造成清洁工人发生事故也是频频发生。

因此,开发新一代的适应当今社会的、具有鲜明特色、性能好、作业安全可靠、价格合理的玻璃幕墙清洗机器人刻不容缓。

玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究
1.2玻璃幕墙清洗机器人国内外研究现状
机器人技术自从产生以来,经过多年的发展,一直到现在仍是一个热门话题,美国、欧洲、日本、俄罗斯等相对发达的经济体早在20世纪六七十年代就开始了相关技术的积累和发展,各国相对于本国国情,对于机器人产业开始进行了初期的探索和尝试,如今,美日欧机器人技术处于世界公认的领先地位[2],1959 年美国人英格伯格和德沃尔制造了世界上第一台工业机器人[3]。

工业机器人的使用近年来在我国的电子、船舶、汽车等行业的应用越来越广泛,有力的促进了我国相关产业的良性发展,降低了成本。

最重要的是,像焊接、喷涂等一些对人体健康有危害的工种机器人逐渐代替了人工,保护了工人的身体健康,现代文明健康生活的文明理念再一次得到了证实,以机器代替人工作业的时代来临。

不可否认地说,在科技兴国、科技人文的时代大背景下,机器人的应用技术一定程度上展现了一个国家的科技水平,对于国家进行的战略布局和大略方针也发挥着不可估量的支撑作用。

机器人技术是高新技术最综合的集成体,拥有最先进的机器人意味着拥有最先进的制造技术、电子技术、电机、传感器、计算机、通信、电源、智能技术以及集成技术等[4]。

经过对机器人技术的发展过程了解以后可见,机器人研究的设计初衷包括由机器人替代人工,避免工人在危害人身健康与安全的环境中工作,将人身伤亡事故发生的概率降到最低,最大限度保证作业者的安全。

清洗机器人设计所涉及的相关技术,如传感器技术,人工智能技术,环境识别技术等已经完全能够满足现实设计应用的需要。

因此,将人类从蜘蛛侠工作中解放出来,减少不必要的损失,使用机器人代替清洁工人进行清洗作业是将来发展的一个趋势,智能化产品将会在未来市场中占据主导地位。

经过多年的研究与发展,玻璃幕墙行业可谓是红红火火,设计出了许多不同的结构,同时也应用到了许多不同的情况之下。

为了实用性、经济性、安全性等要求,对于幕墙的安装、维护等形成了许多标准。

玻璃幕墙的清洗机器人设计必须了解和考虑这些因素,以便深入理解设计任务和设计目标,达到设计要求。

玻璃幕墙从结构上分,主要包括以下三种:明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙和全玻幕墙。

玻璃幕墙的清洗应该按照《幕墙使用维护说明书》[5]要求选用合适的清洗液。

根据国家标准JGJ168-2009《建筑外墙清洗维护技术规程》[6]安全规定中条款5.5.4中清洗维护作业,幕墙清洗一般都是登高作业,安全性要求高。

为了确保施工的安全性,要求施工所用的设备设施工具和安全防护设施,需符合国家现行的有关质量标准(《安全带》[7],《擦窗机》[8],《高处作业吊篮》[9])的规定,同时登高机具或设施的安装需严格按照《建筑施工高处作业安全技术规范》[10]的规定进行操作和验收。

综上所述,本课题结合目前玻璃幕墙清洗行业的现实情况,以及机器人相关
技术的发展状况,根据相关标准中的技术规定,结合相关专业知识和实际应用要求,通过学习借鉴、改进和优化,设计一款在结构上简单实用的玻璃幕墙清洗机器人。

由于国内外玻璃幕墙清洗行业的现状,大量的清洗任务,具有巨大安全隐患的现行清洗方式,无法满足清洗需求,使国内外的研究人员和相关公司积极投入到幕墙清洗机器人的研究,有许多值得借鉴和思考的清洁机器人被设计出来。

从时间上来说,国内相关产业的发展相对滞后于国外的发展,但并不缺乏新颖独特的想法和设计。

为保证玻璃幕墙清洗机器人能够顺利的完成预定的清洗任务,完成机器人本体的移动和清洗,通常情况下需要完成以下的几点功能和要求:1)能够根据清洗作业的要求吸附或者停留在玻璃幕墙壁面,清洗过程可以在此期间顺利实现。

2)玻璃壁面移动的能力。

机器人应能够满足在清洗工作面范围内进行移动,完成清洗任务,尽量做到不留死角。

3)清洗机构可以在工作过程中完成清洗工作,清洁度满足使用要求,并且不对幕墙玻璃产生损坏。

国内具有代表性的设计方案有以下几种:
哈尔滨理工大学智能机器研究所张永德教授等研制的柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人[11],设计灵感来源于蜘蛛沿着自己吐出的细丝进行移动。

采用双柔索在机器人两侧分别驱动的方式,两根缆索分别位于机器人本体两侧,采用缆索动机器本体不动的方式进行移动,缆索由电机通过减速器装置进行带动,通过缆索和带有槽道的棍子缠绕产生摩擦力实现机器本体的移动来完成清洗作业任务。

吸附装置产生垂直于幕墙壁面的力使该装置紧贴于工作平面,使机器人在承受一定外来载荷的情况下处于稳定工作状态。

与其他设计不同的是,该设计采用双旋翼产生的推力使清洗机器人吸附在幕墙壁面上,最大程度的减少了机器人本体结构的重量,会使机器人本体相当轻便,减少了机器人吸附在幕墙表面所消耗的能量,相应的电机、控制系统的硬件和传动机构也会减少或者简化,是一个十分巧妙的设计。

缺点在于必须在楼顶设置两个固定柔索的位置,当机器人处于清洗高层建筑底层时,牵引柔索工作段较长,容易产生机器人定位与行进的较大误差,影响清洗效果,并且底部吊挂的重物在机器人处于幕墙顶端时在风或者其他外部载荷的作用下容易摆动,很有可能由于不平衡原因造成对壁面的损坏,起到反作用,对将要清洁的壁面造成伤害。

控制系统采用SPCE061A单片机控制,通过蓝牙模块实现无线控制[12]。

清洗时由喷头向幕墙均匀喷水,喷嘴可以使水雾化,均匀涂布在清洗壁面上,在两组盘型刷子的转动过程中,二者转动方向相反,防止造成二次污染,对玻璃表面的污渍进行
清洗,然后用清洁布擦除干净。

该设计通过对两根柔索的倾斜角度来控制机器人上下左右的位置,这样使得机器人上下运动与左右运动在结构上合二为一,除去了另外再设计一套水平移动机构或者竖直移动机构的麻烦。

其总体结构如图1-1所示。

图1-1柔索驱动的玻璃幕墙清洗机器人
Fig. 1-1 Driven flexible glass curtain wall cleaning robot
东北大学机械学院的设计者们设计了一种真空吸盘式爬壁机器人[13],总体结构如图1-2所示。

机器人在电动机的带动下,通过真空吸盘使机器人在壁面上攀
爬,链轮由电动机带动,左右两边真空吸盘分别由两对链轮带动,真空吸盘以一定间隔由固定机构与链轮一同转动,在行走过程中,与玻璃幕墙壁面接触的底面的那一部分由真空泵形成真空,吸附在壁面上,由于真空吸盘与链轮一同转动,所以又设计了同步带轮上嵌入气体分配器,否则会使真空吸盘与气体分配器之间的管路缠绕,使结构失效。

图1-2东北大学机械学院设计的清洗机器人
Fig. 1-2 Mechanical college of northeastern university design of the cleaning robot
上海交通大学机器人研究所设计的一种壁面牵引移动式玻璃幕墙清洗机器人采用楼顶卷扬机与双吸盘装置实现机器人的上下移动,主要特点在于结合现有的擦窗机结构,像现有的人工清洗作业一样,将原来的人工所处的位置替换为机器人,该机器人整体结构采用本体不动缆索运动的方式实现机器人在垂直方向的运动,通过卷扬机的牵引和依靠机器人本体的自身的重力二者的配合作用下,实现本体结构的向下运动,在此过程中配合清洗装置来完成既定的清洗任务,最后利用刮水板刮去残留在玻璃表面的水滴[14],结构如图1-3所示。

图1-3上海交通大学设计的牵引移动式幕墙清洗机器人
Fig.1-3 Shanghai Jiao tong university design traction roller curtain wall cleaning robot
图(a)Sky Cleaner 3 图(b) Sky Cleaner1.2
Fig. 1-4 cleaning robot Sky Cleaner
Sky Cleaner 3由中山大学研究人员研制,主要结构和外观如图1-4(a)所示,与它同一个系列的还有Sky cleaner 1[15]和Sky cleaner2[16],如图1-4(b)所示。

Sky Cleaner3主要结构由三部分组成,处于建筑顶部的悬吊系统,承载机器人的主要重量,集成清洗与位移的机器人本体以及处于地面的支持及控制部分。

移动部分采用垂直交叉布置的四组真空吸盘,垂直方向和水平方向各有两组真空吸盘交替吸附,当水平方向的真空吸盘吸附式,竖直方向的真空吸盘沿着竖直导轨前进,当机器人进行水平移动时,吸盘抬起并且沿着水平方向的导轨向左或者向右移动到指定位置后吸附,紧接着竖直方向的吸盘脱离幕墙壁面,沿着水平导轨移动到指定位置,再进行吸附,由此形成向上向下或者向左向右的移动。

控制系统控制吸盘的吸附和松开,配合气缸的运动,采用PLC控制,型号为FX2N-4AD。

图1-5科沃斯公司的WRN70型擦窗机器人
Fig. 1-5 Window-cleaning robot of Ecovacs Company
目前,科沃斯公司研制并且已经投入市场的WINBOT系列WRN70型擦窗机器人如图1-5所示。

该机器人采用真空吸附的方式,通过吸盘在其腔内产生的负压差来使机器人贴附在玻璃幕墙上;同时,通过电机的转动来进一步控制机器人
的转向。

在断电的情况下,由内部的安全电池驱动,可以使用15min左右,吸附机构承重能力20kg左右。

控制系统具有路径自主规划功能[17]。

依靠履带式防滑驱动轮在玻璃表面进行移动。

该产品优点是设计小巧灵活,安全性高。

武汉东湖学院的ZHANGRONG、LIHUI、CHENYAN等人设计的幕墙清洗机器人,采用八组曲柄摇杆机构进行移动,每组结构相同,机构简图如图1-6所示,真空吸盘安装在机构末端,其运动轨迹上部为一弧线,下部为直线的封闭曲线,在电动机的带动下,八组吸盘交替吸附和松开,周期性的运动,保证足够的吸附力,该设计运用简单的机械结构实现了机器人的行走动作,设计十分巧妙。

整体结构如图1-7所示。

图1-6移动机构简图图1-7机器人三维模型
Fig. 1-6 The basic atlas of the mobile mechanism Fig. 1-7 The robot 3D model 在发达国家中,日本在机器人技术[18]方面具有比较大的优势,不管是从军工机器人来说还是从有关的服务行业来说,由于其发展起步比较早,因此相对于我国来说具有很好的优势,他们在汽车制造业、电子、服务业等行业广泛使用到机器人,在技术方面也得到了广泛的积累,因此其质量相对来说有一定的优势,降低了制造成本,解决了了日本劳动力不足,提高了生产效率[19]。

图1-8日本BVE公司的擦窗机器人
Fig. 1-8 Window-cleaning robot of Japan BVE Company
日本BVE公司成功研制过一款固定轨道擦窗机器人,如图1-8所示。

该机器人的最大特点在于其清洗过程中沿着固定在幕墙表面的垂直导槽进行移动,楼顶安装有轨道及吊装系统,清洗机构为多个旋转的盘型刷头,该型机器人优点突出,自动化程度和清洗效率都较高[20]。

但是缺点也很明显,要使用这款机器人进行清洗工作的高层建筑必须首先安装固定轨道,这大大的限制了它的使用范围。

1996年,俄国机械科学家技术研究院研制成功了称为一型机器人,采用直角
坐标型气缸驱动。

1998年,又研制成功了一型机器人,能够在两个相互垂直的壁
面之间跨越行走。

1998年,德国Aalen商业技术学院研制成功了一种单履带多吸盘爬壁机器人。

该机器人采用特殊的结构形式,克服了以往履带式真空吸附爬壁机器人的一些缺点,如转弯困难,密封结构复杂等。

还有西班牙、巴西、新加坡、澳大利亚、加拿大等各个国家相继在清洗机
器人项目上进行了一系列的研究。

1.3本文主要研究内容
本课题研究的对象是针对高楼设计的,为清洗壁面而设计的一种玻璃幕墙清洗机器人。

通过对各种结构和方案的比较,选择最合适的解决方法,提出自己的清洗机器人总体设计方案,主要研究内容如下:
(1)进行玻璃幕墙清洗机器人的总体方案设计。

确定移动机构、夹紧机构、清洗机构以及控制基本原理,确定主要结构;
(2)设计玻璃幕墙清洗机器人的总体结构,对玻璃幕墙清洗机器人的工况特点和具体参数进行系统的分析,确定清洗机器人的结构参数,比较常用清洗机器人的结构形式的技术特点,根据清洗环境的要求进行方案设计,对能实现安全清洗各部分机构进行分析和计算,采用Solidworks软件进行玻璃幕墙清洗机器人的三维实体建模;
(3)对玻璃幕墙清洗机器人关键零部件进行模拟分析。

采用有限元分析软件ANSYS Workbench进行关键件的静力学分析和模态分析,以保证清洗机器人关键部件满足强度和动态性能指标的要求;
(4)进行玻璃幕墙清洗机器人运动学仿真分析。

运用三维分析软件ADAMS 完成清洗机器人的运动仿真分析;
(5)进行玻璃幕墙清洗机器人控制系统设计。

选择合适的单片机作为主控制器并确定外围电路,完成原理图的设计并完成实物板焊接,完成程序设计和调试,完成机器人控制系统的设计。

2 玻璃幕墙清洗机器人的总体方案设计
2.1玻璃幕墙清洗机器人的总体方案
玻璃幕墙清洗机器人的主要任务是在壁面上能够完成自由移动的动作,并且能够在清洗机构的配合下完成壁面的清尘除污工作,以此来代替人工作业,降低人工作业的风险。

玻璃幕墙清洗机器人需要具备以下几个条件:机动性能要高、环境适应能力要强、机器本体的体积和重量要适宜、系统化程度要高、控制操作方面要便捷等。

综合考虑到这些要求和在生活中的实际应用,提出该玻璃幕墙清洗机器人的主要技术性能指标参数如下:
1)悬吊装置的缆索的直径适应范围:φ15mm~φ25mm;
2)移动速度:0~12m/min;
3)本体质量:G≤30Kg(300N);
4)负载大小:W≤15Kg(150N);
5)人机交互性:机器人具有自主检测位置的能力,判断并实施相应的动作。

研制的玻璃幕墙清洗机器人由移动机构、夹紧装置、清洗机构以及悬吊装置构成,移动机构和夹紧装置组成整体结构体的运动系统。

整体结构采用机器本体动、缆索不动的蠕动的运动方式,在缆索上攀爬并在清洗机构的配合下完成清洗任务,整个过程由机器人本体全部自动控制,减轻操作负担,提高工作效率。

2.2机器人总体方案设计
玻璃幕墙清洗机器人总体结构主要由机器人本体和悬吊装置组成,机器人总体设计方案示意图如图2-1所示,通过悬吊装置的配合,在整体上采取机器人本体动、缆索不动的方式实现机器人在竖直方向的清洗和运动,通过滑轨和轨道实现在水平方向上的运动,绳索的张紧通过悬吊装置的调节座和304不锈钢花篮进行调节,机器人与壁面之间的距离通过悬吊装置的调节杆调节,通过蠕动的方式实现机器人在壁面的运动和清洗工作。

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