蔡玉智毕业论文

1、前 言 在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。在建筑业，由于玻璃的采光性好，保温防潮性能好，彩色玻璃实用美观，高层建筑的外壁越来越多地采用玻璃幕墙结构，但是为了保证建筑外观的整洁美丽，时间一长，就需要对壁面进行清洗，以美化市容市貌。许多开放性城市都规定，每年应对高楼清洗若干次。 目前高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有两种，一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗，虽简便易行，但劳动强度大，工作效率又低，属于高空极限作业对人身安全及玻璃壁面都有很大的威胁性。另一种是用安装在楼顶的轨道及吊索系统将擦窗机对准窗户进行自动擦洗。这种方式初次投资成本较高

2、(高达数百万元)，而且要求在建筑物设计之初就要考虑擦窗系统，因而限制了其使用，因此急需一种能代替人而又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作，而且玻璃幕墙一般面积较大，大多处于几十米甚至上百米的高处，且周围无可攀援的支架，这就使得玻璃幕墙的清洗成为一项繁重、危险、耗资的工作。如果用人去清洗，不仅花费高，而且安全难以保证。特别是目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。 高层建筑清洗机器人正是在这种背景下应运而生。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，提高生产效率，也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当的社会效

3、益、经济效益。因此，国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。第1章 擦玻璃机器人系统设计1.1、擦玻璃机器人系统方案 擦玻璃机系统由爬行机构、气动真空模块、机体和擦玻璃模块有机构成。爬行机构可以模仿四足动物的爬行动作；气动真空模块可使吸盘产生足够吸附力，使机器人吸附在玻璃上；擦玻璃模块可实现擦玻璃动作，并且可以自动喷水。图1-1擦玻璃机器人系统方案1.2、气动真空模块方案气动真空子系统，由空气压缩机、真空器、吸盘及控制元件组成。由PLC对控制元件进行控制，使吸盘能够交替工作，产生真空，保证机器人不摔落。图1-2 气动真空模块方案1.3、爬行机构方案 爬行机构由四杆机构组成，在单一气缸的驱动

4、下实现机器人“四肢”爬行动作，动作灵活，无卡死。图1-3爬行机构方案1.4、擦玻璃模块方案擦玻璃模块在单一直流电机的驱动下，实现旋转运动，在玻璃上擦拭，并且可实现正反转，保证擦拭干净，在玻璃上的压力可调。第2章 行走模块设计2.1、真空系统设计： 真空系统我们采用规格为妙德（台湾高仿），PFYS-60-10-N，附6mm快速插头的真空吸盘，然后利用换向阀的换气功能，通过气压泵，真空器，pLC等控制装置进行控制，使其产生真空，以达到理想效果。下图是真空系统的设计简图：图2-1 真空系统（1）真空时：当Y7得电时，二位五通换向阀右边得电，气源通气使得吸盘吸住产生真空。（2）不真空时：当Y10得电时

5、，二位五通换向阀左边得电，气源通气使直接回到气源回路，不产生真空。2.2、行走系统的设计： 行走系统采用简单的四杆机构组成，然后再由单一气缸的推动下使“四肢”向前，向后行走及转弯。以下是四杆机构的简图及运动情况。图2-2 行走系统（1）爬行运动：在爬行过程中 ,对角 2个吸盘 A、 B吸紧玻璃固定 ,吸盘 C、 D松开 ,连杆 1在力 F的作用下向右平移 ,从而带动连杆 2、 3向上摆动 ,实现一步向上爬行。同理 ,在下一步 ,对角 2个吸盘 C、 D吸紧玻璃固定 ,吸盘 A、 B松开 ,连杆 1在活塞推力的作用下向左平移 ,从而带动连杆 2、 3向上摆动。如此往复运动实现爬行功能（2）转弯运

6、动:在转弯过程中 ,A、 C这 2个吸盘固定 ,B、 D 2个吸盘松开 ,连杆 1向左平移 ,推动连杆 3向右摆 ,从而实现机构向左转弯。向右转弯则采用反向操作。2.3、机构力学分析及结构参数选取方法如下：(1) 受力分析：由图A所以机构，根据力矩平衡可得：F（L1+L2)=Gh，h=1/2LacCos其中 F-活塞杆推力 L1.L2-吸盘A.C中心到连杆1之间的距离G -整机重量h -重力作用线到吸盘A中心的距离（近似认为整个机构在运动过程中重力作用线始终竖直通过连杆2的中点）Lac-连杆2的长度-连杆2运动时与水平线所成的夹角为了在保证强度的前提下使机构质量尽量轻，采用铝作为机构的材料,设

7、整个机构质量为X克，故而G=X克，去摆脚在15之间，取L1+L2=117mm，Lac=180mm，带入公式（1）克求的F，再去安全系数n=1.5，故而也能求出推动连杆所需要的力。第3章 机器人控制原理 上墙：当按下X1时，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。 下墙：当按下X2时，Y2、Y4、Y6、Y10、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时松开，气缸不动。前进：当按下X4时，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后

8、，Y1、Y3、Y6、Y10、Y11、Y14同时得电，左上脚、右下脚的真空吸盘同时吸住；右上脚、左下脚的真空吸盘同时松开；气缸向里面缩。碰到X7，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同时得电，左上脚、右下脚的真空吸盘同时松开；右上脚、左下脚的真空吸盘同时吸住；气缸向里面伸。碰到X6，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒，返回到前进的第一步，循环下去，但是其它按键按下去时就停止了，进行按下键的步骤。

9、后退：当按下X3时，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同时得电，左上脚、右下脚的真空吸盘同时松开；右上脚、左下脚的真空吸盘同时吸住；气缸向里面缩。计时两秒后，Y1、Y3、Y6、Y10、Y11、Y14同时得电，左上脚、右下脚的真空吸盘同时吸住；右上脚、左下脚的真空吸盘同时松开；气缸向里面伸。碰到X7，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。碰到X6，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右

10、上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒，返回到前进的第一步，循环下去，但是其它按键按下去时就停止了，进行按下键的步骤。左转：当按下X5时，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后，Y1、Y4、Y5、Y10、Y11、Y14同时得电，左上脚、右上脚的真空吸盘同时吸住；右下脚、左下脚的真空吸盘同时松开；气缸向里面缩。Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后，碰到X7，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同时得电，左上脚、右下

11、脚的真空吸盘同时松开；右上脚、左下脚的真空吸盘同时吸住；气缸向里面伸。碰到X6，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒，返回到前进的第一步，循环下去，但是其它按键按下去时就停止了，进行按下键的步骤。 右转：当按下X5时，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后，Y1、Y4、Y5、Y10、Y12、Y13同时得电，左上脚、右上脚的真空吸盘同时吸住；右下脚、左下脚的真空吸盘同时松开；气缸向里面伸。Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左

12、上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒后，碰到X6，Y2、Y4、Y5、Y7、Y12、Y13同时得电，左上脚、右下脚的真空吸盘同时松开；右上脚、左下脚的真空吸盘同时吸住；气缸向里面缩。碰到X7，Y1、Y3、Y5、Y7、Y13、Y14同时得电，左上脚、右上脚、左下脚、右下脚的真空吸盘同时吸住，气缸不动。计时两秒，返回到前进的第一步，循环下去，但是其它按键按下去时就停止了，进行按下键的步骤。图3-1 气动系统第4章 程序控制设计4.1、PLC程序设计：4.2 电气控制图的设计：图4-2 电器系统第5章 机器人的机械部件制作 机械人外壳：考虑到机构在运动时的力比较大，因此机

13、构的强度要适中，故我们采用了厚度为5厘米的铝板作为机器人的四杆机构，（铝板相对其他材料比较轻，可以减小机器人爬动时的重力），以保证机器人在爬行时更稳定。以下是机械人外观的整体机构图。图5-1 机器人外形5.1 擦玻璃机器人总装图5.2 T型杆5.3 底板5.4 耙形杆5.5 月牙杆第6章 总 结 目前高楼玻璃幕墙清洗机器人在我国应用还基本上没有展开，而国外已经开始投入具体实际应用。我国在这方面的研究大多只是应用在试验室阶段，并没有具体作为产品推广。如我们平时所看到的新闻也只是介绍有一款机器人可以用来擦玻璃，但它还是处于试验运行阶段，并没广泛推广，而国内目前绝大多数高层建筑仍采用吊篮+人工完成清

14、洗工作，。因此，国内清洗机器人有十分广阔的应用前景，尽快研制出一种能真正投入实际应用的清洗机器人就显得十分必要。本文针对国内高楼玻璃幕墙的清洗现状，结合高楼玻璃幕墙清洗作业的具体工作环境，开发设计出了一种专用于高楼玻璃幕墙清洗机器人，该清洗机器人具有结构新颖、安全可靠、重量轻、效率高的特点。本文主要进行了以下几个方面的工作并得出了结论:1. 设计出了一个完整的清洗机器人系统。整个系统包括真空系统设计、行走系统设计、清洗系统设计、PLC程序设计等几个部分，并对系统的运动进行了分析，全面了解了这种机器人的结构和功能。2.对机器人作业中的具体行走路径进行了规划，并对整个机器人的气压控制原理进行了分析和研究，来保证机器人的正常工作。参考文献1王园宇，武利生，李元宗.壁面清洗机器人发展趋势浅析.引进与咨询.2002.42陈沛富.玻璃幕墙清洗机器人设计研究.重庆大学硕士学位论文.2006.53宗光华.高层建筑擦