玻璃自动除尘设备的设计

1、济南大学毕业设计- -1前言1.1擦窗机器人概述机器人是自动执行工作的机器装置。 它既可以接受人类指挥，又可以运行预 先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。擦窗机器人 是一种仿人操作，模仿人工作业的部分动作，具有可持续长时间工作、精确度高、 抗恶劣环境的能力，从某种意义上说他是机器进化的产物。随着城市的发展，越来越多的高城建筑纯粹安在大都市中。高层建筑玻璃幕墙的清洗是一种繁重而危 险的工作。人工清洗不仅费用高、效率低，而且十分危险。随着机器人技术的发 展。出现了各种各样的特种机器人，这为解决高层建筑幕墙

2、的清洗问题提供了一 个新思路。由于擦窗机器人在高空中工作，驱动与重量效率比是一个很重要的性 能指标。从某种意义上来说擦窗机器人是机器人进化的产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化装备。在 生活生产中，是用机械手可以提高工作的自动化水平和劳动生产率：可以减轻劳动强度、保证擦洗质量、实现安全生产；尤其在高楼层、低安全系数、人工难以 达到及对身体有伤害的恶劣环境中，他能代替人们工作，意义非常重大。因此， 随着玻璃幕墙建筑物的推广，这种擦窗机器人正得到越来越广泛的引用这种擦窗机器人的专用性强目前仅应用于玻璃表面的清洗，但是未来如果可以应用这种 技术并将其稍

3、加改进将会有可能应用于很多领域，因此它具有很广的发展前途。1.2擦窗机器人的组成及分类擦窗机器人是的主要组成部分：行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测 装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图2-1所示o图1.1系统关系方框图（一）执行机构功能的实现主要是通过两个机构来完成的一一楼顶升降装置和爬壁小车，因此其执行机构也由这两个装置来决定。 楼顶升降装置的执行机构主要包括缆绳支 架、缆绳、蜗轮蜗杆减速器、导向小车和导轨等部分组成；爬壁小车的主要执行 机构是包括辊刷、雨刮、喷嘴、水箱、缆绳滑轮等部分组成。1、导轨导轨即是与楼小车配合的导向机构。该导轨的长度是根据玻璃幕墙的宽度来 设置的，导轨的长

4、度决定了该擦窗机器人的有效作业面积。 由于楼顶小车同时还 担负着爬壁小车的重量因此有可能会发生倾覆，为了避免产生倾覆，该导轨要设 置成燕尾槽型的，可有效的防止产生倾覆。2、雨刮雨刮即是仿照汽车雨刮的原理，将辊刷没有清理干净的污物在清洁剂的帮助 下清洁干净。该雨刮设置在正中央，这样更加有利于爬壁小车的双向工作，其前后各有一排喷嘴。3、缆绳是连接楼顶升降小车和爬壁小车的部件，并可用来调整爬壁小车的方位与速 度。4、喷嘴喷嘴和导管相连，导管和水泵相连，水泵和水箱相连，里面的液体是水和清洁剂的混合溶液，而喷嘴的作用是将导管里的清洁剂雾化并喷洒与于玻璃表面辅 助完成清理功能。该喷嘴有两排分别位于雨刮的两

5、侧5、蜗轮蜗杆减速器蜗轮蜗杆减速器是实现爬壁小车低速匀速运动的机构，6缆绳支架即是缆绳的储存装置，该缆绳支架随着蜗轮轴的转动而转动， 它通过两个定 位销固定。缆绳随着支架的转动而实现卷入卷出，随着缆绳的卷入卷出爬壁小车 也边实现上升与下降。7、缆绳滑轮缆绳滑轮共有两个并固定于爬壁小车的两侧，缆绳通过楼顶小车的缆绳支架 依次穿过这两个滑轮并最终固定于楼顶小车上， 这样设计的目的在于有利于爬壁 小车的平衡。8、缆绳滑轮缆绳滑轮共有两个并固定于爬壁小车的两侧，缆绳通过楼顶小车的缆绳支架 依次穿过这两个滑轮并最终固定于楼顶小车上， 这样设计的目的在于有利于爬壁 小车的平衡。9、辊刷辊刷即是清洁的执行机

6、构，它所作用的对象是玻璃表面的灰尘和较难清理的 污物。该辊刷是有三部分组成，龙骨、辊轮和毛刷组成。爬壁小车工有两个辊刷， 因其可以实现前进与倒退因此前后各一个，放置于小车的前后两端。10、水箱水箱即是清洁剂的储存场所。（二）控制系统控制系统是支配着爬壁机器人按规定的要求运动的系统。控制系统有电气控 制和射流控制两种，它支配着爬壁机器人按规定的程序运动， 并记忆人们给予其 的指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间），同时按其控制系统的信 息对执行机构发出指令，必要时可对它的动作进行监视，当动作有错误或发生故 障时即发出报警信号。（三）驱动系统驱动系统是驱动机器人执行机构运动的动力装置调节

7、装置和辅助装置组成。 常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配其按规定的要求运动的系统。目前该擦窗机器人的控制系统一般由程序控制系统和电气定 位（或机械挡块定位）系统组成。而本次设计所采用的驱动系统则是通过机械传动 的方式来实现。此系统共需两部电机，一部支流电机通过蜗轮蜗杆减速器控制爬 壁小车的运动，一部步进电机用来实现楼顶小车的前进。（四）位置检测装置控制执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定 的精度达到设定位置目前爬壁机器人的种类很多，大体可以按照吸附和移动两种方式来分类。（一

8、）按其吸附方式可以分为以下即是其两种：1、单吸盘轮式爬壁机器人电机M动军轮压力测巧构图1.2单吸盘轮式气囊密封结构有吸附机构和移动机构两大部分，如上图所示。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，其功能是不断地从负压腔内抽出空气，使负压腔内形成一定程度的真空 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。2、磁吸附履带式壁面爬行机器人由于永磁铁吸附不许外部能量，易于控制，磁吸附爬壁机器人采用的是双履 带永磁吸附结构.在履带一周上安

9、装有数十个永磁吸附块，其中的一部分紧紧地 吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通过履带（由链条和永磁块组成）使机器 人贴附在壁面上。机器人在壁面上的移动靠履带来完成 ，移动时，履带的旋转使 最后的吸附块在脱离壁面的同时又使上面的一个吸附块吸附于壁面，这样周而复始，就实现了机器人在壁面上的爬行.（二）按其移动方式可以分为：1、轮式配置多个车轮，每个轮子都由电机驱动，带动机器人行走移动速度较快，行 走控制简单，着地面积小，维持吸附力较困难。2、履带式由电机驱动两个无轨道履带推动机器人着地面积大，对于壁面的适应性强， 但体积大、结构复杂。3、脚式通过多个脚的反复吸附与脱落，移动机器人概要移动困难，移动

10、速度慢，带 载能力强。1.3国内外发展状况国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)， 而单机价格不断下降，平均单机价格从 91年的10.3万美元降至97年的65万美元。机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速 机、检测系统三位一体化：由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机； 国外已有模块化装配机器人产品问市。工业机器人控制系统向基于PCM的开放型控制器方向发展，便于标准化、 网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构：大大提高了系统 的可靠性、易操作性和可维修性。机器人中的传感器作用日益

11、重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采 用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制， 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作 者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系 统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳” 机器人就是这种系统成功应用的最著名实

12、例。机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这 种新型装置已成为国际研究的热点之一， 纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国 的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七 五”、“八五”科技攻关，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元 器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机 器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线(站)上获得规模应用，弧焊机器人己应用在汽车制造厂的焊装线上。 但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程 应用的水平和国外

13、比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品：机器人应用工程 起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国己安装的国产工业机器人约200台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因 主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、 成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。 因此迫切需要解决产业化前期的关键技 术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模块化设计，积极推进产业化 进程。我国的智能机器人和特种机器人在“ 863”计划的支持下，也取得了不少 成果。其中最为突出的是水下机器人

14、，6000m水下无缆机器人的成果居世界领先 水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器 人等机种：在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不 少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚 起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关， 才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列之中。14课题的提出及主要任务1.4.1课题的提出随着城市建设的发展，越来越多的高层建筑耸立在现代都市。为了美观及采 光,不

15、少高层建筑都采用了玻璃幕墙，这就带来了玻璃窗（顶棚、壁面）的清洗问 题。高大建筑物的玻璃窗清洗是一项繁重而危险的工作，目前在国内外使用的方 法主要有两种，1、 靠升降平台或吊篮搭载清洁工进行玻璃窗户和壁面的人工清洗；2、另一种是采用各种方法例如气动或磁吸附等方式让擦窗机器人自动的移 动于玻璃幕墙表面来实现清洁功能，。这几种方法都有很大的弊端，其缺点如下：1、工作效率底下。就上述第以种方法来说，采用吊篮承载工人由工人手工 完成擦洗工作，这种方式的效率极其低下，不能实现大规模自动化作业。2、安全系低下。就上述第二种类型的机器人来说，这种方式没有安全保护措施，仅仅是依靠机器人自身的吸附力来完成吸附功

16、能，机器人很容易与壁面脱落坠向地面从而造成事故。例如采用气动的方式时，万一遇到表面凹凸不平时很 容易造成脱落，而磁吸附原理的机器人在遇到表面导磁性能不强的地方时也会造 成事故。3、清洁质量不能得到保障。例如采用吊篮人工清洁时，其清洁质量很大程 度上取决于工人的精神状态，当工人劳作到一定程度时其工作质量便不易得到保 障。而采用本文所述的采用安装在楼顶的轨道及索吊系统将擦窗机对准窗户进 行自动擦洗的原理即擦窗机器人则会解决以上的问题。对应于以上的几种方式而言其优点主要为：1、工作效率高。由于采用的时自动的擦窗机器人来进行清洗，其自动化程 度高，通过该变其控制条件则会很大程度的提高工作效率。2、安全

17、系数高。由于操作人员只是在楼顶进行控制而并不直接随着吊篮从事清洁工作因此不会造成人员事故；另一方面，因为爬壁小车采用的时吊索的结 构实现吸附与移动功能，因此也不会造成小车坠落而造成事故。3、清洁质量高。因为其自动化程度高，可以反复的对一个地方惊醒多次擦洗，而且其工作质量也不会像人工一样随着强度的增加而降低。其次，其清洁系统非常完善，采用三道工序完成对玻璃表面的清洁工作。4、发展前景广阔。这种爬壁机器人还可以推广到一些其他领域比如用于石 油、化工及城市煤气等大罐的安全检查、除锈、配置上喷漆及除尘设备。还可以 用来喷涂船体外壁和高层建筑，消防等工作。 此外还可以应用于核工业，例如对 核废液储罐进行

18、视觉检查、测厚及焊缝探伤等。总之其应用前景十分广阔。1.4.1课题的主要任务本课题将要完成的主要任务如下：本设计为专业性强，但是除了轨道外其他的装置要求具有很高的通用性；设计出其清洁执行机构包括毛刷、喷嘴和雨刮的具体方案；设计出楼顶小车的具体结构及其各项技术参数。包括圈养机构，减速装 置，驱动系统等；设计方案将楼顶小车和爬壁小车两者良好的结合起来；根据以上的要求绘制装配图和零件图；根据其控制要求设计出其控制系统并绘制出其电路原理图。2擦窗机器人的设计方案对擦窗机器人的基本要求是能自由移动于玻璃幕墙表面，并且能到达玻璃幕墙的任何以一个角落。这就要求该爬壁小车能沿着玻璃幕墙表面的X-Y方向自由的移

19、动。其次在移动方面还有速度的要求，因为清洁过程需要匀速且速度不能 过快，因此在速度方面我们要通过选择合适的电机和设计合适的减速器来予以实 现，而这些装置都存在于楼顶小车上面， 因此在设计楼顶小车的尺寸等参数时要 根据这些要求来予以设计。同时缆绳的伸长与收缩装置也必须予以设计。 而对于 爬壁小车，其是具体的执行机构，这就要求它在清洗过程中要针对不同的污物进 行清理，比如较难清理污物的和玻璃表面极易清除的灰尘。因此要对它的执行装置进行详细合理的设计。另外在此爬壁小车里面同时存在一个电机， 该电机的主 要作用是驱动辊刷转动，因此该电机的转速及型号也需要确定。 其次爬壁小车的 传动装置也需要进行详细设

20、计，此次设计采用的是链传动因此需要对链轮进行设 计并根据设计选择合适的滚子链型号。另外我们还需要对其清洁剂喷洒装置进行 设计，采用的是水泵、导管和喷嘴的联合装置来予以实现清洁剂的喷洒。清洁剂 的存放采用的方案是将爬壁小车的上部安装一个水箱，然后根据需要添加定量的清洁剂，然后规定的几个行程后再到楼顶进行清洁剂的添加。因为其采用的是缆绳吊篮机构，因此水箱的完全可以设置在爬壁小车上， 这就需要对楼顶小车种安 装的电机的要求相应增加。这就是这次设计的基本方案，在设计的过程中应当尽 量选用定型的标准组件，简化设计制造过程，兼顾通用性和专用性，并能实现柔性转换和编程控制。2.1擦窗机器人的总方案设计综上所

21、述我们可以对此次设计的方案由个大体的了解，其主体由两个方面： 楼顶升降小车和爬壁小车两部分组成。其安装示意图如下：图2.1擦窗机器人的总体方案示意图22擦窗机器人的技术参数列表一、用途：用于玻璃幕墙的自动除尘。二、设计技术参数：1、有效清洗宽度即爬壁机器人宽度1000mm2、爬壁机器人长度774mm3、爬壁机器人高度305mm4、爬壁机器人最大上升高度50m5、爬壁机器人横向移动距离（与楼顶轨道相对应，针对特定建筑）500m6楼顶升降小车每次步进距离1000mm7、缆绳长度110m8、轨道长度505m9、水箱尺寸400 X 400 X 100mm10、驱动方式机械传动11、控制方式单片机控制接

22、下来我们接对楼顶小车、爬壁小车、提升装置及控制系统分别予以讨论说明3爬壁小车的设计爬壁小车即是该擦窗机器人的具体执行机构，它的作用就是完成玻璃幕墙表面的 清洁工作。其功能的实现是通过辊刷、喷嘴及雨刮联合作用来实现的，而其升降是通过楼顶小车的升降装置来实现的，其辊刷转动的驱动力则是由一台直流电机 提供，而其传动装置则是靠链传动来予以实现。3.1直流电机的选型与设计该直流电动机的作用主要是驱动辊刷的转动因此我们可以根据其功率及适当的转速来进行选型5。首先我们可以通过试验得到玻璃幕墙表面和毛刷之间滚动的摩擦系数=0.3初步设定爬壁小车的质量m=35kg则可以计算出爬壁小车在玻璃表面运动的摩擦阻力为:

23、f=0.3mg(3-1)35 9.8=102.9(N)初设爬壁小车在玻璃幕墙上的移动速度为V=0.5m/s则可以计算出其功率P=fv(3-2)=102.90.5=51.8(W)51.80.9=57.56(W)则可以求出所需电机的功率为:(3-3)因此由以上拘束参数可以选择电机的型号为：Z3-11直流电机3.2链轮的选择与计算链轮是爬壁小车两个龙骨的传动装置。其安装结构如下图所示:图3.1链轮-龙骨-电机安装示意图由上图可知，为了能让前后两个辊刷的转向保持一致，我们必须要安装一过度链轮组。1、首先我们应设计出与电机相配合的链轮的参数：选用滚子链的型号为RS35节距P=9.525,其链轮的齿数设为

24、z=10。则我 们可以设计出与之配合的链轮的技术参数：分度圆直径：.p180.小八d=()(3-4)sin z9.525 ,180、=()=30.82(mm)sin 10齿顶圆直径：1.6、damin =d + p(1-)- d1(3-5)z=30.82+9.525(1- 16 )-5.08=33.82(mm) 10damax=d + 1.25p- d1(3-6)=30.82+1.259.525-5.08=37.61(mm)齿根圆直径：df =d- 4 =30.82-5.08=25.74(mm)齿高:ha min =O.5(P- di )(3-7)=0.5 (9.525-5.08)=2.22(

25、mm)hamax=0.625p-0.5 厲+迪(3-8)z0.8x9.525=0.625 9.525-0.55.08+=4.18(mm)10确定的最大轴凸缘直径：180。180dg=pcot() -1.04 h2-0.76=9.525cot () -1.04 8.26-0.76=20.00(mm)z10由以上的计算则可以设计出链轮如下图所示：图3.2链轮2、由于电机的转速较高，而过高的转速对辊刷的寿命由很的的影响，因此 我们需要利用链轮对其进行减速，因此我们可以根据所实际需要的和与之配合的 滚子链来设计与龙骨相连的链轮的参数：适配链号：RS35,节距p=9.525,齿数设计为z=22,分度圆直

26、径：,p 180、9.525 180、 d= ()=() =66.93(mm)sin z sin 22齿顶圆直径：damin =d+p(1-)- 4 =66.93+9.525(1-16)-5.08=70.68(mm)damax=d+1 25p-=66.93+1.25 ； 9.525-5.08=7375(mm)齿根圆直径：df =d- d1 =66.93-5.08=61.85齿高：hamin =0.5(p- d1)=0.5 衣(9.525-5.08)=2.22(mm)hamax=0.625p-0.5 d1+0:8P =0.625 衣 9.525-0.55.08+08 9.525 =3.76(mm

27、)z22确定的最大轴凸缘直径：180 180 dg=pcot() -1.04 h2-0.76=9.525 cot () -1.04 8.26-0.76=56.90(mm)gz22故我们可以得出链轮如下图所示：3.3水箱设计由于水箱的作用是储存洗涤剂，并且其作用原理是：在机器人工作之前就往 水箱里面诸如一定的洗涤剂，由于受到爬壁小车总重量的制约，因此水箱的容积 不能过大，应当设定其在工作一个行程爬壁机器人到达楼顶时由人工手动增加清 洁剂，这样可以由效的减轻爬壁小车的重量，从而降低对电机的负载及要求。查有关资料及试验可以得到每秒钟所有喷嘴所喷出的清洁剂的总量为7.5ml已知楼层高为s=50m，爬壁

28、小车的爬行速度为v=0.5(m/s)则一个行程所用时间为：t=空=乙旦=200(s)v 0.5则一个行程所需要的清洁剂的总量为：V= V, t=7.5 200=1500(ml)因此水箱的总容积应当大于1500(ml)故我们设计水箱的体积为：400 400 100(mm)4楼顶升降小车楼顶升降小车是该玻璃除尘装置的动力提供装置，既保证爬壁小车能沿着壁 面竖直方向内移动，同时又需保证爬壁小车能在玻璃幕墙表面进行水平左右移 动，另外楼顶小车上还装有提升装置，因此楼顶小车的设计将很大程度上决定整 个玻璃除尘装置的结构及其性能。如下我们将会依次介绍楼顶升降小车的各个结构部分，包括其提升装置电机的选型、轴

29、承的选择、步进电机的选型及其轨道的设计等。4.1提升装置电机的选型提升装置的主要作用是能够保证爬壁小车能够以一个较小的速度v=0.5m/s匀速沿着玻璃幕墙竖直方向内上下爬动，这也就直接决定了其直流电机的技术参数：由 p=Fv=mgv=35 9.8 0.5=171.5(w) TOC o 1-5 h z 则 Pw= P(4-1)其中传递效率包括蜗杆的传动效率和联轴器的传动效率，查手册可以得知,=0.97，2=.99则总传递效率 =1 2(4-2)=0.97 0.99=0.96P 171 5因此可以求得 Pw= - =178.6(w)n0.96该装置除了对电机的功率不由要求外， 转速也是电机选型的重

30、要因素，因为 要满足爬壁小车要沿着玻璃壁面以以个较小的速度匀速运动， 因此在满足功率的 要求下应当尽量选取转速较小的电机，选择型号为 Z3-52直流电机。4.2提升装置结构的设计该提升装置的主要作用是缆绳的收集与发放，而要实现该功能，必须要使缆绳支架随着蜗轮的转动而旋转，因此我们需要将蜗轮轴和该提升装置连接起来。 而要实现这种连接可以采用很多方法，但是这里为了方便于装配，我们采用两个定位销来实现。该提升装置另一个重要的地方即是缆绳电脑存放，为了使缆绳在使用的过程中不至于散乱、打结，因此我们需要缆绳支架的两端要有两个挡板3 O综上所述，我们可以得到该提升装置的结构为下图所示：图4.1提升装置示意

31、图4.3提升装置轴承的计算类型由于提升装置的要求不高，因此我们采用深沟球轴承的形式。由上述提升装 置的轴端直径为95,而考虑到轴肩不能过大，因此设定轴肩为 5,所以与轴承配 合的轴径为85.根据d=85选取深沟球轴承，型号初定为6107, 下即是对该轴承式是否合 适进行校核：1、求比值區=迢00=0.49Fr 5500根据机械设计(第八版)表13-5，深沟球轴承的最大e值为0.44， 故此时Fa e。Fr2、初步计算当量动载荷P,根据P= fp(X +Y)(4-3)按照表 13-6， fp =1.2按照表13-5, X=0.56，Y值需在已知型号和基本而定静载荷后才能求出，现暂选以近似中间值，

32、取 Y=1.5,则P=1.2( 0.56 5500+1.5 2700)N=8556(N)3、根据式(13-6),求轴承应有的基本额定动载荷值=85563(4-4)60 5000106=49375(N)而6107的基本额定动载荷为50800(N)，因此该轴承6107合适4.4轨道与车轮的设计本轨道的作用主要是起到导向的作用， 同时还必须具有防倾覆的作用，因此 根据以上的要求可以将导轨设计成如下结构：设计成上图这种燕尾槽的形式可以有效的防止倾覆同时根据轨道的形状我们同样可以设计出与之配合的车轮的结构：4.5步进电机的选择楼顶提升装置的横向移动是靠该步进电机来驱动的，而该擦窗机器人的执行机构一爬壁小

33、车部分水平方向的移动距离是由实际工作要求来决定的，其设计一般是根据工作对象即玻璃的宽度来决定的，当然，在实际的工作过程中还需要对步进电机通过控制系统的控制，使它的灵活性增加，可以完成对特殊表面的反复 集中清洗。该步进电机的的选择是根据其功率步距角的要求来进行选择的， 为了满足上 述要求我们选择四相八拍步进电机， 型号为70F004.步距角为0.0/1.8,满足其位置 控制精度。5提升装置的总体设计提升装置是利用了两个动滑轮的原理来实现其功能的。其结构示意图如下图所示:爬壁小车卩缆绳固定装图5.1提升装置结构示意图采用这种动滑轮的优点是，能够很好的保持爬壁小车的平衡性和稳定性，防止爬壁小车在工作

34、过程中因受力不均而造成跳动及倾覆。如上图所示，该动滑轮和爬壁小车相连，缆绳穿过该组动滑轮，其一端和楼顶小车的提升装置连接在一 起, 一端固定于楼顶小车的缆绳支架上，这样爬壁小车的移动距离恰是缆绳收放 长度的一半。济南大学毕业设计第四章楼顶升降小车- -6控制系统的设计控制系统是整个擦窗机器人的指挥系统， 是保证其正常工作的中枢系统，而 此设计控制系统的核心部件是单片机， 此次设计采用的单片机型号是 MCS-51系 列单片机8051同10。6.1 8051 简介8051的引脚图如下图所示I/O 端口： P0.0P0.7, P1.0P1.7, P2.0P2.7, P3.0P3.7。P0、P1、P2

35、、P3的I/O 口都是双向的，而且每个口都具有锁存器。每个口 有8条引线，共计32条I/O线。各端口功能如下： P0: (1)外部扩充存储器时，当作数据总线(D0D7)。 外部扩充存储器时，当作地址总线(D0D7)。(3)不扩充时，可作一般I/O使用，但上部不上拉电阻，作为输入输出时应 在外部接上拉电阻。P1 :只做I/O 口使用，其内部有上拉电阻。P2:(1)外部扩充存储器时，当作地址总线(A0A15)使用。 只做一般I/O 口使用，其内部有上拉电阻。P4:除作为一般I/O接口使用外，还有一些特殊功能。VDD :电源 +5V ； VSS: GND 接地。RESET:此脚为高电平时(约两个及其

36、周期)可将 CPU复位。ALE/PROG地址锁存使能信号端：8051外接RAM/ROM : ALE接地址锁存器8282的STB脚，74373的CN 脚，但CPU对外部存储器进行存取时，用以锁住该地址的低位地址。8051未接RAM/ROM : ALE脚也会有1/6石英晶体的振荡频率，可作为 夕卜部时钟。EA/VPP :(1)接高电平时CPU读取内部程序存储器；扩充外部存储器时，当存储器读 取内部程序超过OFFFH时自动读取外部ROM。接低电平时：CPU读取外部存储器。该单片机的特点如下：专为控制应用所设计的八位 CPU。32条双向且可被独立寻址的I/O。具有布尔代数的运算能力。芯片内有128字节

37、可供储存数据的RAM。内部有两组16位的定时器。具有全多功能传输信号UART。5各中断源，且具有两级(高/低)优先权顺序的中断结构。芯片内有时钟(CLOCK)振荡器电路。数据存储器可扩展至64KB (RAM )。程序存储器可扩展至64KB ( ROM )。87C51:省电型(低消耗功率)。济南大学毕业设计第六章控制系统的设计- -6.2控制程序流程图图6.2控制程序流程图6.3步进电机控制程序ORGOOHMOVA,20HSTART MOV30H,#00HXRL A,#0BHMOV31H,#00HJZSTARTMOV32H,#00HMOV A,20HMOVP2,#0FFHXRLA,#0CHSET

38、BP3.0JZCCWMOV21H,#00HMOV A,20HL1:MOVR3,#0F7HXCH A,30HMOVR1,#00HXCHA,31HL2:MOVA,R3MOVA,31HMOVP1,ASWAPAMOVA,P1ORLA,30HMOVR4,AMOV32H,ASETBCMOVP0,AMOVR5,#04HJMPL1L3:RLCACCW: CPLP3.0JNCKEYINJBP3.0,FORINCR1REV:MOV21H,#05HDJNZR5,L3JMPL1MOVA,32HFOR: MOV 21H,#00HMOVP0,AJMPL1MOVA,R3SET0: MOV A,32HSETBCCJNEA,#

39、00H,SETXMOVR3,ASETX MOV R3,#200JCL2SET1:MOVR0,21HJMPL1SET2!: MOVA,R0KEYIN: MOVR7,#60MOV DPTR,#TABLED2:MOVR6,#248B1:DEC 30HDJNZR6,$JMP B3DJNZR7,D2B2: MOV 30H,#09HD3:MOVA,P1DEC 31HXRLA,R4JMP B3JZD3DELAY: MOVR7,#20MOVA,R1TABLE: DB01H,02H,03H,0CHMOVDPTR,#TABLEDB04H,05H,06H,0DHMOVCA,A+DPTRDB07H,08H,09H,0

40、EHMOV20H,ADB 0AH,00H,0BH,0FHXRLA,#0AHTABLE1: DB03H,09H,0CH,06H济南大学毕业设计第六章控制系统的设计- -济南大学毕业设计第六章控制系统的设计- -参考文献饶风华.8位单片机的架构设计J.工程技术，2010, 9.徐丹，马维，边靖,杨雪莲，李永辉.GD型电除尘器在玻璃窑炉烟气治理中的应用J.重型机械,2010，5.李景魁，杜成义，李宝义，王伟.GD型电除尘器在中小型烧结机机尾的应用J.河南冶金，1995,3.周碧PLC在干法水泥生产线袋式除尘系统中的应用J.应用技术，2010，4.李彦涛，黎七中玻璃熔炉烟气脱硫、除尘、脱硝技术开发J.

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