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1、海南大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目：高空玻璃幕墻的清潔機(jī)器人設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)：20150581310208 姓 名：程瑜 年 級(jí)：2015級(jí) 學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院 系 別：機(jī)械系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：袁磊 完成日期： 年 月 日 2 .清潔機(jī)器人的總體方案 清潔機(jī)器人由機(jī)器人本體、移動(dòng)用的底板、纜繩及供電線、輔助移動(dòng) 體等部分組成，其中機(jī)器人本體包括移動(dòng)裝置、吸附裝置、清潔裝置三個(gè) 部分，整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 夾持器 Y/////////////////A 機(jī)器人主體 纜繩 輔助移動(dòng)體 圖2-1清潔機(jī)器人整

2、體示意圖 2.1清潔機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu) 以現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)看，清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)一共分為三個(gè)方面的設(shè)計(jì)，艮K 運(yùn)動(dòng)裝置、吸附裝置、清潔裝置。本文中將運(yùn)動(dòng)裝置分為了兩個(gè)部分，分 別為移動(dòng)裝置和換向裝置。移動(dòng)裝置：使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使之到達(dá)需要清理 的地方；換向裝置：使機(jī)器人在碰到障礙或者運(yùn)動(dòng)到極限時(shí)改變運(yùn)動(dòng)方向 來(lái)達(dá)到繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的目的；吸附裝置：保證機(jī)器人能安全停留在玻璃幕墻上； 清潔裝置：完成清理工作。整體方案如圖2-2。 圖2-2整體方案示意圖 清潔機(jī)器人的工作原理： （1） 移動(dòng)裝置：通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)，使機(jī)器人能夠在設(shè)計(jì)的地板上進(jìn)行平 行移動(dòng)。 （2） 控制裝置：通過(guò)單片機(jī)，設(shè)

3、置運(yùn)行時(shí)間，到達(dá)時(shí)間之后使電動(dòng)機(jī) 發(fā)生反轉(zhuǎn)。 （3） 吸附裝置：通過(guò)夾持器夾住纜繩的孔。 （4） 清潔裝置：清潔劑軟化污垢，通過(guò)刷頭與玻璃幕墻之間的摩擦清 理污垢。 本文主要在運(yùn)動(dòng)裝置和吸附裝置上進(jìn)行改進(jìn)。希望所設(shè)計(jì)的清潔機(jī)器 人能夠更加適應(yīng)能夠開窗的玻璃幕墻并旦能夠不依賴于自身的電池，通過(guò) 電纜繩供電，增加機(jī)器人的使用時(shí)間。 2.2清潔機(jī)器人的選型 主要是對(duì)移動(dòng)方式、吸附方式和清洗方式這三個(gè)部分進(jìn)行選型。 2.2.1移動(dòng)方式的選型 按移動(dòng)方式一般分為輪式、履帶式和腳足式。 考慮到本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人是在玻璃幕墻上工作，而玻璃這種材質(zhì)具 有光滑、平坦等特點(diǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)需要

4、機(jī)器人能夠快速的移動(dòng)以達(dá)到清理的 高效性，再結(jié)合表2-1中的適用場(chǎng)合與優(yōu)缺點(diǎn)，所以本文選擇輪式作為移 動(dòng)方式 表2-1移動(dòng)方式的適用場(chǎng)合與優(yōu)缺點(diǎn) 移動(dòng)方式 適用場(chǎng)合 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 輪式 平坦地形 能高速移動(dòng) 易打滑、不平穩(wěn)、 無(wú)法處理復(fù)雜地形 履帶式 松軟地形 與地面接觸面積 大，較平穩(wěn) 無(wú)法在高低落差較 大的地形上移動(dòng) 腳足式 復(fù)雜地形 能跨越障礙 速度低、重心不穩(wěn)、 易翻、不穩(wěn)定 2.2.2吸附方式的選型 表2-2吸附方式的適用場(chǎng)合與優(yōu)缺點(diǎn)⑼ 吸附方式 適用場(chǎng)合 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 磁力 吸附 永磁體 導(dǎo)磁面 產(chǎn)生的吸附力大

5、 只能應(yīng)用在導(dǎo)磁面 電磁鐵 仿生 吸附 干吸附 光滑壁面 新型吸附原理、應(yīng)用 前景大、無(wú)吸附噪音 對(duì)壁面的要求比較高、穩(wěn) 定性能不好、離現(xiàn)實(shí)應(yīng)用 還有待改進(jìn) 濕吸附 毛刺 粗糙壁面 負(fù)壓 吸附 真空泵 光滑壁面 產(chǎn)生的吸附力大、噪 音小 壁面要求嚴(yán)格、移動(dòng)速度 較慢 外接負(fù)壓源 所有類型 的壁面 產(chǎn)生的吸附力大 作業(yè)范圍小 文丘里器 產(chǎn)生的吸附力大 作業(yè)過(guò)程中噪音大 旋風(fēng)模擬 對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求低 產(chǎn)生的吸附力小、噪音大 離心風(fēng)機(jī) 產(chǎn)生的吸附力適中 產(chǎn)生噪音適中，速度較快 按吸附方式一般可分為磁力吸附、仿生吸附、負(fù)壓吸附

6、"氣 通過(guò)表2-2可以看出不同的吸附方式適應(yīng)于不同的表面，有些方式適 用于玻璃幕墻這種光滑的表面，但是這些方式或多或少有著自己的缺點(diǎn)， 例如：對(duì)壁面的要求比較高、穩(wěn)定性能不好、作業(yè)范圍小等問(wèn)題。 除此之外，設(shè)計(jì)師們從傳統(tǒng)的三大吸附方式（磁力吸附、仿生吸附、 負(fù)壓吸附）中獲得靈感，設(shè)計(jì)出各種各樣的吸附方式，如六足吸附、纜繩 式、電磁式 因?yàn)楸疚闹性O(shè)計(jì)的是玻璃幕墻的清潔機(jī)器人，所以壁面己經(jīng)確定為很 普通的光滑的玻璃，所以不能選擇對(duì)壁面要求高的方式，然后因?yàn)閷?duì)幕墻 的清理都是以層為單位來(lái)清理的，所以作業(yè)范圍也不能太小，同時(shí)清理的 速度也不能過(guò)慢。所以現(xiàn)在提供的選擇是負(fù)壓吸附與

7、纜繩式吸附，相較于 傳統(tǒng)的負(fù)壓吸附，纜繩式吸附通過(guò)纜繩與夾持器將機(jī)器人與壁面連接在一 起，這樣在讓機(jī)器人安全工作的前提下還能通過(guò)纜繩中的電線來(lái)給機(jī)器人 供電，故而在本文中，選擇纜繩式作為吸附方式。 2.2.3物理清洗方式的選型 常見的物理清洗方式通常分為：超聲波清洗、激光清洗、高壓水射流 清洗、機(jī)械力清洗。 本文所設(shè)計(jì)的清潔機(jī)器人需要控制自身重量的同時(shí)，還需要考慮投入 市場(chǎng)之后的成本問(wèn)題，故而在清洗方式上應(yīng)選擇成本更低、設(shè)備更簡(jiǎn)單輕 便的類型，同時(shí)還要適用于玻璃幕墻的清洗。而如表2-3數(shù)據(jù)所示，機(jī)械 力清洗在滿足這些條件，所以在木文中選擇機(jī)械力清洗作為物理清洗方式。 表

8、2-3清洗方式的適用場(chǎng)合與優(yōu)缺點(diǎn)mi 清洗方式 適用場(chǎng)合 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 超聲波清洗 適用于工業(yè)、機(jī)械、 金屬、電鍍、表面 處理、工業(yè)零部件、 機(jī)電設(shè)備類、建筑 物等領(lǐng)域的清洗 去污能力強(qiáng)、速度 快 噪音較大、需與清 洗液組合使用 激光清洗 汽車制造、半導(dǎo)體 晶圓片清洗、精密 零件加工制造、軍 事裝備清洗、建筑 物外墻清洗、文物 保護(hù)、電路板清洗 等 無(wú)需化學(xué)藥劑和清 洗液，無(wú)污染，效 率高 對(duì)激光頻率和能量 大小控制要求較高 高壓水射流清洗 各類管道、容器;船 舶、鋼材、鑄件表 面;各種大型工業(yè) 設(shè)備表面、各種大 型建筑物表面、路

9、 面清洗等 環(huán)保，清洗效率高， 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化， 成本低 能源利用 率低，耗水量大 機(jī)械力清洗 飛機(jī)和船舶表面、 路面、幕墻等傳統(tǒng) 清洗領(lǐng)域 成本低，設(shè)備簡(jiǎn)單 輕便 移動(dòng)范圍有限  3 .高空玻璃幕墻的清潔機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1清潔機(jī)器人需要的參數(shù)要求 本文主要考慮高空玻璃幕墻的清洗，這些建筑大多都擁有至少30m的 高度，因?yàn)樗O(shè)想的工作環(huán)境為能開窗的玻璃幕墻，如圖2-1,所以選用纜 繩式的吸附方式，機(jī)器人的單次工作面積不用太大，通過(guò)多次更換以達(dá)到 清潔所有玻璃幕墻的目的。本文旨在設(shè)計(jì)一款能適用在開窗玻璃幕墻的清 潔機(jī)器人，它需要能夠靈活移動(dòng)，

10、根據(jù)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行清潔，并且擁有較 圖3-1開窗的玻璃幕墻 對(duì)以上的要求進(jìn)行分析，可以得出本文中所設(shè)計(jì)的清潔機(jī)器人的參數(shù) 為： （1） 自身的質(zhì)量不能過(guò)大，應(yīng)在15kg以內(nèi)； （2） 考慮到清洗范圍應(yīng)適量，所以機(jī)器人的清洗范圍應(yīng)在0.5m~lm, 正常工作運(yùn)行速度不小于（）.lm/s"l； （3） 機(jī)器人在垂直方向上的移動(dòng)有兩種方式，一種為手動(dòng)控制，此時(shí) 的速度取決與使用者的想法，另一種則通過(guò)機(jī)器控制。但是本文旨在設(shè)計(jì) 能滿足使用者需求的清潔機(jī)器人，故而選用前者。 3.2清潔機(jī)器人吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本文中設(shè)計(jì)的吸附裝置為纜繩式，它適用于有頂部區(qū)域的大樓或是玻 璃幕墻能

11、開窗的區(qū)域。清潔機(jī)器人通過(guò)纜繩在豎直方向上移動(dòng)，其示意圖如圖3-2所示，2纜繩由4個(gè)輔助移動(dòng)體牢牢固定在玻璃幕墻外側(cè)，并且可 以移動(dòng)輔助移動(dòng)體來(lái)控制清理的位置，同樣機(jī)器人也通過(guò)夾持器固定在纜 繩上。與其他吸附方式相比，纜繩式更需要注意纜繩的結(jié)構(gòu)和連接方式而 不是壁面本身，這也就是說(shuō)它能適應(yīng)各種壁面，但同時(shí)受纜繩本身的影響， 它必須有一個(gè)固定的位置，這也就局限其不能在不能開窗的幕墻上使用， 同時(shí)纜繩的長(zhǎng)度也不能太長(zhǎng)。纜繩部分由纜繩和連桿式夾持器組成。 圖3-2吸附裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 面向幕墻的主視圖方向上的控制示意圖如圖3-3,該方式可通過(guò)使用者 來(lái)控制開關(guān)夾持器的頻率，這種設(shè)

12、計(jì)不僅能讓使用者自己控制清洗的時(shí)間, 也能讓使用者自己控制哪塊區(qū)域需要清洗，哪塊區(qū)域不需要清洗，增加了 工作效率的同時(shí)還節(jié)約了能源。 特別設(shè)計(jì)了連桿式的夾持器，夾持器由連桿部分和夾持部分組成如圖 3-4組成。連桿部分由兩根長(zhǎng)桿、兩根短桿和4個(gè)插銷組成，其中長(zhǎng)桿為中 空結(jié)構(gòu)，使得控制夾子開關(guān)的鋼絲能夠通過(guò)長(zhǎng)桿的中空部分來(lái)達(dá)到控制的 目的，短桿則用來(lái)控制夾持器所能張開的最大角度。夾持部分由兩個(gè)完全 一樣的彎鉤形部分組成，夾持部分的抓緊爪可以張合來(lái)達(dá)到在纜繩上移動(dòng) 與停留的目的，夾持部分的機(jī)架部分與鋼絲連接，用來(lái)控制抓緊爪的張合。 在豎直方向上的移動(dòng)距離可以通過(guò)控制孔與孔之間的距離

13、、控制夾子 拉伸的最大角度、控制夾持器長(zhǎng)桿本身的長(zhǎng)度3種方式來(lái)調(diào)整。 (a)連桿部分 (b)夾持部分 圖3-4夾持器示意圖［⑶ 纜繩部分由左右兩個(gè)完全一樣的纜繩組成，其中的小圓柱孔與夾持器 配合用來(lái)固定清洗機(jī)構(gòu)的同時(shí)，也能控制機(jī)構(gòu)下落的速度。夾緊時(shí)如上圖 3-4,兩個(gè)夾子分別夾住編號(hào)為1和5的孔如圖3-5,設(shè)計(jì)手柄1同時(shí)控制 上面的1號(hào)夾子松緊，手柄2同時(shí)控制下面的2號(hào)夾子的松緊，又設(shè)計(jì)了 固定長(zhǎng)度的固定桿，所以?shī)A子張開的最大長(zhǎng)度為孔1到孔5的距離 固纜繩上的移動(dòng)由手柄1和2控制，在此刻狀態(tài)，松開手柄1,夾子1 打開并下落，在孔4處因?yàn)閵A子2的阻擋，停在孔4位置并夾緊

14、手柄1和 夾子1,然后松開手柄2,夾子2打開并下落，固定桿打開最大角度，夾子 2在孔8處停止，夾緊手柄2和夾子2,完成1個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。 因?yàn)楸疚囊?jì)算出各種臨界值，所以此時(shí)為夾持器的連桿部分張開的 最大值，此時(shí)的一次性位移最大量為93.75mm。 圖3-5纜繩上孔的位置 3.3清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.3.1運(yùn)動(dòng)選型 運(yùn)動(dòng)方面選用齒輪齒條傳動(dòng)，這樣能夠更加精準(zhǔn)的控制清潔機(jī)器人在 水平方向上的移動(dòng)距離，這樣就能讓清潔機(jī)器人每次都能正好碰到兩側(cè)設(shè) 置的碰撞桿，完成換向操作，同時(shí)采用硬質(zhì)塑料作底板，進(jìn)一步減輕機(jī)器 人的重量。采用了4個(gè)從動(dòng)輪組成的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，讓機(jī)器人在

15、移動(dòng)時(shí)更加穩(wěn) 定。 運(yùn)動(dòng)原理見圖3-6,電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主動(dòng)輪1也做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)輪1與從動(dòng)輪2嚙合，帶動(dòng)從動(dòng)輪2作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，給整個(gè) 機(jī)器人一個(gè)向左運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，其他從動(dòng)輪均作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。等機(jī)器人運(yùn)動(dòng) 到最右端時(shí)，因?yàn)榕鲎矖U的作用使得電動(dòng)機(jī)向左移動(dòng)同時(shí)單片機(jī)發(fā)生作用 使得電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，即電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)主動(dòng)輪1與從動(dòng)輪3嚙合， 帶動(dòng)從動(dòng)輪3作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，給整個(gè)機(jī)器人一個(gè)向左運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，其他從 動(dòng)輪均作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，等到機(jī)器人到達(dá)最左端時(shí)重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)，完成一次 水平運(yùn)動(dòng)周期。 圖3-6齒輪1、2嚙合示意圖 3.3.2電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 在計(jì)算提

16、供機(jī)器人運(yùn)動(dòng)達(dá)到設(shè)計(jì)速度能量的電動(dòng)機(jī)時(shí)，不僅需要考慮 摩擦力作阻力的情況，還要考慮遇到大風(fēng)時(shí)的情況。接下來(lái)計(jì)算機(jī)器人既 受到摩擦又受到允許工作的最大風(fēng)力時(shí)穩(wěn)定工作所需要的電動(dòng)機(jī)的功率， 根據(jù)公式： Pxn = FxV + Fmax (3-1) n = Hi x nlx ns (3-2) F = Ring (3-3) Fmax = S X S最大投影'⑷ (3-4) 式中P為設(shè)計(jì)所需的功率，q為設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的總效率，化為滾動(dòng)軸承(每 對(duì))的效率，*為齒輪間的傳動(dòng)效率，聽為齒輪聯(lián)軸器的效率，P為滾動(dòng)摩 擦系數(shù)，Pmax^最大風(fēng)載荷，3/c為風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)與查表可 以得

17、知：滾動(dòng)軸承(每對(duì))的效率為0.98,齒輪間的傳動(dòng)效率為0.95,齒 輪聯(lián)軸器的效率為0.99, 45號(hào)鋼與45號(hào)鋼之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.15,移 動(dòng)速度為0.1m/s,機(jī)器人的最大質(zhì)量為15kg,?？诘貐^(qū)10年的風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn) 值為0.45kN/n?,所設(shè)計(jì)機(jī)器人的最大投影取過(guò)式 (3-1)(3-2)(3-3)(3-4)可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率約為9w,根據(jù)計(jì)算結(jié)果，本文 決定選擇型號(hào)為DS-25RS370的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表3-1所示。 摘要 隨著城市的發(fā)展，各式各樣的建筑層出不窮，玻璃幕墻也應(yīng)運(yùn)而生。 它帶給人們新潮時(shí)尚的同時(shí)，也帶來(lái)了難以清潔的污垢。安全永遠(yuǎn)是我們

18、 所最需要考慮的因素，以現(xiàn)有的清潔模式，大多數(shù)公司選擇使用人工的“蜘 蛛人”模式，即由升降臺(tái)或者吊籃載著清潔人員進(jìn)行工作⑴。但是這種工 作模式有著很嚴(yán)重的安全問(wèn)題，同時(shí)人工也無(wú)法保證速度和清理效果，并 且隨著清潔層數(shù)的增加，工人的費(fèi)用與清潔的難度也隨之增加。 為了解決這樣一個(gè)人工難的困境，科學(xué)家們想到利用機(jī)器人來(lái)代替人 工。技術(shù)的發(fā)展，使得一些機(jī)器人己經(jīng)能夠登上社會(huì)的大舞臺(tái)。但同時(shí)， 在現(xiàn)有的技術(shù)下，清潔機(jī)器人還是不能完全取代“蜘蛛人”占據(jù)全部的幕 墻清潔市場(chǎng)，因?yàn)樗嬖谥荒莒`活處理問(wèn)題、不能在所有的墻面進(jìn)行清 潔等等問(wèn)題。 本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有玻璃幕墻清潔機(jī)器人進(jìn)行分析，以及

19、在對(duì)國(guó)內(nèi)外的相 關(guān)文獻(xiàn)現(xiàn)狀分析、總結(jié)下，對(duì)高空玻璃幕墻清潔機(jī)器人進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)： （1） 在吸附方式上選擇了有別于傳統(tǒng)吸附方式的纜繩式，這使得機(jī)器 人能夠通過(guò)纜繩中的直流電線補(bǔ)充電能，而不是依靠在機(jī)器人體內(nèi)安裝蓄 電池來(lái)充電。 （2） 在清理方式上選擇刷頭式，通過(guò)刷頭的旋轉(zhuǎn)加上機(jī)器人的移動(dòng)來(lái) 更好地達(dá)到清理的目的。 （3） 在移動(dòng)方式上選擇齒輪齒條傳動(dòng)，這就能讓機(jī)器人能夠更加精確 高效地移動(dòng)。 最后在PRO/E上進(jìn)行建模，描繪出其整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)與優(yōu)化了關(guān)鍵部 件，最后構(gòu)建了較為理想的模型。 關(guān)鍵詞：纜繩式；刷頭；輪式；自動(dòng)化控制；改進(jìn) 表3-1 DS-25RS370

20、型電動(dòng)機(jī)參數(shù) 型號(hào) 電壓（v） 功率（w） 重量（kg） 轉(zhuǎn)速（r/min） 輸出力矩（N?m） DS-25RS370 24 10 0.3 30 1.6 33.3齒輪的相關(guān)計(jì)算 （一）選取齒輪類型、精度等級(jí)、材料并假設(shè)可能的齒數(shù) ① 根據(jù)設(shè)計(jì)所需，選擇直齒輪 ② 清潔機(jī)器人屬于一般機(jī)械，速度不高，故而選擇7級(jí)精度 ③ 根據(jù)附件1選擇相關(guān)材料：小齒輪材料選擇40Cr,熱處理方式為調(diào) 質(zhì)處理，齒面硬度取為280HBS；大齒輪材料選擇45號(hào)鋼，熱處理方式為 調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度取為240HBS。 假設(shè)所設(shè)計(jì)的小齒輪的齒數(shù)：* = 20,則大齒輪的齒數(shù)為Z2

21、= ux Z[ = 1.5 x 20 = 30 （二）齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算 公式為：dlt > 2.32了蕓號(hào)?（器）2 ①確定公式中的各項(xiàng)數(shù)值： （1） 試選載荷系數(shù)Kt = 1.3 （2） 根據(jù)附件2的數(shù)據(jù)選擇齒寬系數(shù)?d = 0.5 （3） 小齒輪轉(zhuǎn)矩&的計(jì)算 ,P ￡ 10一2 = 9.55 x 106 X —= 9.55 x 106 x —— = 3183.3/V ? mm 1 Th 30 （4） 根據(jù)附件3的數(shù)據(jù)選擇彈性影響系數(shù)％ = 189.8VM （5）根據(jù)附件4的數(shù)據(jù)，按齒面硬度查得接觸疲勞極限 °Hiimi = 600Mpa aHiim2 = 550M

22、Pa （6）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的計(jì)算: Ni = GOnJLh = 60 x 30 x 2 x (12 x 300 x 10) = 1.296 x 108 1.296 x IO8 L5 =8.64 x 107 (7) 根據(jù)附件5的數(shù)據(jù)查得接觸疲勞壽命系數(shù) Khni = °?95 Khn2 = 1 (8) 接觸疲勞許用應(yīng)力的計(jì)算，取失效率為1%,安全系數(shù)S = 1 600 X 0.95 [bQi = ； = MPa = 590MPCZ -r 550 X 1 [aH]2 = j = —-—MPa = SSOMPa ②計(jì)算 (1) 試計(jì)算出小齒輪

23、分度圓直徑d",帶入［。帛中較小值 du > 2.32 KtL u±l =2.32 x 1.3 X 3183.3 2.5 05 X L5X 189.8 550 2 =27.37mm 計(jì)算圓周速度V 〃 x 27.37 x 30 v = = = 0.043m/s 60 x 1000 60 x 1000 / (3) (4) 計(jì)算齒寬 b = (pddti = 0.5 x 27.37mm = 13.685mm 計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) mt = — = ^^-mm = 1.3685mm 20 齒高h(yuǎn) = 2.25mt

24、 = 2.25 x 1.3685mm = 3.079mm 則？ = 11685 = 444 h 3.079 (5) 計(jì)算載荷系數(shù) (a) 根據(jù)附件6的數(shù)據(jù)查得使用系數(shù)匕=1 (b) 已知v = 0.043m/s, 7級(jí)精度，根據(jù)圖3-13可以得出動(dòng)載荷系數(shù) Kv = 1.05 (c) 根據(jù)附件7的數(shù)據(jù)查得，對(duì)直齒輪，齒間載荷分配系數(shù)KHa = Kfci =] （d）由= 4.44,根據(jù)表11的數(shù)據(jù)查得接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載 tl 荷分布系數(shù)臨# = 1.122,根據(jù)表12的數(shù)據(jù)查得彎曲強(qiáng)度計(jì)算用的齒向載 荷分布系數(shù)Kfa = 1.09 故載荷系數(shù)K = KAKv

25、KHpKHa = 1 x 1.05 x 1.122 x 1 = 1.1781 ￥=2737 x 1.1781 ———mm = 26.49mm （6）校正分度圓直徑 3 由—dtl （7）計(jì)算模數(shù) 模數(shù)m =言滂mm = L32mm （三）按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)式m2 如 ①確定公式中的各項(xiàng)數(shù)值: （1） 根據(jù)附件8的數(shù)據(jù)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限aFlim.= 500MPa,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。叫相=380MPa （2） 根據(jù)附件9的數(shù)據(jù)查得彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfn1 = 0.95 Kfn2 = 0.98 （3） 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力

26、。F，取彎曲疲勞安全系數(shù)s = 1.4 ^Plirnl^FNl 500 X 0.95 ［如］1 = " ； Ni =—— _MPa = 339.29MFQ r i ^Flim2^FN2 380 X 0.98 ［（7f］2 = = — MPa = 266MPa S 1.4 （4） 計(jì)算載荷系數(shù) K = KAKvKFpKFa = 1 x 1.05 x 1.09 x 1 = 1.1445 (5) (6) 根據(jù)附件10的數(shù)據(jù)查得齒形系數(shù)Xal = 2.52 Sa2 = 2.34 根據(jù)附件11的數(shù)據(jù)查得修正系數(shù)％qi = 1.48 &2 = 1-88 計(jì)算比較大、小齒輪的甲咨

27、 YFalYSal 2.52 x 1.48 -=0.0109 339.29 ［由1  YFa2YSa2 2.34 x 1.88 ；】=—總—=0.0165 266 ②設(shè)計(jì)計(jì)算 大齒輪的號(hào)斜值比較大 x 0.0165mm = 0.844mm （四）結(jié)果分析： 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) （即采用前者不會(huì)發(fā)生彎曲疲勞失效）O而齒面接觸疲勞強(qiáng)度主要決定于齒 輪的直徑，因此可在直徑不變的情況下，增加齒數(shù)，降低模數(shù)。采用由彎 曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得出的模數(shù)0.844并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值按接觸強(qiáng)度算 得的分度圓直徑由=26.49mm,算出小齒輪齒數(shù)

28、:Z】=奪=芋"8。大 齒輪齒數(shù)：Z2 = uZi = 1.5 x 28 = 42。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了 齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并使結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪 費(fèi)。 （5）幾何尺寸計(jì)算： ①分度圓直徑di = mZ1 = 1 x 28mm = 28mm, d2 = mZ2 = 1 x 42mm = 42mm ② 中心距a =（W）=（28+42）— ^mm 2 2 ③ 齒寬b = 枷婦=x 28mm = 14mm 3.3.4運(yùn)動(dòng)原理與路線 確定了機(jī)器人的吸附與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出機(jī)器人的清理運(yùn)動(dòng)路線如圖 3-7。機(jī)器人按照123456的順序移動(dòng)，開始工

29、作時(shí)處于a點(diǎn)，開始工作， 機(jī)器人沿水平方向向右移動(dòng)到al點(diǎn)，完成半個(gè)清理周期，然后沿原來(lái)的路 線返回到a點(diǎn)，機(jī)器人向下豎直移動(dòng)到b點(diǎn)，完成一個(gè)清理周期，然后重 復(fù)上述兩端水平運(yùn)動(dòng)到達(dá)bl點(diǎn)再返回b點(diǎn)，再向下運(yùn)動(dòng)到c點(diǎn)，完成兩個(gè) 清理周期。 a 1 ' a1 3 2 — I b b1 6 5 — I c 1 圖3-7運(yùn)動(dòng)路線 3.4清潔機(jī)器人換向裝置的設(shè)計(jì) 換向裝置采用機(jī)械加單片機(jī)的形式。設(shè)置碰撞桿，其中主動(dòng)輪是可以 移動(dòng)的，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的移動(dòng)來(lái)控制機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，此時(shí)機(jī)構(gòu)在最左端如 圖3-8a,電動(dòng)機(jī)I逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)并在左板上桿的作用下移動(dòng)到其能移動(dòng)的最 右端

30、如圖3-8b,電動(dòng)機(jī)上的主動(dòng)輪I號(hào)與從動(dòng)輪2號(hào)連接如圖3-8c,使得 機(jī)構(gòu)向右移動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人完成半次清理，到達(dá)運(yùn)行最遠(yuǎn)處時(shí)右板上桿會(huì)使 電動(dòng)機(jī)向左移動(dòng)如圖3-8d同時(shí)單片機(jī)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)主 動(dòng)輪1號(hào)與從動(dòng)輪3號(hào)連接如圖，使得整個(gè)機(jī)構(gòu)向左移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的換 向。當(dāng)機(jī)構(gòu)再次移動(dòng)到最左端時(shí)，左板上的桿會(huì)再次將電動(dòng)機(jī)移動(dòng)到最右 端同時(shí)單片機(jī)再次使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，完成一個(gè)周期并開始下一 個(gè)周期。由此來(lái)控制整個(gè)機(jī)器人的換向。（如圖3-8abcd） （a）機(jī)構(gòu)在最左端時(shí)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài) （b）電動(dòng)機(jī)移動(dòng)到最右端 (c)齒輪1與2連接 圖3-8換向機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程 (

31、d)機(jī)構(gòu)在最右端的狀態(tài) 本文選擇采用設(shè)置碰撞桿加單片機(jī)的換向裝置而不直接使用單片機(jī)換 向，這是因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，突然反向可能會(huì)損壞齒輪， 減少機(jī)器人的使用壽命，而設(shè)置碰撞桿，可以使齒輪有一個(gè)從轉(zhuǎn)動(dòng)到停止 到再轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程，減少齒輪的磨損，增加機(jī)器人的壽命。 在此處設(shè)置了一個(gè)防滑扣的設(shè)計(jì)。圖3-9ab為電動(dòng)機(jī)的防滑扣。這使 得供機(jī)器人移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定的在板子上工作，同時(shí)因?yàn)橛蟹阑鄣? 存在，在清潔機(jī)器人移動(dòng)到左右兩側(cè)并碰到碰撞桿使，能夠讓電動(dòng)機(jī)在小 槽中移動(dòng)，不偏離它的方向。 (a)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖

32、器人清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 清潔系統(tǒng)由凸輪式旋轉(zhuǎn)刷頭、清潔試劑與電動(dòng)機(jī)組成。 3.5.1清潔工作原理 首先，使用清洗液將待清洗玻璃幕墻潤(rùn)濕，在機(jī)械力和清洗液的綜合作 用下將污物分離;其次，經(jīng)清洗液的沖洗和玻璃幕墻壁面上殘留液滴的去除,實(shí)現(xiàn)玻璃幕墻的潔凈I成。刷頭緊貼著玻璃幕墻作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)在機(jī)器人 的移動(dòng)下作水平移動(dòng). 3.5.2清潔部分刷頭的設(shè)計(jì) 刷洗方式町分為滾筒刷洗式、渦旋刷洗式、移動(dòng)刷洗式3種。滾筒刷 洗式和移動(dòng)刷洗式機(jī)械結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，并且尺寸以及重量不適合小型清洗 機(jī)器人3】，故而本文旋轉(zhuǎn)渦旋刷洗式。 清洗方式為普通的刷頭式，由刷頭、清潔液出口和干燥布組成。清潔 液

33、以固定速率流入刷頭，刷頭由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行清潔，最后隨著機(jī)器 人的左右移動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器人兩端的干燥布將清洗部分的水漬清理干凈。這種 清潔方式適用于普通的光滑平面，面對(duì)不規(guī)則平面和不光滑平面可以將清 洗方式變?yōu)樾D(zhuǎn)式。 特意設(shè)置的刷頭連桿結(jié)構(gòu)如圖3-1(),使得刷頭能夠適應(yīng)有不大于20° 斜度的玻璃幕墻。在刷頭旁邊能夠噴出清潔試劑來(lái)輔助刷頭。 整個(gè)清潔的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是刷頭的平移加上刷頭自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種方式在 一定程度上有著比滾筒式I⑺的清潔方式如圖3-11更大的清潔力度，因?yàn)樗? 頭是對(duì)面進(jìn)行清理而滾筒式是對(duì)線進(jìn)行清理。同時(shí)因?yàn)樗㈩^與清潔機(jī)器人 的運(yùn)動(dòng)裝置各擁有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，也就是說(shuō)

34、機(jī)器人的換向不會(huì)影響刷頭的換 向，刷頭會(huì)一直沿著一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，這樣也能更大程度的保護(hù)玻璃幕墻， 減少玻璃幕墻被刷頭上因清理而殘留的臟東西磨花的風(fēng)險(xiǎn)。要使刷頭能夠 完全刷滿整個(gè)玻璃幕墻，刷頭的直徑應(yīng)大于等于機(jī)器人豎直方向上的最大 位移量，為防止因風(fēng)吹等不可控因素造成機(jī)器人無(wú)法清理整個(gè)壁面，所以刷頭的直徑應(yīng)略大于豎直方向上的最大位移量，故在本文中，刷頭的直徑 取 100mm。 圖3-11滾筒式清理方式 因?yàn)榭紤]到清潔機(jī)器人自身的質(zhì)量不能太大，所以本文并未在清潔機(jī) 器人的主體部分設(shè)置污水回收裝置，所以在不損傷玻璃幕墻的同時(shí)，刷頭 應(yīng)盡量選擇較硬的材質(zhì)，這樣容易將幕墻上比較頑固

35、的污漬清理下來(lái)而不 過(guò)分依賴于清潔試劑。 3.5.3清潔部分電動(dòng)機(jī)的選擇要求 因?yàn)樵诒疚牡脑O(shè)計(jì)中將清潔所需的電動(dòng)機(jī)和運(yùn)動(dòng)所需的電動(dòng)機(jī)分開來(lái), 所以在電動(dòng)機(jī)的選擇上有這不同的要求。本文通過(guò)控制輔助移動(dòng)體處夾持 器與玻璃幕墻之間的距離來(lái)控制刷頭與玻璃幕墻之間的作用力的大小。為 了不損壞玻璃幕墻，本文中取刷頭與玻璃幕墻之間的作用力為15N,己知 “ =0.4,機(jī)器人的最大重量為15kg,故根據(jù)公式可以得出fmax = 6No由 此推斷出電動(dòng)機(jī)的輸出力矩為0.6N?m,故而在滿足電動(dòng)機(jī)的輸出力矩大于 0.6 N-m的前提R盡量選擇較小較輕的電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樗㈩^所需的電動(dòng)機(jī)不 需要它移動(dòng)

36、，只需要它能固定在一個(gè)位置，所以設(shè)計(jì)出來(lái)的固定件如圖3-12 所示。這樣就能固定電動(dòng)機(jī)減少電動(dòng)機(jī)的移動(dòng)。 圖3-12電動(dòng)機(jī)的固定板 3.6清潔機(jī)器人單片機(jī)的控制方式 根據(jù)本文設(shè)計(jì)，使用單片機(jī)加碰撞桿的設(shè)計(jì)來(lái)使得機(jī)器人完成換向的 指令，單片機(jī)的控制方式如圖3-130通過(guò)設(shè)置單片機(jī)來(lái)保證機(jī)器人能夠獨(dú) 立完成清理工作。 圖3-13單片機(jī)控制方式 此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了控制部分，減少了機(jī)器人的制造成本，同時(shí)纜繩設(shè)計(jì)和 能自由更換清潔方式的設(shè)計(jì)也能讓機(jī)器人適應(yīng)于更多的場(chǎng)合。同時(shí)單片機(jī) 本來(lái)就有簡(jiǎn)單、便宜的優(yōu)點(diǎn)，更能進(jìn)一步節(jié)省設(shè)計(jì)成本與使用成本。 3.7本章小結(jié) 幕墻清潔機(jī)器人

37、由清洗裝置、吸附裝置、移動(dòng)裝置和控制裝置四個(gè)部 分組成，但是控制裝置并不是必須的部分，機(jī)器人可以通過(guò)設(shè)計(jì)合理的機(jī) 構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的換向和移動(dòng)以達(dá)到控制的作用。在本文中，采用的設(shè)計(jì)是： 清洗方式一一刷頭式、吸附裝置一一纜繩式、移動(dòng)裝置一一輪式、控制裝 置——人工加機(jī)械加單片機(jī)。 4.結(jié)論 4.1研究的結(jié)論 隨著國(guó)內(nèi)智能清潔機(jī)器人市場(chǎng)的發(fā)展，相比國(guó)外成熟的市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市 場(chǎng)前景更廣闊，而且在關(guān)鍵技術(shù)上，國(guó)內(nèi)企業(yè)也在快速趕上。通過(guò)分析智能 清潔機(jī)器人發(fā)展，為相關(guān)企業(yè)做技術(shù)研發(fā)方向提供服務(wù)，對(duì)于提高我國(guó)智能 清潔機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平，以及提升我國(guó)在國(guó)際智能清潔機(jī)器人市 場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)

38、力有著積極的意義"阡在有市場(chǎng)需求的今天，去改進(jìn)去研發(fā)能適應(yīng) 市場(chǎng)的清潔機(jī)器人是我們的目標(biāo)。這個(gè)目標(biāo)并不容易實(shí)現(xiàn)，但我們?nèi)孕枧? 力。 根據(jù)設(shè)想，設(shè)計(jì)出一款能適用于小型清理的高空幕墻清潔機(jī)器人，它 能在有開窗的建筑或是上面有空地的建筑上使用。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì) 清潔機(jī)器人的吸附、清洗、移動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)認(rèn)真的分析與研究，根據(jù) 清潔機(jī)器人所工作的高空玻璃幕墻這個(gè)工作環(huán)境得出設(shè)計(jì)出的清潔機(jī)器人 的種種參數(shù)，并為了使其適應(yīng)所假設(shè)的使用環(huán)境，做出大量的設(shè)想，在種 種設(shè)想中得出最合適的方案。在得出設(shè)想之后，運(yùn)用CAD和PRO/E軟件 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行繪制，最后得出的結(jié)論如下： （1） 吸附方

39、式選用的是纜繩式，通過(guò)控制機(jī)器人兩端的夾子來(lái)控制機(jī) 器人豎直方向上的移動(dòng)，水平方向上的移動(dòng)則是通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪齒條 傳動(dòng)，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)整個(gè)清潔機(jī)器人水平方向上移動(dòng)。 （2） 另外安裝了第二個(gè)電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刷頭進(jìn)行清理工作，機(jī) 器人移動(dòng)的同時(shí)，容器中的清洗試劑會(huì)在慣性的作用下從刷頭兩側(cè)的孔洞 被甩到需要清理的玻璃幕墻上。 （3） 整個(gè)過(guò)程中，因?yàn)?個(gè)輔助移動(dòng)體控制纜繩與玻璃幕墻之間的距 離的作用，使得機(jī)器人始終受一個(gè)偏向玻璃幕墻的力，這也就讓刷頭能一 直緊貼著玻璃幕墻工作，而刷頭上的球型關(guān)節(jié)能使之適應(yīng)有斜度的玻璃幕 墻。 Abstract With the

40、development of the city, a variety of buildings emerge in an endless stream. Therefore the glass curtain wall emerges as the times require. It not only brings people new fashion, but also brings dirt which is hard to clean. Safety is always the most important factor we need to consider. With the

41、 existing cleaning model, most companies choose to use the artificial "spider man" mode, that is, the lifter or the basket carries the cleaning staff to work. But this working mode has serious safety problems. Meanwhile, it can't ensure the cleaning speed and effect. As the number of cleaning lay

42、ers increases, the cost of workers and the difficulty of cleaning increase as well. In order to solve such an artificial dilemma, scientists have thought of using robots instead of labor. The development of technology has enabled some robots to be on the big stage of society. However, under the

43、existing technology, the cleaning robot can't completely replace the "spider man" to occupy the entire curtain wall cleaning market, because it has the problems of not being able to handle the problem ilexibly, not cleaning all the walls etc. This article analyzes the existing glass curtain wall

44、 cleaning robots, and analyzes and summarizes the relevant literatures at home and abroad. Design related to high-altitude glass curtain wall cleaning robot: (1) In the adsorption mode, a cable type different from the traditional adsorption mode is selected, which enables the robot to replenish

45、electric energy through the direct current in the cable instead of charging by installing a battery in the robot body. (2) Select the brush head type in the cleaning method, and achieve the purpose of cleaning by the rotation of the brush head and the movement of the robot;. (3) Selecting the

46、rack and pinion drive in the mobile mode allows the robot to move more accurately and efficiently. (4) 而換向系統(tǒng)則是使用的機(jī)械加單片機(jī)的方式，在機(jī)器人到達(dá)兩端 時(shí)，兩端的碰撞桿會(huì)擠壓移動(dòng)所需的電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)發(fā)生位置的同時(shí)， 單片機(jī)會(huì)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，從動(dòng)輪與主動(dòng)輪也發(fā)生改變，從而達(dá)到機(jī)械換向 的目的。 4.2改進(jìn) 雖然高空玻璃幕墻的清潔機(jī)器人能夠提供更好的服務(wù)，但是由于此機(jī) 械為初次設(shè)計(jì)，在很多方面都有很有不足，有很多的問(wèn)題需要進(jìn)一步的討 論研究并改進(jìn)，主要有： (1)

47、受纜繩的影響，機(jī)器人不能脫離纜繩的長(zhǎng)度與范圍進(jìn)行清理，能 不能改進(jìn)吸附方式，使之在具有纜繩安全并可傳遞電能的同時(shí)也能脫離纜 繩的束縛，進(jìn)行更加自由的清理。 (2) 本文中清理污漬使用的是物理的刷頭加上化學(xué)的試劑，是否有更 加高效并且自然的方式來(lái)清理這些垃圾。 (3) 怎么樣才能讓機(jī)器人適應(yīng)更多的清潔環(huán)境，例如不規(guī)則的玻璃幕 墻或是有孤度的玻璃幕墻。 這些問(wèn)題有的可以通過(guò)更改清洗工具、清洗方式；提高清潔劑的濃度、 種類來(lái)實(shí)現(xiàn)，而有些只能寄希望于科技的進(jìn)-步改進(jìn)了。 致謝 在老師和同學(xué)的幫助下，在幾個(gè)月的努力下，在指導(dǎo)老師袁磊老師的 親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成了這篇論文高空玻璃

48、幕墻的清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì), 老師以淵博的知識(shí)，風(fēng)趣的談吐，啟發(fā)著我的思維，讓我找到一個(gè)又一個(gè) 設(shè)想的方案。在我遇到困難的時(shí)候也要感謝我的導(dǎo)師和朋友，是他們幫助 我，讓我克服種種困難，堅(jiān)定自己的內(nèi)心，讓我能從論文中獲得難得的寧 靜。 參考文獻(xiàn) |1]唐雯珍.玻璃幕墻清潔機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及作業(yè)過(guò)程研究[D].東南大學(xué),2017. [2] 徐殿國(guó)，王衛(wèi)，楊宏.日本壁面移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展概況及我們的幾點(diǎn)建議[J]. 機(jī)器人，1989(04):53-58. [3] Raj VishaaL Raghavan P, Rajesh R. Design of Dual Purpose Clea

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51、.哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017： 15 [13J吳俊飛，韓云飛，李國(guó)棟.自攀爬式玻璃幕墻清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制 造,2018,56(05):11-15. [14] 倪偉，吳英濤,趙曉賀.玻璃幕墻清洗機(jī)器人清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].南方農(nóng)機(jī),2017, 48(16):40. [15] 張子博，劉榮，楊慧軒.用于玻璃幕墻清洗的爬壁機(jī)器人的研制[J].自動(dòng)化與儀表， 2016,31(05):6-9+28. [161程勝,魯京立，王魯單.壁面清洗機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J|. 機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2013(03):27-29. [171李云鶴，武善玉.基于ISP的簡(jiǎn)約型51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板

52、的設(shè)計(jì)[J]. 微計(jì)算機(jī)信息，2008, 24(14):95-97. [18]褥銅，趙晨.智能清潔機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r淺析|J].中國(guó)設(shè)備工程,2018(04): 146-147. 附件 附件I常用齒輪材料及其力學(xué)性能 [ ?>0-|常用齒輪材輯及算力學(xué)性修 炫處理萬(wàn)法 強(qiáng)度極限 MKftK "，/MP由 塊度 齒芯部 (HBS) 齒面 HI250 250 170-241 HT300 300 —-“ -? —— 187 -255 Hi'35O 350 197 -269 Q 1*500 -5 500

53、 147-241 QT600 _2 ?；? 600 229-302 ZC3I0 -570 580 320 156 -217 ZG34O-64O 650 ■? 350 IW-229 45 58。 290 J62 -217 ZG340 - 640 ■■ ■ 700 380 241 -269 45 650 360 217 -255 30CrMnS? 35SiMn 1 100 1 900 310-360 750 450 217-269 38SiMnM。 700 550 217-269 40Cr

54、700 500 241 ~286 45 謝質(zhì)后表面沸火 217-255 40 - 50 HRC 40Cr ■ , 241 -286 48 -55 KKC 20Cr 潘碳后粹火 650 400 300 58 -62 HRC 20(；rMnTi ■ ] 1 100 850 !2Cr2N?4 1 100 850 *——■ , — 320 20Cr2Ni4 1 200 1 100 350 35CrAiA 調(diào)質(zhì)后忽化(氤化層牛 6A0. 3 .0. 5 mm) 950 7S0 255 -321 >850

55、 HV MCrMoAlA 1 000 850 夾布w膠 100 25-35 住:40Cr tK4lll 40MaB A 40MnVB ?代札 200、ZOCrIUTi IMMJB 2OMn2B tf20MnVB?f代此， 附件2齒寬系數(shù) * 10-7圖柱齒輪的齒竟系敷如 裝置狀況j的支痕相對(duì)于小齒輪作對(duì)林布冒|兩支承相時(shí)f小齒輪件不對(duì)爵布時(shí) 小齒輪作域新布？t ""0.9-1.4(1.2~1.9) | 0.7-1.15(1.1-165) [ 0.4-0.6 住〔①大、小少他作為硬齒面時(shí)，4-4 &皆為收齒*?戒仗大街愴為軟齒面酎.市取&中偏匕限的 AM.

56、 ②成號(hào)內(nèi)的Jftfft用于人字坂輪，此時(shí)&為人字齒花的忌寰廈? ?金廈切削機(jī)床的齒輪傳如源傳il的功床不大時(shí).如仃小到。2. ④布金K齒輪可歇帽=0.S-L2- 附件3彈性影響系數(shù) 附件4接觸疲勞極限 ?00 200 "— HBS 雄墨傳跳 黑色可1R鑄佚 (■)慎峽材料的 200 HBS 600 /ME ML-MQ HBS 正大處踱的陸構(gòu)供 正大姓理的骨01 ?止大灶岸的球蜘"蜘心 俗金鑰調(diào)版 ?*** 合舍傳銷,成 (d)?H?ttWW 的。K>S

57、 附件6使用系數(shù) 10-2 所列的 4 UU'JSV 原動(dòng)機(jī) 多iff內(nèi)處機(jī) 工作機(jī)器 就荷狀態(tài) 蒸汽機(jī)、燃?xì)廨? 機(jī)液所裝置 電動(dòng)機(jī)、均勻運(yùn) 轉(zhuǎn)的蒸汽機(jī)、 燃y輪機(jī) 2。.2使用系m 均勻平檢 發(fā)電機(jī)、均勻仞送的帶式輸 送機(jī)或板式感送機(jī)'螺能輸送 機(jī)、較質(zhì)升降機(jī).包裝機(jī)、帆 床近稔機(jī)何、通覘機(jī)、均勾密 度材料握拌機(jī)等 1.00 I. 10 1.25

58、 附件7齒間載荷分配系數(shù) 衰10-3齒何載荷分配系致X-、Kj >100 N/mm < 100 NZmm 精度警級(jí)U組 5 6 7 8 S城或更低 硬 ft . ? X齒輪 1.0 1. 1 1.2 ■ 1.2 斜齒輪 K、 J 10 、' 1-2 1.4 ^L4 fi 亢齒輪 …隹.一 .0 1.1 >L2 斜齒輪 J 1.0 u, 1.4 >1.4 At①如大，小拗輪崎度等f(wàn)ll不間時(shí)，?■???. ② ，!■.為齒網(wǎng)株觸破為營(yíng)衣計(jì)算

59、的荷分???? A,.為度計(jì)算的 ③ 也可用于萩雋俊和球！I曾快悔輪的汁算? 附件8彎曲疲勞強(qiáng)度極限 an 色可 tRHn. 阪憑被 正大處理的畛?! (a)Wtt材料的外? (b)正大燉取倒的。.】■ 200 ?咐就 —* **** 忠:第心一 (g5 的 S 附件9彎曲疲勞壽命系數(shù) 圖10-22彎曲疲勞壽命系數(shù)&”（* \ ＞恨時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在網(wǎng)紋區(qū)內(nèi)取值） 1 一調(diào)質(zhì)鋼；球愚鑄鐵（珠光體.貝氏體）；球光體可彼鑄怏；2—滲碳淬火的津碳鋼； 全少廓火焰或感應(yīng)沛火的鋼，球限務(wù)帙；3—澎氮的滲氤鋼；球牌鑄帙（帙素體）： 求蟋軼;結(jié)構(gòu)鋼；4一

60、笥碳共滲的源成鋼.滲碳鋼 附件10齒形系數(shù) 附件II修正系數(shù) ]0 15 20 30 50 100 400 Zv aa =20°. ht/mn =1.0, h(/mn = 1. 25 , p{/mn =0. 38 圖10 - 18外齒?輪應(yīng)力修正系數(shù)九 Finally the high-altitude glass curtain wall cleaning robots are designed and modeled on Pro/E. Its overall structure, design and optimization of key components

61、, and finally built an ideal model. Key words: cable; brush; wheeled; automation control; improve hi 目錄 摘要 I Abstract II 1. 緒論 1 1.1研究意義 1 1.2國(guó)內(nèi)外玻璃幕墻清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 1 1.3本課題研究現(xiàn)狀趨勢(shì)和意義 3 1.4研究?jī)?nèi)容和研究方法 4 1.4.1研究?jī)?nèi)容 4 1.4.2研究方法 4 2. 清潔機(jī)器人的總體方案 5 2.1清潔機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu) 5 2.2清潔機(jī)器人的選型 6 2.2.1移動(dòng)方式的選型 6 2.

62、2.2吸附方式的選型 7 2.2.3物理清洗方式的選型 8 3. 高空玻璃幕墻的清潔機(jī)器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3.1清潔機(jī)器人需要的參數(shù)要求 10 3.2清潔機(jī)器人吸附系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 3.3清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 3.3.1運(yùn)動(dòng)選型 13 3.3.2電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型 14 3.3.3齒輪的相關(guān)計(jì)算 15 3.3.4運(yùn)動(dòng)原理與路線 18 3.4清潔機(jī)器人換向裝置的設(shè)計(jì) 19 3.5清潔機(jī)器人清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 3.5.1清潔工作原理 20 3.5.2清潔部分刷頭的設(shè)計(jì) 21 3.5.3清潔部分電動(dòng)機(jī)的選擇要求 22 3.6清潔機(jī)器人單片機(jī)的設(shè)計(jì) 23

63、 3.7本章小結(jié) 23 4. 結(jié)論 24 4.1研究的結(jié)論 24 4.2改進(jìn) 25 致謝 26 參考文獻(xiàn) 27 1 .緒論 1.1研究意義 高空玻璃幕墻作為城市的形象，越來(lái)越廣泛的出現(xiàn)在了人們視野中。 人們?cè)谧⒁馄鋼躏L(fēng)、遮陽(yáng)等功能的同時(shí)也越發(fā)在意其衍生出來(lái)的美感，是 否干凈整潔就成了判定這座大樓是否能去的一個(gè)選擇因素。 根據(jù)2017年的數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)大約有25億平米的幕墻，每年新建幕 墻約為9(X)0萬(wàn)平方米，到2019年,我國(guó)的幕墻數(shù)量可能會(huì)達(dá)到27億平米， 若以3元/I平米的單價(jià)，一年一次的頻率進(jìn)行清理，則國(guó)內(nèi)幕墻清洗的規(guī) 模約在81億元。再加上不同地區(qū)不同

64、要求，以及每年新增幕墻數(shù)量，這個(gè) 規(guī)模只會(huì)越來(lái)越大。 而現(xiàn)在的問(wèn)題在于，傳統(tǒng)的“蜘蛛人”模式并不能適應(yīng)現(xiàn)在幕墻的發(fā) 展速度，越來(lái)越高的幕墻將會(huì)產(chǎn)生極大的安全問(wèn)題和隱患，同時(shí)在高空作 業(yè)時(shí)的精神緊繃也會(huì)使作業(yè)的“蜘蛛人”無(wú)法實(shí)現(xiàn)自己在平地或是低空時(shí) 的清潔速度，這不僅會(huì)造成工作時(shí)間的延長(zhǎng)，也會(huì)增加額外的清潔成本。 因此，本文設(shè)計(jì)了一款高空玻璃幕墻的清潔機(jī)器人用來(lái)完成高空的玻 璃幕墻的清潔工作。它能在保證安全的前提下進(jìn)行作業(yè)，以相對(duì)均勻的速 度完成工作。這不僅僅能更好的幫助人們預(yù)估出情節(jié)完成所需要的時(shí)間， 還能同時(shí)增加機(jī)器人數(shù)量來(lái)加快清理的速度。本方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制 方便、

65、操作容易等特點(diǎn)。 1.2國(guó)內(nèi)外玻璃幕墻清潔機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 (DEI本在上世紀(jì)60年代就率先開展了壁面移動(dòng)清潔機(jī)器人的研究， 更是在1996年就由大阪府立大學(xué)工學(xué)部的講師西高研制出了第一臺(tái)機(jī)器人 樣機(jī)，它使用風(fēng)扇進(jìn)氣一側(cè)產(chǎn)生的低壓空氣來(lái)產(chǎn)生負(fù)壓從而達(dá)到吸附作用。 在1975年，日本又制作了單吸盤模式的二號(hào)樣機(jī)，到1978年，一臺(tái)名為 Walker⑵的單吸盤式清潔機(jī)器人橫空出世如圖l-lo在日本進(jìn)行清潔機(jī)器人的同時(shí)，其它國(guó)家也開始了屬于自己的研究，例如：兩用清潔機(jī)器人⑶如 圖l-2(abc)、便攜式自主窗戶清潔機(jī)器人⑷如圖1-3。有的甚至已經(jīng)開始投 入市場(chǎng)，例如科沃斯公司研制的

66、窗寶擦窗機(jī)器人如圖1-4。 圖1-1 Walker機(jī)器人 圖1-2兩用清潔機(jī)器人 圖1-3便攜式清潔機(jī)器人 圖1-4窗寶機(jī)器人 (2)相對(duì)于外國(guó)，我國(guó)的清潔機(jī)器人研發(fā)起步可謂是很晚的，但在發(fā) 展勁頭上，我國(guó)卻有著后來(lái)居上的態(tài)勢(shì)。田靜眉提出了真空吸附式壁面清 洗機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)基本原則⑸，之后各種形勢(shì)的清潔機(jī)器人層出不窮， 例如：模塊化雙腔體負(fù)壓爬壁機(jī)器人、六足攀爬清洗機(jī)器人⑹如圖1-5、平 行四邊形雙車越障清潔機(jī)器人⑺如圖1-6.纜繩式機(jī)器人。同樣也有著推出 到市場(chǎng)的例子，如蘇州藍(lán)天潔士公司的三種型的清洗機(jī)器人㈤如圖1-7。但 這些都不能完全替代現(xiàn)在人工的“蜘蛛人”模式，清洗機(jī)器人仍有很大的 發(fā)展空間。 圖1-5六足攀爬清洗機(jī)器人 圖1-6平行四邊形雙車越障清潔機(jī)器人 圖1-7藍(lán)天潔士 1.3本課題研究現(xiàn)狀趨勢(shì)和意義 建筑作為城市的形象，必會(huì)在第一時(shí)間為人們所關(guān)注，而作為皮膚的 幕墻的干凈與否則直接決定了這個(gè)城市給他人的印象的好壞。隨著建筑層 數(shù)的增加，以純?nèi)斯?lái)清潔高空幕墻的可能性變得越來(lái)越小，為了解決這