分類號 TP242.2 單位代碼 密 級 學(xué) 號 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目爬壁清洗機器人的設(shè)計作 者院 (系)專業(yè)班級學(xué) 號指導(dǎo)教師答辯日期 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書題 目爬壁清洗機器人的設(shè)計題目來源教師自擬學(xué)生姓名學(xué) 號專業(yè)班級指導(dǎo)教師職 稱教 研 室畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)與要求本課題要求學(xué)生利用所學(xué)理論和專業(yè)知識，設(shè)計出一種爬壁清洗機器人的機構(gòu)。一、畢業(yè)論文應(yīng)完成的主要任務(wù)調(diào)研，查閱有關(guān)文獻資料，清楚爬壁清洗機器人的結(jié)構(gòu)；分析爬壁清洗機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；根據(jù)爬壁清洗機器人的基本原理，對爬壁清洗機器人進行構(gòu)思；進行爬壁清洗機器人的機構(gòu)設(shè)計；對爬壁清洗機器人繪制三維圖并驗證方案的可行性；根據(jù)主要任務(wù)詳細安排論文進度。二、畢業(yè)論文的基本要求、成果形式及工作量1、論文要求資料要充分、結(jié)構(gòu)要完整，論述要清晰；理論分析與計算正確，數(shù)據(jù)準確可靠；重要數(shù)據(jù)及應(yīng)用他人成果必須要有明確出處；格式要符合我校論文書寫規(guī)范；按時完成畢業(yè)論文各階段工作，不突襲，不抄襲；每周主動和老師溝通論文工作進度，探討設(shè)計內(nèi)容；形成論文書面周記、論文初稿和論文終稿。2、成果形式及工作量一份畢業(yè)論文；機械設(shè)計圖紙（至少零件圖和裝配圖一張A1或兩張A2）；2500字的相關(guān)外文資料翻譯。畢業(yè)論文（設(shè)計）工作進程2017.12.272017.1.15 查（借）閱資料，學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)理論和知識，選擇合理的方案并撰寫開題報告。2018.01.152018.01.29基本機構(gòu)設(shè)計完成2018.1.292018.4.15完整方案設(shè)計完成2018.4.152018.4.30 撰寫畢業(yè)論文2018.5.12018.5.13 論文定稿2018.5.142018.5.20 整理資料準備答辯指導(dǎo)教師（簽字） 畢業(yè)論文工作組組長（簽字） 學(xué)生（簽字） 畢業(yè)論文（設(shè)計）起止時間： 2017 年 12 月 27 日 至 2018 年 5 月 25 日 注：本表由指導(dǎo)教師填寫，于每學(xué)年第1學(xué)期18周，經(jīng)畢業(yè)論文工作組審批，隨畢業(yè)論文裝訂由學(xué)院存檔。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告論文（設(shè)計）題目爬壁清洗機器人的設(shè)計學(xué)生姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師 一、 研究目的及意義機器人是人類在當(dāng)今社會的一項偉大發(fā)明，是近代電子技術(shù)與傳統(tǒng)的機構(gòu)相融合的一項產(chǎn)物，是機構(gòu)學(xué)、計算機科學(xué)、控制論、傳感技術(shù)和信息科學(xué)等綜合性學(xué)科的高科技產(chǎn)物。它是一種高速運行、重復(fù)操作、仿人操作和精密度較高的自動化設(shè)備，機器人的出現(xiàn)和發(fā)展，不但使傳統(tǒng)的科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了根本性的變化，而且對當(dāng)今社會產(chǎn)生深遠的影響。機器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最迅速的高科技產(chǎn)業(yè)之一。機器人作為高科技領(lǐng)域的一項重要產(chǎn)物，將推動各國經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展。隨著城市現(xiàn)代化的發(fā)展，一棟棟高層建筑拔地而起，以玻璃面為代表的壁面結(jié)構(gòu)逐漸演繹成華麗的“城市外衣”，由此衍生出繁重的壁面清洗任務(wù)。此外，越來越奇特的建筑結(jié)構(gòu)使清洗的難度越來越大，甚至采用傳統(tǒng)的清洗方法已無能為力。然而，在社會文明高度發(fā)展的今天，人們對生命安全越來越重視，要求停止使用蜘蛛人的呼聲已不絕于耳，因此人們期待新的具有人性化的清洗方式出現(xiàn)。玻璃幕墻作為新型的墻體材料，可將建筑的功能性、節(jié)能屬性以及美學(xué)等各種因素有機統(tǒng)一在一起，近年來被廣泛采用。我國玻璃幕墻面積逾三十億平方米，每年新建玻璃幕墻逾千萬平方米，玻璃幕墻清潔服務(wù)的市場規(guī)模超過百億。并且，目前國內(nèi)很多城市通過了各種形式的行政管理規(guī)定，對各類不同建筑物外立面清潔提出了明確具體的規(guī)定，并制定了相關(guān)懲罰措施，從而極大促進了市場對高空幕墻清潔服務(wù)需求的提升。例如：如北京的五星級、四星級飯店的玻璃幕墻按規(guī)定每年至少要清洗4次。而北京有五星級飯店20余家，四星級飯店24家，三星級飯店126家，二星級飯店168家，作為北京市的窗口北京站，每年重大節(jié)假日都需要清洗，每次清潔費約20萬元。上海聯(lián)華大廈、北京天倫王朝飯店幕墻每次的清洗費用約12萬元。無疑，這將是一個龐大的潛在市場。而大部分玻璃幕墻采用人工清洗作業(yè)。這種清洗方法是靠升降平臺或吊繩懸掛由工人進行玻璃幕墻的清洗，作業(yè)方式簡單易行，單效率低且成本高，更重要的是高空環(huán)境惡劣易引發(fā)安全事故。隨著控制和機電技術(shù)的發(fā)展，壁面清洗機器人應(yīng)運而生。利用壁面清洗機器人作業(yè)，將人類從繁重、危險的高樓清洗工作中解放出來，并大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率，具有重要的經(jīng)濟意義和廣闊的應(yīng)用前景。玻璃幕墻爬壁清洗機器人的研制成功，將會實現(xiàn)清洗作業(yè)的自動化，給清洗業(yè)帶來一次新的革命清洗作業(yè)的自動化，給清洗業(yè)帶來一次新的革命。二、國內(nèi)外發(fā)展狀況1.國外發(fā)展趨勢爬壁清洗機器人廣泛應(yīng)用于維護、檢查、消防、救援、清洗、情報和國防領(lǐng)域等，必將為人類帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。各工業(yè)發(fā)達國家都投入大量人力物力，積極進行其理論和技術(shù)研究，如日本、美國、英國、俄羅斯、德國等國相繼研制出一些各具特色的爬壁移動機器人實驗樣機。世界上最早出現(xiàn)的單吸盤爬壁機器人是1966年日本大阪府立大學(xué)部的西亮教授成功制作的垂直壁面移動機器人的原理樣機，并且于1975年制作了以此實用化為目的的第二號樣機。1982年，日本宮崎大學(xué)的教授研制出了雙足爬壁機器人，通過兩條腿的交替吸附實現(xiàn)機器人在壁面上的移動，移動時通過腳底的傾斜與圓規(guī)腳開閉的適當(dāng)組合，可以翻越一定高度的臺階，進而再與腳腕的回轉(zhuǎn)相組合，實現(xiàn)多種壁面環(huán)境下的移動。1986年美國國際機器人公司研制出了用于清洗摩天大樓的爬壁機器人“SkyWasher”。英國南岸大學(xué)從八十年代以來，一直致力于爬壁機器人的研究。1994年研制出了多足真空吸附式爬壁機器人，該機器人有八條腿，類似巨型蜘蛛，研究者計劃用于搶險營救工作中。1996年，俄國機械科學(xué)家技術(shù)研究院研制成功了稱為WCR RVP-11型機器人，采用直角坐標型氣缸驅(qū)動。1998年，又研制成功了WCR RVP-21型機器人，能夠在兩個相互垂直的壁面之間跨越行走。1998年，德國Aalen商業(yè)技術(shù)學(xué)院研制成功了一種單履帶多吸盤的爬壁機器人。除了單吸盤式和多吸盤式爬壁機器人，還研制了其他爬壁機器人，比如：磁吸附爬壁機器人、飛行式爬壁機器人、繩索牽引式爬壁機器人、粘著劑吸附式爬壁機器人等。2.國內(nèi)發(fā)展趨勢相對國外，我國研究和開發(fā)機器人始于七十年代初期，國內(nèi)爬壁移動機器人研究起步較晚。1975年，在北京舉行的日本科技展覽會上，川崎重工業(yè)公司首先在中國展出了工業(yè)機器人，以此為起點，我國掀起了第一個研究機器人的浪潮。上海大學(xué)從1987年開始在上海市科委和國家863的支持下，率先從事爬壁機器人的研究。此后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位也相繼開展這方面的研究，目前以取得了階段性的成果。上海大學(xué)特種機器人技術(shù)應(yīng)用研究室先后研制了多層框架、多真空吸盤式爬壁機器人系列。哈爾濱工業(yè)大學(xué)先后研制了兩種類型的爬壁機器人，一種是單吸盤輪式驅(qū)動爬壁機器人，一種是磁吸附履帶式爬壁機器人。北京航空航天大學(xué)機器人研究所研制了壁虎系列爬壁機器人等。三、研究內(nèi)容本文研究的主要內(nèi)容如下：1） 爬壁清洗機器人的基本工作原理；2） 爬壁清洗機器人的爬壁系統(tǒng)設(shè)計，包括吸附系統(tǒng)和移動越障系統(tǒng)等；3） 爬壁清洗機器人的清洗作業(yè)系統(tǒng)設(shè)計，包括污水處理系統(tǒng)、滾刷系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)水循環(huán)回收系統(tǒng)、潔面系統(tǒng)等；4） 爬壁清洗機器人的CAD圖紙繪制。四、研究方案以及步驟經(jīng)分析、考量，該設(shè)計劃分為以下階段： 第一階段：1）查閱相關(guān)資料，整理出所需的信息； 2）明確設(shè)計要求，借鑒其他文章研究思路； 3）學(xué)習(xí)相關(guān)軟件及算法。第二階段：1）整理分析方案，進行演算操作； 2）初步確定方案，并對其可行性、操作性能進行分析并改進； 3）對改進后的計算方法演算，確定最終分析方案； 4）繪制一份完整的仿真圖。 第三階段：測試并分析實驗數(shù)據(jù)，進行改進并反思總結(jié)。五、論文提綱摘要第一章 緒論1.1 選題背景及意義1.2 爬壁清洗機器人概述1.3高樓清洗爬壁機器人存在的問題1.4 研究內(nèi)容1.5 本章小結(jié)第二章 爬壁清洗機器人總體方案2.1 設(shè)計準則與要求2.2 爬壁清洗機器人行走越障機構(gòu)設(shè)計2.3 爬壁清洗機器人清洗機構(gòu)設(shè)計2.4本章小結(jié)第三章 爬壁清洗機器人的行走機構(gòu)的設(shè)計3.1 滾刷裝置的設(shè)計3.2 清洗液的噴灑和循環(huán)裝置的設(shè)計3.3 水泵的選擇3.4 本章小結(jié)第四章 爬壁清洗機器人爬壁越障機構(gòu)的設(shè)計4.1 爬壁清洗機器人驅(qū)動方式4.2 吸附裝置的設(shè)計4.3 機器人跨越障礙和路徑規(guī)劃4.4 氣缸運動部分4.5 本章小結(jié)第五章 爬壁清洗機器人的控制部分設(shè)計5.1 PLC的概述5.2 PLC的I/O口分配5.3 PLC選型5.4 PLC梯形圖5.5 本章小結(jié)六、進度計劃2017年12月-2018年1月：收集資料，確定設(shè)計系統(tǒng)總方案，查詢有關(guān)外文資料及閱讀技術(shù)文獻，書寫開題報告；2018年2月-2018年3月：清洗機的車體總體結(jié)構(gòu)方案分析；2018年3月-2018年4月：清洗機總體方案及結(jié)構(gòu)的確定、詳細設(shè)計與計算；2018年4月-2018年5月：清洗機行走機構(gòu)、吸附機構(gòu)的設(shè)計與計算，清洗機車各個關(guān)鍵部件及裝配圖的繪制；2018年5月-2018年5月：編寫畢業(yè)論文，畢業(yè)答辯準備和答辯。七、工作條件 1）自學(xué)相關(guān)軟件和算法； 2）查閱相關(guān)爬壁清洗機器人的文獻； 3）老師的專業(yè)指導(dǎo)； 4）利用相關(guān)軟件進行仿真模擬。八、參考文獻1 吳神麗.新型高樓清洗爬壁機器人的研究與設(shè)計D.成都理工大學(xué)，2009.2 吳洪興，趙言正，高學(xué)山.高樓玻璃幕墻清洗機器人作業(yè)系統(tǒng)的研究J.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報,2002,7(4):101-104.3宗光華.高層建筑擦窗機器人J.機器人技術(shù)與應(yīng)用,1998(2):20-20.4談士力,譚林勇,陳振華,龔振邦.垂直壁面行走機器人系統(tǒng)研制J.機器人,1996,18(4):232-237.5王榮華.爬壁機器人設(shè)計及動力性能研究D.沈陽工業(yè)大學(xué),2007.指導(dǎo)教師意見及建議（從選題、理論與實證準備、研究（設(shè)計）方法、工作安排等方面給出評價，并提出指導(dǎo)意見）：該生對畢業(yè)論文的開題做了比較充分的前期準備，參考了許多文獻，最后確定的課題具有一定的實用價值。本開題報告的論文整體組織邏輯較強，結(jié)構(gòu)清晰，內(nèi)容詳實，具有一定的研究基礎(chǔ)，能達到預(yù)期目標。研究方案和研究步驟合理，同意該生畢業(yè)論文的開題。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日畢業(yè)論文工作組意見及建議準予開題畢業(yè)論文工作組組長簽字： 年 月 日 注：1.此表由學(xué)生填寫后，交指導(dǎo)教師簽署意見，經(jīng)畢業(yè)論文（設(shè)計）工作組審批后，才能開題。本科畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表論文（設(shè)計）題目爬壁清洗機器人的設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號指導(dǎo)教師計劃完成時間2018年5月25日按照進度安排應(yīng)完成的任務(wù)2017年12月-2018年1月：收集資料，確定設(shè)計系統(tǒng)總方案，查詢有關(guān)外文資料及閱讀技術(shù)文獻，書寫開題報告；2018年2月-2018年3月：清洗機的車體總體結(jié)構(gòu)方案分析；2018年3月-2018年4月：清洗機總體方案及結(jié)構(gòu)的確定、詳細設(shè)計與計算；實際完成情況查閱資料后了解到本課題的設(shè)計重點和注意事項，按時完成了開題報告以及文獻翻譯。已完成清洗機行走和清洗機構(gòu)設(shè)計方案、吸附機構(gòu)設(shè)計方案部分計算已經(jīng)完成，論文部分編寫目前有哪些問題和困難，擬采取的解決方法個別部分的校核和計算，利用計算機實現(xiàn)模擬實驗和計算等，在以后遇到問題時，會及時與老師溝通，商討解決方案。檢查中發(fā)現(xiàn)的問題與建議該生的畢業(yè)設(shè)計總體思路清晰，條理明確，資料的收集和調(diào)研豐富，態(tài)度認真嚴謹，進度符合任務(wù)書的要求，設(shè)計主體部分基本確定，但在清洗機構(gòu)設(shè)計方案、吸附機構(gòu)設(shè)計方案的一些細節(jié)部分還需要完善，整體排版及格式需要進一步調(diào)整。 畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1.最后一欄由指導(dǎo)教師填寫。 2.此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。 畢業(yè)論文（設(shè)計）指導(dǎo)教師評分表學(xué)院：畢業(yè)論文題目爬壁清洗機器人的設(shè)計評 價 項 目（參考）分值打分工作態(tài)度01工作態(tài)度，工作作風(fēng)2016.002畢業(yè)論文完成情況能力水平03查閱文獻資料能力4032.004綜合運用知識能力05研究方案的設(shè)計能力06研究方法和手段的運用能力07外文應(yīng)用能力論文質(zhì)量08文題相符程度4032.009寫作水平10寫作規(guī)范程度11篇幅，論文工作量12論文的理論或?qū)嶋H價值綜合評定成績80.0評價意見該生具有獨立工作能力，論文選題有實際應(yīng)用價值，分析歸納合理，能夠掌握專業(yè)知識和基礎(chǔ)理論，結(jié)構(gòu)安排合理，完成了畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書規(guī)定的工作量。能夠利用繪圖軟件進行二維圖和三維圖的繪制，能夠正確翻譯外文文獻，完全符合本科生畢業(yè)答辯條件，同意按期進行答辯。是否同意答辯同意指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。 （設(shè)計）評閱教師評分表學(xué)院：畢業(yè)論文題目爬壁清洗機器人的設(shè)計評 價 項 目（參考）分值打分能力水平01查閱文獻資料能力5037.002綜合運用知識能力03研究方案的設(shè)計能力04研究方法和手段的運用能力05外文應(yīng)用能力論文質(zhì)量06文題相符程度5039.007寫作水平08寫作規(guī)范程度09篇幅，論文工作量10論文的理論或?qū)嶋H價值綜合評定成績76.0評價意見該生完成了爬壁清洗機器人的設(shè)計 。其包含有清洗裝置，吸盤裝置。實現(xiàn)玻璃幕墻的清洗。完成了水泵的選擇，氣缸運動及控制器的設(shè)計。但是文中吸附裝置沒有詳細計算，其吸附力是其關(guān)鍵所在，并在控制器中使用PLC來實現(xiàn)機器人的控制，并且只能實現(xiàn)啟動停止的功能 ，機器人的轉(zhuǎn)向控制等沒有實現(xiàn)。論文觀點正確，論據(jù)充分，論證方法正確，論文邏輯結(jié)構(gòu)合理，敘述語言規(guī)范，流暢，格式規(guī)范，分析方法正確，圖文齊全規(guī)范。同意該生參加答辯。是否同意答辯同意評閱教師（簽名）： 年 月 日 注：此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）成績評定表學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級畢業(yè)論文（設(shè)計）題目爬壁清洗機器人的設(shè)計答辯小組評語： 該同學(xué)在畢業(yè)論文寫作過程中，態(tài)度端正，論證嚴謹，論文寫作規(guī)范，能恰當(dāng)回答與論文有關(guān)的問題。答辯小組經(jīng)過充分討論，根據(jù)該生論文質(zhì)量和答辯中的表現(xiàn)，答辯成績建議84分，評定論文成績?yōu)椤傲己谩敝笇?dǎo)教師成績 80.040% =32畢業(yè)論文總評成績80.8論文等級良好評閱教師成績 76.020% =15.2答辯成績 84.040% =33.6畢業(yè)論文工作組意見：畢業(yè)論文工作組組長簽名： 年 月 日注：1、總評成績=指導(dǎo)教師成績40%評閱教師成績20%答辯成績40%。2、論文等級分優(yōu)秀（90分）、良好（80-89分）、中等（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分）。3、此表隨畢業(yè)論文裝訂并由學(xué)院存檔。 畢業(yè)論文（設(shè)計）誠信責(zé)任書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)論文（設(shè)計）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人畢業(yè)論文（設(shè)計）與資料若有不實，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。 論文作者簽名: 2018年 5月 10日