爬壁清洗机器人会的不断发展，科学技术的迅猛发展，人类社会的不断进步，现代都市的摩 天大楼越建越多，越建越高，而城市的灰尘污染也越发严重，在这样的背景下，人类需 要依靠升降机平台来逐层地清洗大楼壁面，不但浪费时间和劳动力，而且人类在清洗大 楼壁面的环境越来越恶劣和危险，本课题来自于社会实际的需求，采用爬壁机器人进行 擦洗，降低清洗工人的劳动强度，提高工作效率，特别是提高安全性。如今，在科学技 术领先的国家已经采取了爬壁清洗机器人作为他们的首选工具，用来对大楼外表面进行 清理。
2 爬壁清洗机器人总体结构设计 ---------------------------------- 10
2.1 爬壁清洗机器人的材料选择 ----------------------------------------- 10 2.2 机器人总体结构介绍 ----------------------------------------------- 10 2.3 移动铝板的设计与校核 --------------------------------------------- 11 2.4 吸盘直径的选取 --------------------------------------------------- 13 2.5 电动机的选取 ----------------------------------------------------- 15 2.6 联轴器的选取 ----------------------------------------------------- 18 2.7 轴承的校核 ------------------------------------------------------- 18 2.8 滚动轴承寿命的计算 ----------------------------------------------- 19 2.9 轴的计算 --------------------------------------------------------- 20 2.10 键连接的强度计算 ------------------------------------------------ 21 2.11 轴向气缸的设计与计算 -------------------------------------------- 22 2.12 活塞杆稳定性及挠度验算 ------------------------------------------ 25 2.13 本章小结 -------------------------------------------------------- 28
自动化爬壁清洗机器人机器人是一种实惠、实用、安全可靠的科技研发项目,自1960 年代以来,爬壁清洗机器人和相关技术已经渐渐地受到了人们的重视。作为一个高层建筑 的爬壁机器人的清洗系统、结构设计、运动系统等虽然样式众多,但真正能用于实际工作
爬壁清洗机器人设计
IV
5 结论 -------------------------------------------------------- 39 参考文献 ------------------------------------------------------ 40 致谢 ---------------------------------------------------------- 41
壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人，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，提高生产率，也必将极大的推动清洗业的 发展，带来相当的社会效益和经济效益。因此，壁面清洗机器人的设计和研究有着良好 的应用前景。
1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）
爬壁机器人是指可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又 称为壁面移动机器人，因为垂直壁面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机 器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永 磁吸附两种。其中负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的 限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面。此次设 计的爬壁机器人主要针对建筑物外壁清洗作业。日本在爬壁机器人研究上发展迅速，中 国也于20世纪90年代以来进行类似的研究。这些年来，机器人在各个领域中获得到了相 当广泛的应用和发展，这当中，爬壁机器人是能够代替人类在垂直的陡壁上进行工作的 机器人，他作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。
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I
摘要
高层建筑清洗爬壁机器人可在垂直壁面及屋顶移动进行物体表面的清洗，本文设计 了机器人爬壁系统由移动系统和吸附系统组成。移动吸附系统由十字框架结构和真空吸 附结构组成，使机器人灵活移动，避障能力强。机器人主体部分由可以相互平移的两个 呈十字型组合的无杆气缸，其中任意一个无杆气缸可以相对另一个进行平移，每个无杆 气缸通过腿部支架可独立控制腿足结构。腿足结构是由拉杆气缸和一组真空吸盘组成。 随着腿部的交替吸附和框架主体的相对运动，机器人实现壁面自由移动的功能。驱动方 式由X方向和Y方向两个相互垂直的机构组成，分别选用一个双作用无杆气缸，安置在 中间的主体支架上，真空吸盘组采用正三角排列和使用气动的驱动方式。控制系统是清 洗爬壁机器人的关键部分，采用三菱公司的PLC­FX1N系列完成对机器人主体的吸盘脱 离、本体移动、吸盘吸附和清洗的控制。
Keywords: dual action bars cylinder, the architecture, pneumatic rodless cylinders, PLC
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III
目录
1 绪论 --------------------------------------------------------- 1
关键词：双作用拉杆气缸，十字架构，无杆气缸，PLC
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II
Abstract
High­rise buildings cleaning climbing robot can be in vertical wall and roof movement in the object surface cleaning, this paper designed the climbing robot system by mobile system and adsorption systems. Mobile adsorption system by the frame structure and vacuum adsorption structure, make flexible mobile robot, obstacle avoidance ability. Robot main body part can be of mutual translation by a combination of the two four­arm pneumatic rodless cylinders, including any a pneumatic rodless cylinders can relative another translation, each pneumatic rodless cylinders through the legs stent independent control leg foot structure. Leg foot structure is by tie rods and a group of cylinder of vacuum cups. As the legs of alternating the adsorption and the relative motion of the main frame, robot wall free movement function realization. Driving way X and Y directions direction by two perpendicular institutions, a double role are chosen pneumatic rodless cylinders and placed in the middle of the main body on the support, vacuum cups group I arrangement, and use the pneumatic drive mode. Control system is climbing robot cleaning the key part, USES the mitsubishi company PLC­FX1N series of of the main body of the robot complete suckers, its mobile, chuck from adsorption and cleaning of control.
3 爬壁清洗机器人气动设计 -------------------------------------- 29
3.1 吸附部分 --------------------------------------------------------- 29 3.2 气缸运动部分 ----------------------------------------------------- 29 3.3 本章小结 --------------------------------------------------------- 31
1 .1 选题背景及其意义 -------------------------------------------------- 1 1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） ------------------------------ 1 1.3 研究内容 ---------------------------------------------------------- 5 1.4 研究方案 ---------------------------------------------------------- 6 1.5 本章小结----------------------------------------------------------- 9