玻璃清洁机器人吸附机构设计8035863毕业论文（设计）玻璃清洁机器人吸附机构设计论文外文题目：玻璃清洁机器人吸附机构设计论文主题词：玻璃清洁机器人复合吸附方式螺旋桨式轴流风机外文主题词：lass-wall cleaning robot Combined suction method Propeller type axial flow fan论文答辩日期：答辩委员会主席：评阅教师：原创性声明本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。
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本人签名：日期：摘要玻璃幕墙清洁机器人是具有特定功能的壁面移动机器人，是特种机器人的一个分支。
它不仅可以用于高层建筑外表面幕墙的清洗，还可用于特殊环境或者特殊设备的表面清洗以及检查。
它是基于壁面移动机器人技术，并针对具体的作业对象研发具有明确功能的实用型机器人。
其主要工作在高层建筑的玻璃幕墙表面，克服重力对自身的作用，携带清洗作业设备对建筑物玻璃幕墙表面进行清洗，从而将人们从危险的高空作业环境中解脱出来，不仅可以避免发生意外事故，而且可以提高清洗效率、节约成本，具有可观的市场前景。
本文将在分析玻璃清洁机器人常见的吸附方式，以及国内外对玻璃清洁机器人所开发的新型吸附方式后，提出采用螺旋桨式轴流风机产生负压作为作为吸附方式的经济适用型吸附机构。
在对机器人整体设计方案进行介绍，提出模块化的组装结构。
在这基础上，对机器人的吸附机构进行设计分析，然后应用相关理论和设计软件进行参数设计和部件的结构设计，验证吸附机构。
最后利用Pro/ENGINEER创建出所设计的玻璃清洁机器人吸附机构三维实体模型以及机器人整体模型。
关键词：玻璃清洁机器人复合吸附方式螺旋桨式轴流风机AbstractGlass-curtain-wall-cleaning robot is a wall climbing robot with special functions, with is a branch of special robot. It not only can be used for cleaning the outer surface of the curtain wall of high-rise buildings, can also be used for surface cleaning and checking of special circumstances and special objects. It is a practical robot based on technology of the wall-climbing robot and having a clear function for specific research and development of the robot. Its main function is to overcome the effects of gravity on their own with cleaning equipment for cleaning in the glass-curtain wall-cleaning surface of high-rise buildings so that it can free people from dangers of aerial working environment, thus avoiding accidents, improving the efficiency of cleaning and saving costs. It has a considerable market prospect.In this paper, analysis of glass cleaning robots popular method of adsorption, as well as adsorption to glass cleaning robots developed by the new approach, using propeller-type axial-flow fan to create negative pressure as the economic application of adsorption mechanism of adsorption.Describes the overall design of the robot, presented modular assembling structures. On this basis, the adsorption mechanism and the design of the robot, and then apply the relevant theory and design structure design of software for design and components, verify the adsorption mechanism. Final application of Pro/engineer to design the robot building solid model.Key words: Glass-wall cleaning robot; Combined suction method; Propeller type axial flow fan目录第一章引言1.1 课题研究的背景及意义 (1)1.2 国内外对玻璃清洁机器人吸附方式的研究概况 (1)1.3 吸附方式的发展趋势 (3)1.3.1 吸附方式将更多地采用仿生技术 (4)1.3.2 向适应微小型化机器人发展 (4)1.4 小结 (5)第二章玻璃清洁机器人总体规划2.1 吸附机构 (6)2.2 清洁结构 (8)2.3 行走机构 (8)2.4 水电供应系统 (9)2.5 小结 (10)第三章吸附机构结构设计3.1 吸附原理 (11)3.2 吸附方式的实现 (12)3.2.1 风机推力 (12)3.2.2 负压的产生 (14)3.3.3 真空腔的负压与叶片推力可合成 (15)3.3 小结 (17)第四章模型建设与仿真验证4.1 GAMBIT几何造型建模图 (18)4.2 仿真验证 (19)4.3 详细结构方案 (22)4.4 小结 (23)结束语 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)第一章引言1.1 课题研究的背景及意义玻璃清洁机器人是拥有特殊功能的壁面移动机器人，是可以在垂直和倾斜的玻璃表面上进行清洗作业的特种机器人[1]。
作为一种可在高空极限环境下工作的自动化机械装置，它的发展现在越来越受到人们的关注。
而吸附装置是玻璃清洁机器人包括移动装置、清洁装置、控制装置在内的核心装置，玻璃清洁机器人性能的优异直接取决于机器人吸附装置性能的优异。
玻璃清洁机器人吸附机构的研究，有两个问题必须要妥善处理好：一是如何稳当地吸附于玻璃表面；二是使机器人吸附在玻璃表面的同时又不影响机器人在玻璃表面上移动。
玻璃清洁机器人要想具备有良好的移动能力就得损失一定的吸附能力，但是当吸附装置提供的吸附力过强又会给机器人在玻璃表面的移动带来困难，所以机器人在玻璃表面上的吸附与移动这是个自身矛盾的问题。
就是优化吸附和移动的关系，既要求吸附装置的研究设计方案在保证玻璃清洁机器人吸附装置为机器人提供足够的吸附力的同时，又不影响机器人在玻璃表面面的移动能力[2]。
因此国内外的许多科研机构在设计壁面移动机器人时，都在对这问题展开相关的探讨和研究。
1.2 国内外对玻璃清洁机器人吸附方式的研究概况通过按吸附方式的不同，可将玻璃幕墙清洁机器人的吸附机构分为三种，即磁吸附、真空吸附和推力吸附[3]。
其中磁吸附按提供吸附力材质的不同，可分为电磁体和永磁体两种。
对壁面的平整程度都没有要求，不仅机器人的有效载荷远胜于真空吸附和推力吸附，而且在作业过程中不存在真空漏气的问题，但要求机器人工作时所吸附的壁面必须是导磁材料，这一点使得采用磁吸附作为吸附方式的机器人的应用环境收到严重地限制；真空吸附按吸盘个数又分为单吸盘和多吸盘两种，真空吸附虽然不受壁面材料限制但对吸盘的密封性能却要求较高，在附着面不平整时吸盘容易漏气，使密封性能下降从而造成吸附力下降，使得机器人的实际承载能力降低；推力吸附方式整合了前两者的优点，有一定的吸附力而且对壁面的平整程度没有要求，但是由于要求风机排风量很大所以整体重量会很重。
各种方式优缺点如下表1.1[4]。
表1.1 玻璃清洁机器人吸附方式的比较图 1.1 是清华大学采用电磁体吸附方式研制的用于储罐表面检测的磁吸附机器人TH-Climber-I [5]，行走方式为履带驱动机器人在储罐表面行走检测。
实验表明，它具有较高的运动速率、具有很好稳定性和定位精度，其运动速率最大可达8m/min ，可以跨越10mm 以上的焊缝和表面凸起障碍，角度误差也可控制在0.2度以内。
图1.2 为加拿大戴尔豪斯大学和香港中文大学研制的壁面移动机器人[6]，它的吸附装置使用永磁体吸附履带。
使用永磁体方式使机器人吸附于储罐表面，然后电机驱动履带带动机器人在储罐表面移动检测。
图1.1 清华大学磁吸附图1.2 戴尔豪斯大学和香港中文大学的机器人 TH-Climber-I 永磁体吸附履带壁面移动机器人[7]图1.3 是年哈尔滨工业大学研制的CLR-II型壁面清洗壁面移动机器人[8]，它的吸附机构采用的就是单吸盘真空吸附，清洗装置悬挂于机器人下方。
机器人有效载荷为5kg，爬行速率最快为10m/min，每次爬行高度是最高100m，操控方式是有线遥控及PLC线路控制，行走方式采用双轮式无级调速，机器自身携带有高压水枪、旋转刷从而在清洗作业时可实现机器人自主清洗作业。
由于它是专为建筑物外表面瓷砖壁面的清洗而设计制造的,所以目前已有成品并投入生产应用。
图1.4 是在1990-1993日本东京工业大学间研究设计的NINJA[9]，第一代型号为NINJIA-I,自1994年开始，NINJA-II在NINJIA-I的基础上不断的改善升级，可用于高楼壁面的检查等。
NINJIA-I和NINJA-II的主要技术参考是相同，吸附装置也都采用的多吸盘真空吸附。
图1.3 哈尔滨工业大学研制的CLR-II 图1.4 日本东京工业大学研制的NINJIA 1990年西亮教授研制的爬壁机器人的吸附装置采用的是推力吸附，如图1.5 为理论设计图。