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高楼清洗机机电系统设计摘要近年来，随着社会的发展，楼层越来越高，使用玻璃幕墙的楼房也越来越多，避免清洗时一个很重要的问题，传统的方式多数为人工，或者是采用电缆从楼顶将机器人吊下，工作效率偏低，危险性高，于是清洗用爬壁机器人应运而生，本文的任务就是设计一种能够在壁面上吸附行走的清洗机器人。本文在简单介绍清洗机器人的国内外研究现状的基础上，基于二维软件CAD对四轮式风压吸附清洗机器人的本体机构进行了设计,对一些关键部分进行了设计计算及校核计算，重点是爬壁机器人的移动结构、吸附结构和驱动系统的设计计算。本文设计的清洗机器人采用四轮式小车形状结构，结构简单；采用风压吸附方式，利用螺旋桨对空气的压缩所产生的压力将机器人压在物体表面，避免了清晰机器人对壁面的局限，降低了控制难度；清洗机主要由伺服悬吊系统、清洗主机和由计算机控制系统组成；采用无人化清洗，自动清洗，自动供水，自动供清洗液，单片机系统控制，操作人员只需通过键盘即可操纵清洗机工作，而且在清洗过程中，清洗机能够自动进行边缘识别，可根据建筑楼层的具体情况选择为纵洗或横洗；采用后轮驱动，一个电机驱动两个后轮，后轮带动前轮完成机器人的行走，使用直齿圆柱齿轮传动装置作为减速器；采用楼顶供电；机器人可以在水平面或者垂直表面直线行走。本机的清洗效率较高，清洗效果良好。关键词：清洗机器人；减速器设计；风压吸附；单片机控制；齿轮机构；电机控制；刷洗；IABSTRACTInrecentyears,withthedevelopmentofsociety,moreandmorefloors,withglasscurtainwallbuildingmoreandmoretoavoidcleaningaveryimportantissue,mostofthetraditionalwayofartificial,oracablefromthetopofthebuildingwillbeusedundertheroboticcrane,lowefficiency,high-risk,thencleanedwithawall-climbingrobotcameintobeing,thistaskistodesignawalkontheadsorptiontothewallclimbingrobotforcleaning.Thispaperbrieflywall-climbingrobotbasedontheresearchstatus,basedon2Dsoftware,CADzfour-wheelvacuumonwallclimbingrobotbodybodiesweredesigned,carriedoutonsomekeysatisfiedwiththedesigncalculationandcheckingterms,focusingonthemobileclimbingrobotstructure,adsorptionstructureanddrivesystemdesignandcalculation.Thisdesignedwall-climbingrobotcarwithfour-wheel-typeshapeofthestructure,simpleStructurejBypressureadsorptionzrobotusingthepressuregeneratedbythepropelleronthecompressedairpressureinthesurfacezavoidingtheclearlimitationsoftherobotonthewallzreducingthedifficultyofcontrol;Washingmachineissuspendedbyaservosystem,cleaninghostandconsistsofcomputercontrolsystem;Thecleaningoftheunmanned,automaticcleaning,automaticwatersupplyforautomaticwashingliquid,singlechipcontrolsystem,operatingonlythroughthekeyboardtomanipulatetheworkofthewashingmachineinthecleaningprocess,thewashingmachinetoautomaticedgerecognition,accordingtothebuildingfloorwashforverticalorhorizontalwash;Rear-wheeldrive,amotortodrivethetworearwheels,rearwheeldrivethefrontwheelstocompletetherobottowalkzuseofthespurgeartransmissiondeviceasreducer;Roofsupply;robotwalkastraightlinecanbehorizontalorverticalsurface.Thehigherthecleaningefficiencyofthemachineagoodcleaningeffect.Keywords:CleaningRobot;ReducerDesign;PressureAdsorptionMode;MCUControl;Gearmechanism;Motorcontrol;Scrub;目录摘要(I)Abstract(11)第1章绪论Q)1.1 课题研究的目的和意义(1)1.2 课题研究现状及分析(1)1.2.1 国外壁面清洗机器人研究现状(1)1.2.2 国内壁面清洗机器人研究现状(2)1.3 高层建筑外墙清洗机发展趋势(4)1.4 课题的研究设想(4)第2章清洗机器人总体方案设计(5)2.1 对楼顶楼面的实际考察(5)2.1.1 楼面结构考察(5)2.1.2 楼顶的实际考察(5)2.2 清洗机器人的总体方案(6)2.3 清洗机器人清洗系统方案(7)2.4 清洗机器人爬壁系统方案(8)2.5 清洗机器人控制系统方案(8)2.5.1 设计的基本原则(8)2.5.2 可供选择的设计方案(8)2.5.3 方案的分析(8)2.6 其它部分方案(9)2.6.1 材料选择(9)2.6.2 轮的润滑问题(9)2.6.3 轴承的润滑问题(9)2.7 本章小结(9)第3章清洗机器人清洗系统设计(10)3.1 清洗机器刷洗部分设计(10)3.1.1 盘刷设计(10)3.1.2 滚刷设计(11)3.1.3 刷洗部分所用弹簧的设计(11)3.2 内空心轴设计(12)3.3 清洗机主机滚轮的设计计算(13)3.4 主机上传感器及行程开关的选择(13)3.5 复合缆的结构设计(14)3.6 本章小结(14)第4章清洗机器人风压系统设计(15)4.1 采用风压的意义(15)4.2 基本原理(15)4.3 气动计算的原始数据与技术要求(15)4.4 风压部分力学计算(16)4.5 本章小结(16)第5章清洗机器人主要零件设计(18)5.1 直齿轮副的设计计算Q8)5.1.1 齿轮的设计计算及强度校核Q8)5.1.2 齿面接触疲劳强度计算(20)1.1.1 根抗弯疲劳强度验算(21)1.1.4 齿面静强度计算(22)1.1.5 齿根(抗弯)静强度验算(23)5.2 锥齿轮副的设计计算(24)5.2.1 基础尺寸确定(24)5.2.2 确定载荷系数K(25)5.2.3 齿面接触疲劳强度计算(25)5.2.4 齿根抗弯疲劳强度计算(26)5.3 本章小结(26)第6章清洗机器人控制系统设计(28)6.1 控制部分的基本组成(28)6.2 控制部分工作原理(29)6.3 驱动部分工作原理(30)6.4 控制软件的实现(30)6.4.1 主机+POD组合(30)6.4.2 双平台(31)6.5 软件的结构(31)6.5.1 软件的主体结构(31)6.5.2 软件功能模块的划分(31)6.6 控制系统软件程序的实现(32)6.6.1 伺服悬吊系统部分(32)6.6.2 清洗机主机部分(32)6.7 本章小结(33)结论(34)参考文献(35)致谢(37)附录(38)任务书MicrosoftWord9.122KB电气原理图-AOAutoCAD图形312KB高楼清洗机机电系统设计MicrosoftWord9.曲力升题报告IMicrosoftWord9,三Ib5KB箱盖一箱体-AOAutoCAD图形411KB零件图合集八张-AoAutoCAD图形203KB高楼清洗机机电系统设计WxnRAR压缩文件画金糖。SoftWord9.44KB设计说明书(论文)MicrosoftWord9.950KB明细表A3AutoCAD图形319KB装配图-AOAutoCAD图形573KB第1章绪论6.8 课题研究的目的和意义随着城市现代化得发展和人口的日益增加，为了节省土地资源，高层建筑越来越多，各式各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。在建筑业中，由于玻璃的采光性好，保温、防潮，而且采用彩色玻璃使用美观，高层建筑的外观越来越多的采用玻璃幕墙结构没有玻璃覆盖的地方也多采用瓷砖覆盖以增加建筑的美感，但也衍生出繁重的幕墙清洗任务。我国大多数高层建筑清洗工作还是由传统的人力完成，这种高空极限作业相当危险，如遇强空气流，对人身安全及玻璃面都有很大的威胁。因此需要一种能代替人工完成高层建筑清洗任务又有一定灵活性和适应性的自动机器来取代人工作业。高层外墙清洗机正是在这种背景下应用而生，它可在垂直壁面及屋顶移动进行物体表面的清洗。它的出现及进一步研究将极大降低建筑外墙的清洗成本改善工人的劳动环境，提高生产效率，并带来相当的社会效益和经济效益。6.9 课题研究现状及分析工业机器人已经在机器人领域中大量投入使用，如汽车、冶金等行业。然而，随着人们生活水平的提高，在机器人领域中，一种新的、有蓬勃生命力的服务机器人已经出现。服务机器人主要涉及清洗、运送、监视、检查和探测等类型的工作，为人类提供和完成服务。其中，清洗是服务机器人应用最广的领域之一。而高楼林立的今天，更需要爬壁清洗机器人的技术可以得到不断改进和提高。6.9.1 国外壁面清洗机器人研究现状第一个成功制造出来的清洗机器人是德国汉萨斯航空公司委托制作的SKYWAH（清洗巨人），如图1.1所示。其主要结构是一个作用距离为33米的多关节巨型伸缩臂，有11个自由度，6个主轴，3个腕关节及两个自适应轴，总共12个可编程序轴。余的运动链系使得它可以做各复杂运动，而其结构不会有任何变化。所有轴均由液压驱动并采用抗拉钢材，因而其结构重量轻。清洗刷长1.2m,定位精度为50mm,滚刷与飞机外形精确匹配。该机器人安装在一个标准汽车地盘上，可以从四个位置出发，机器人在人的监视下按照预定的模式运动，完成对飞机几乎所有表面的清洗工作。其特点是动作灵活，适合于各种规格的飞机。日本BE公司成功研制的一种固定轨道式自动擦窗机器人，机器人靠安装在楼顶的轨道及吊装系统使擦窗机对准窗户，沿固定安装在建筑物表面的导槽垂直上下移动进行清洗，清洗机构带有多个旋盘刷。该设备的自动化程度的效率都很高，但价格也很昂贵。另外，要求在建筑物设计之初就将擦窗系统考虑进去，铺设轨道，这大大限制了该机器人的使用范围及效率。