基于磁吸附的双面擦玻璃机器人设计

摘要

随着城市现代化的发展和城镇化速度增加，出现了越来越多的玻璃壁面建筑，同时也为建筑外壁清洗带来许多困难。现有高层建筑外壁清洗，大多采用“一桶水、一根绳、一块板”的作业方式（人工擦拭方式），现有作业方式工作效率低、劳动强度大、耗资大，稍有不慎就会出现事故，造成人员伤亡。因此，以玻璃壁面清洁机器的清洗方式越来越到广泛的关注，其能够有效使人们从高空中危险、繁重体力劳动中解脱出来，应用机器人来代替一部分高空清洁作业也是未来清洁工作的发展趋势。对壁面清洁机器人的研究已经成为高校和企业的研究热点之一。 本文主要针对玻璃壁面清洁机器人进行研究和设计。针对现有玻璃壁面清洁机器人的缺陷，提出了一种采用可调升降高度永磁吸附、轮式移动主体结构方案，主要解决现有清洁机器人工作过程中转弯缓慢、对玻璃边角清洗效果差的问题。 首先，基于各种吸附方式和行走方式的分析，提出采用永磁吸附和轮式移动结构。 其次，分析清洁机器人在玻璃壁面的受力状态，并对机器人外观尺寸、整体结构等综合考虑，确定清洁机器人电机、轮胎、电池等各个组件的详细参数，并运用三维软件UG绘制零件图、装配图，为后续样机制作奠定理论基础；基于人工擦拭模式，建立路径规划、控制流程图。 然后，基于ADAMS对擦玻璃机器人在不同状态下的行走模式进行了运动仿真分析，得出不同模式下驱动电机力矩变化曲线图，从而为物理样机设计、优化和控制等提供理论依据。 最后，采用ANSYS软件建立擦玻璃机器人吸附单元的永磁铁模型，分析永磁铁自身尺寸（长、宽、高）、排列间距、工作间距、排列方式等对吸附力的影响，通过参数曲线推导出相关参数和吸附力规律；采用ANSYS Workbench有限元分析软件对机器人关键称重部件进行优化分析，实现对机器人轻量化的设计。并制作试验样机，进行验证。

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