玻璃幕墙清洁机器人机械系统设计及作业过程研究

摘要

现代城市高楼大厦的壁面大多采用瓷砖结构或玻璃幕墙结构，因其常年裸露在外，需要进行清洁维护。迄今为止，这类工作仍由人工搭乘吊篮进行高空作业来完成，这种作业方式对人身安全和大楼壁面构成很大威胁，并且效率低、成本高。因此，市场上急需一种玻璃幕墙清洁机器人，其能够到达垂直平面的任何地方，并且行动灵活、可靠性高，清洁效果好，从而代替危险的人工作业方式。
　　本文基于高楼大厦玻璃幕墙自动化清洁的作业需求，提出了一款玻璃幕墙清洁机器人系统的结构设计方案，给出了可以在玻璃幕墙上行走的机器人本体以及清洁装置等功能模块的合理布局和详细设计，并对关键零部件进行了仿真分析，在理论上验证了其性能。
　　本课题主要研究内容如下:
　　1.基于玻璃幕墙结构特点和国内外玻璃幕墙清洁机器人典型行走系统的分析，提出了一种电动推杆腿足式吸盘吸附行走原理和机构方案。以跨越窗棱等常见障碍为目标确定了腿足运动要求，分析了行走机构在越障过程中的稳定性。
　　2.对比几种典型的玻璃幕墙清洁方式，提出了一种基于水雾喷淋和盘刷、滚刷的玻璃幕墙清洁系统方案，并确定了其中的传动机构方案。
　　3.针对行走过程中吸盘与壁面间的两种吸附状态，建立了行走系统的静力学关系;基于微观清洁原理，量化了滚刷和盘刷完成清洁所必须的压力。
　　4.建立了玻璃幕墙清洁机器人本体虚拟样机;基于有限单元法，并考虑风载的影响，仿真分析了两种吸附状态下玻璃幕墙清洁机器人本体结构的静力学特性和动力学特性。
　　5.基于柔性体基础理论，对滚刷带传动系统进行了柔性体振动分析，确定带传动振动对滚刷清洁的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 玻璃幕墙清洁机器人国内外研究现状

1．2．1 国外研究情况

1．2．2 国内研究情况

1．3 玻璃幕墙清洁机器人吸附关键技术研究

1．3．1 玻璃幕墙清洁机器人吸附关键技术领域研究

1．4 本课题研究意义及主要内容

第二章 玻璃幕墙清洁机器人系统总体方案设计

2．1 玻璃幕墙清洁机器人系统的总体方案设计

2．2 玻璃幕墙清洁机器人的行走系统方案设计

2．3 玻璃幕墙清洁机器人的清洁系统方案设计

2．4 玻璃幕墙清洁机器人的悬吊系统方案设计

2．5 玻璃幕墙清洁机器人的控制系统方案设计

2．6 本章小结

第三章 玻璃幕墙清洁机器人本体结构静力学分析

3．1．2 吸盘组的越障性能

3．1．3 吸盘组的抗倾覆能力

3．2 玻璃幕墙清洁机器人行走系统机构模型

3．3 玻璃幕墙清洁机器人行走系统外框吸盘吸附状态受力分析

3．4 玻璃幕墙清洁机器人行走系统内框吸盘吸附状态受力分析

3．5 盘刷和滚刷摩擦力分析

3．6 本章小结

第四章 玻璃幕墙清洁机器人本体结构静力学仿真

4．1 静力学仿真原理及过程介绍

4．1．1 结构静力学分析概述

4．1．2 有限元法简介

4．1．3 ANSYS Workbench简介

4．2 玻璃幕墙清洁机器人本体静力学仿真

4．2．1 玻璃幕墙清洁机器人本体虚拟样机建模与简化

4．2．2 玻璃幕墙清洁机器人吸盘吸附过程应力校核

4．2．3 玻璃幕墙清洁机器人外框吸盘吸附状态静力学仿真及结果分析

4．2．4 玻璃幕墙清洁机器人内框吸盘吸附状态静力学仿真及结果分析

4．3 本章小结

第五章 玻璃幕墙清洁机器人本体的动力学分析及仿真

5．1 玻璃幕墙清洁机器人本体的模态分析

5．1．1 模态分析理论

5．1．2 玻璃幕墙清洁机器人本体模态仿真分析

5．2 玻璃幕墙清洁机器人本体的谐响应分析

5．2．1 谐响应分析理论

5．2．2 玻璃幕墙清洁机器人谐响应分析

5．3 动力学仿真原理及过程介绍

5．3．1 ADAMS柔性体理论

5．3．2 MSC．ADAMS简介及应用

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间发表的论文