真空吸附式壁面清洗机器人结构设计与研究

摘要

壁面清洗机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，它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，国内外已经出现了多种样机，研究成果各具特色，但总的说来研究工作仍然处在样机的研制和实验阶段，其关键技术与理论有待于进一步深入研究。
　　 本文在国内外现有的壁面移动机器人研究成果的基础上，首先结合壁面清洗作业的特点，对壁面清洗机器人的吸附技术、清洗技术进行了研究。提出了真空吸附式壁面清洗机器人构型，并就该机器人的构型设计、基本设计原则等关键问题进行了研究，探索了此类型机器人的设计理论。本文的主要研究内容如下:
　　 第一、对壁面清洗机器人附着技术问题进行了研究。在总结以前的壁面清洗机器人附着技术的基础上，建立了壁面清洗机器人的附着力学模型，从而使壁面机器人的附着分析更为直观和明确。
　　 第二、对自攀爬壁面清洗机器人的构型及设计原则进行了研究。在分析壁面清洗机器人的约束条件和基本功能的基础上，提出了壁面清洗机器人的自攀爬机构，并分析了其力学特征和设计原则。建立了壁面清洗机器人构型，为此类机器人的构型设计提供了理论基础。
　　 第三、结合真空吸附式壁面清洗机器人的具体功能要求，构建了机器人控制体系结构。介绍了硬件结构，以及控制任务、软件部分和总体控制流程等控制技术。
　　 第四、完成了真空吸附式壁面清洗机器人样机试制，并在两种不同环境中进行了自攀爬和清洗作业实验，机器人在壁面上行走稳定，清洗效果良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景、目的及意义

1．2 国内外壁面清洗机器人的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 各种爬壁机器人的性能比较与分析

第2章 真空吸附式壁面清洗机器人总体方案设计

2．1 壁面清洗机器人的特点和关键技术

2．1．1 壁面清洗机器人的特点

2．1．2 壁面清洗机器人的关键技术

2．2 本课题总体设计目标

2．2．1 设计目标

2．2．2 目标参数

2．2．3 模块分解

第3章 壁面清洗机器人的构型

3．1 壁面清洗机器人的构型特点

3．2 壁面清洗机器人的构型要求

3．2．1 环境要求

3．2．2 功能结构要求

3．3 壁面清洗机器人的构型分类

3．3．1 步行式构型

3．3．2 轮、履带式构型

3．3．3 框架式机器人构型

3．4 壁面清洗机器人的构型设计

3．4．1 壁面清洗机器人基本构型

3．4．2 壁面清洗机器人工作原理

3．4．3 壁面清洗机器人清洗模块基本结构

3．4．4 壁面清洗机器人辅助模块

3．5 壁面清洗机器人附着技术选择

3．5．1 壁面清洗机器人附着机理

3．5．2 壁面清洗机器人附着条件

3．5．3 影响附着稳定性的因素

3．5．4 壁面清洗机器人附着方式分类

3．6 壁面清洗机器人受力分析

3．6．1 吸附时的受力分析

3．6．2 真空发生装置分析

3．7 腿部起升气缸及平动伸缩气缸受力分析

3．7．1 腿部气缸的受力分析及选型

3．7．2 平动气缸的受力分析及选型

第4章 气动控制系统设计

4．1 气路图设计

4．2 气动元件及其他零部件选型

4．3 实体安装图示意图

4．3．1 实体总图

4．3．2 抬升装置

4．3．3 平移装置

4．3．4 滑竿固定装置

第5章 控制系统设计

5．1 控制器设计

5．2 控制系统硬件设计

5．2．1 主控电路设计

5．2．2 电源电路设计

5．2．3 驱动电路设计

5．2．4 控制器硬件设计

5．3 控制系统软件设计

5．3．1 上位机方案论证

5．3．2 上位机程序设计

第6章 样机实验

6．1 实验条件及设备

6．2 实验过程

结论

致谢

参考文献