抓地式爬墻機(jī)器人

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（2016屆）一種抓地式爬墻機(jī)器人機(jī)械部分的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 院 系 機(jī)械與電氣工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師 完成日期 2016年5月4日摘要爬墻機(jī)器人屬于移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)重要分支，可在垂直或者角度墻壁面上自由移動(dòng)，代替人工在各種條件下完成多種作業(yè)任務(wù)，在當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域越來越受到重視。文中介紹了基于涵道推進(jìn)方式的抓地式爬墻機(jī)器人的設(shè)計(jì)，利用機(jī)器人推進(jìn)風(fēng)扇的反向推力與摩擦力及機(jī)器人自身重力的協(xié)調(diào)使機(jī)器人吸附在墻面，使其能夠適應(yīng)各種墻面，完成設(shè)計(jì)時(shí)需要其完成的工作，增大爬墻機(jī)器人的應(yīng)用效率。關(guān)鍵詞：爬墻機(jī)器人；抓地式；涵道推進(jìn)；吸附；履帶式DesignofagriptypewallclimbingrobotAbstractWallclimbingrobotisanimportantbranchofthemobilerobotcanmovefreelyintheverticalorangleofthewallsurface,replacetheartificialinavarietyofconditionstocompleteavarietyoftasks,inthecurrentrobotfield,moreandmoreattention.ThispaperintroducestheCulvertpropulsionmethodbasedgraspingofthetypewallclimbingrobotisdesigned,therobotpropulsionfanreversethrustandfrictionforceandrobotselfgravityofthecoordinationoftherobotadsorbedonthewall,makingitcanadapttothewall,tocompletethedesignneedtocompletethework,increasetheutilizationefficiencyofwallclimbingrobot.Keyword:Climbingrobot;grip;Culvertpropulsion;adsorption;crawler目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要 I\o"CurrentDocument"Abstract II緒論 1\o"CurrentDocument"1.1研究背景 1\o"CurrentDocument"1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1（1） 機(jī)器人移動(dòng)方式 3（2） 驅(qū)動(dòng)裝置 3（3） 能源問題 3\o"CurrentDocument"1.3本文研究的主要內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"爬墻機(jī)器人的總體方案的設(shè)計(jì) 4\o"CurrentDocument"2.1爬墻機(jī)器人基本原理 4\o"CurrentDocument"2.2機(jī)器人力學(xué)分析 4\o"CurrentDocument"2.3機(jī)器人的抗傾覆能力 5\o"CurrentDocument"2.4機(jī)器人的自豎直機(jī)制 6\o"CurrentDocument"2.5爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析 7\o"CurrentDocument"涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人結(jié)構(gòu) 8\o"CurrentDocument"3.1基本結(jié)構(gòu) 8\o"CurrentDocument"3.2總體設(shè)計(jì)要求 8\o"CurrentDocument"3.3確定相關(guān)參數(shù) 8\o"CurrentDocument"3.4相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算 9（1） 輪轂與底盤鏈接軸的相關(guān)計(jì)算 9（2） 滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算 10\o"CurrentDocument"3.5爬墻機(jī)器人的工作結(jié)構(gòu) 10\o"CurrentDocument"整體分析 11\o"CurrentDocument"總結(jié) 12參考文獻(xiàn)： 12\o"CurrentDocument"致謝 141、緒論1.1研究背景隨著工業(yè)4.0的到來，機(jī)器人領(lǐng)域越發(fā)的活躍起來，其在各行各業(yè)中都得到了應(yīng)用和發(fā)展，其中爬墻機(jī)器人在生產(chǎn)生活中的作用也凸現(xiàn)出來。首先在建筑領(lǐng)域，隨著人類建筑物高度的不斷提升，高層建筑的各種問題隨之出現(xiàn)，高層建筑的日常維護(hù)，以及救援成了棘手的問題。爬墻機(jī)器人的出現(xiàn)可以代替人工從事高空噴涂墻面、壁面清洗、擦洗高層玻璃等工作。其次在石油化工領(lǐng)域，爬墻機(jī)器人還可以對各種儲(chǔ)存罐進(jìn)行視覺檢查、測厚、焊縫探傷，以及對于金屬內(nèi)外壁進(jìn)項(xiàng)檢查、除銹、噴砂、噴漆防腐等。再次在消防部門中，爬墻機(jī)器人還可以用于進(jìn)行救援工作或者運(yùn)輸救援物資等工作，大大保證了消防員的安全。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀爬墻機(jī)器人在墻面上的移動(dòng)功能和吸附功能是其最基本的兩個(gè)功能。國際上，在研究開發(fā)爬壁機(jī)器人上日本是開始較早且技術(shù)領(lǐng)先的國家之一，其相繼成功設(shè)計(jì)了各種爬壁移動(dòng)機(jī)器人。如日本應(yīng)用技術(shù)研究所研制的車輪磁吸附式爬壁機(jī)器人（如圖1）控制單元圖1車輪磁吸附式爬壁機(jī)器人它可以吸附在各種大型構(gòu)造物如球形煤氣罐、油罐、船舶等的壁面，代替人進(jìn)行各種所需檢查或修理等作業(yè)。這種爬壁機(jī)器人利用磁性車輪對壁面產(chǎn)生吸附力，其主要特征是：行走穩(wěn)定速度快，最大速度可達(dá)到9m/min，適用于各

種形狀的壁面，且不損壞壁面的油漆。國內(nèi)爬壁機(jī)器人相對與國外而言，開展時(shí)間較晚，不過技術(shù)進(jìn)步也很快，先后出現(xiàn)了各種檢測用機(jī)器人以及玻璃外墻清洗機(jī)器人等。例如我國哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，已經(jīng)成功研制出永磁鐵吸附履帶行走式爬壁機(jī)器人和單吸盤真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人。永磁鐵吸附履帶行走式爬壁機(jī)器人采用的是雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu)（如圖2）1歩進(jìn)電機(jī)2諧波減速器3鏈輪4單元吸附塊5框架6鏈條圖2磁吸附式履帶爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)利用在履帶上安裝的數(shù)多個(gè)永磁體其中的幾個(gè)吸附塊，使其更好地吸附在墻壁表面上（受墻壁材料的限制），形成一定的吸附力，通過履帶（由鏈條和永磁塊組成）和墻面的直接接觸，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在墻面上的吸附和移動(dòng)功能。單吸盤（如圖3）真空吸附車輪行走式爬壁機(jī)器人利用真空泵是產(chǎn)生的負(fù)壓使負(fù)壓腔內(nèi)形成一定程度的真空度（不受墻壁材料限制，但受墻面粗糙度的限制）。使機(jī)器人可靠地吸附在壁面上并產(chǎn)生足夠的正壓力，從而使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生足夠的摩擦力以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)功能。近些年來，英、美、俄等國的科研團(tuán)隊(duì)解釋了壁虎在墻壁上攀爬的因素，由于分子間的作用力一一范德華力。范德華力是指分子間距離非常小時(shí)產(chǎn)生的一種電磁力。著手于壁虎爬墻的原理的研究，可用于爬壁機(jī)器人的研制。（1） 機(jī)器人移動(dòng)方式在歷來的爬壁機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最為廣泛的是履帶式和輪式的移動(dòng)方式其中有著其獨(dú)特的有點(diǎn)，但也有其不足之處。足式移動(dòng)方式的出現(xiàn)可以使機(jī)器人擁有更強(qiáng)大的跨障能力，對于復(fù)雜平面有著更好地適應(yīng)能力。另外，足式移動(dòng)方式根據(jù)其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有多自由度的存在，使得機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)變得更加的自由。由此可見，足式移動(dòng)方式的機(jī)器人對于爬壁機(jī)器人方面有著很大的發(fā)展空間。（2） 驅(qū)動(dòng)裝置傳統(tǒng)的伺服電機(jī)體積大、重量大，在較高速運(yùn)行時(shí)還需要龐大的減速機(jī)構(gòu)，對于爬壁機(jī)器人移動(dòng)帶來困難，尋找各種輕重量、小體積、高效率的電機(jī)變的尤為重要。微特電機(jī)的出現(xiàn)很好的解決這一問題，其大扭矩、輕重量、小體積對于各種機(jī)器人來講都意義非凡。微特電機(jī)技術(shù)可以使機(jī)器人智能、輕巧可靠和高的運(yùn)行壽命的需要變得更易滿足。爬壁機(jī)器人的發(fā)展順應(yīng)微特電機(jī)的趨勢，朝著更小、更輕、更靈活等方向改變。（3） 能源問題現(xiàn)存的鋰電池雖然相同體積、重量下的儲(chǔ)電量已不容小覷，但是對于爬壁機(jī)器人來講仍然龐大，探索出一種新的供電性能強(qiáng)、體積小的電池或者另外的能量傳輸方式變得很迫切。目前在國內(nèi)外都在為此進(jìn)行研究，日本在這方面取得了較大成果。日本已經(jīng)最近告成將微博技術(shù)應(yīng)用到無線機(jī)械產(chǎn)品上，該技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)將會(huì)對爬壁機(jī)器人的成長進(jìn)程有著很大的促進(jìn)作用。1.3本文研究的主要內(nèi)容筆者在本文所討論的爬墻機(jī)器人是一種基于涵道風(fēng)扇的反向推進(jìn)方式的爬壁式機(jī)器人，機(jī)器人利用推進(jìn)風(fēng)扇的反向推力與摩擦力及機(jī)器人自身重力的協(xié)調(diào)使機(jī)器人吸附在墻面。相對于以往的磁吸附式爬墻機(jī)器人或者真空式爬墻機(jī)器人，基于涵道推進(jìn)的爬墻機(jī)器人沒有對于墻面有著更多的限制，不需要屬于可吸附金屬和高的平整密封性，可實(shí)現(xiàn)各種墻面的運(yùn)動(dòng)，具有很好的應(yīng)用前景。爬墻機(jī)器人的總體方案的設(shè)計(jì)2.1爬墻機(jī)器人基本原理涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人主要由機(jī)器人底盤和涵道風(fēng)扇裝置組成，能在各種角度的平面上行駛以及懸停。通過添加機(jī)器人工作所需的相關(guān)工作元件，可以使機(jī)器人在墻面、壁面棚頂?shù)葮O限環(huán)境中進(jìn)行檢查、清洗、噴涂、運(yùn)輸?shù)裙ぷ?。在現(xiàn)實(shí)生活中，大部分物體之間的摩擦系數(shù)都在0.3-0.8之間，機(jī)器人若是想吸附在墻壁表面，則需要有超過自身重力一兩倍的壓力才得以實(shí)現(xiàn)，因而實(shí)現(xiàn)功能是比較困難的。由此在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人的這種正壓力一般只是用作其貼附在墻面上滿足實(shí)際應(yīng)用做需要的必要壓力，而真正的在墻面上的移動(dòng)主要是通過上方懸掛纜繩來實(shí)現(xiàn)的，然而這種方式有很大的局限性，并不能在實(shí)際應(yīng)用中得到大力的推廣。為了解決上述問題，本文提出的爬墻機(jī)器人充分利用了在墻面上時(shí)，機(jī)器人和負(fù)載的重力、風(fēng)扇的反向推力以及摩擦力的合理協(xié)調(diào)，經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)爬墻機(jī)器人的工作需求。涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人的移動(dòng)系統(tǒng)采用履帶式運(yùn)動(dòng)，增加機(jī)器人抓地效果，并且增強(qiáng)機(jī)器人的的越障能力，使機(jī)器人適應(yīng)多樣化的墻壁表面。機(jī)器人的吸附系統(tǒng)利用機(jī)器人自身的涵道風(fēng)扇的方向推力作用使機(jī)器人更好的吸附在表面，受墻壁表面的材質(zhì)以及外形的影響很小。2.2機(jī)器人力學(xué)分析為了方便表述與計(jì)算，現(xiàn)將機(jī)器人的所受的涵道風(fēng)扇的推力用力F代替（如圖4示），機(jī)器人受到的向上的合力為尸合，當(dāng)摩擦力的方向豎直向上時(shí)，F(xiàn)合與車體底盤和風(fēng)扇端面的夾角0（通過涵道風(fēng)扇上的調(diào)節(jié)舵機(jī)的轉(zhuǎn)向作用來實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的傾角效果）以及履帶和墻壁之間的摩擦系數(shù)U的關(guān)系如下（2-1）所示：F=pFsin0+FcosG合 （2-1）=Fpl+p2sin（0+卩）其中，P關(guān)于摩擦因數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式如下（2-2）示：cos卩二 （2-2）1+p2為了更好地發(fā)揮涵道風(fēng)扇的推進(jìn)作用，取F最大時(shí)的夾角0為最佳夾角，合

易得（如圖5示），此時(shí)的夾角0為n2-卩。此時(shí)機(jī)器人所受的升力的最大值為F 二F\：l+卩2。（2-3）合max機(jī)器人所受的總的合力尸合為涵道風(fēng)扇自身推力的卩+卩2倍，機(jī)器人所需推力的最小值比起自身的重力要小。如果采用正壓力式的推進(jìn)方式，則需要為機(jī)器人自身重力的2-3倍左右的涵道推力，因而此時(shí)采用一定角度的風(fēng)扇更好地利用了涵道風(fēng)扇的推力，提高了爬墻機(jī)器人的效率，降低了能量的消耗。2.3機(jī)器人的抗傾覆能力當(dāng)機(jī)器人的涵道風(fēng)扇與機(jī)器人的底盤有一定夾角的時(shí)候，其風(fēng)扇的推力跟中心不會(huì)跟車體平面重合，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)容易使機(jī)器人發(fā)生傾覆的力矩（如圖6示），其受力關(guān)系如下式（2-4）所示（忽略履帶的摩擦力矩產(chǎn)生的輕微影響）：N+N二Fsin0(2-4){12(2-4)F(Hcot0+L-l)sin0-NL+Gh二02

圖6圖6受力情況上圖中，H、h分別為涵道風(fēng)扇的力的作用點(diǎn)和機(jī)器人的中心跟車體表面高度的距離，L、l分別為前后輪軌的軸距及風(fēng)扇和后輪軌的軸距。(2-5)fL(Hcot0+1)sin0-Gh[=N(2-5)Fl(L-1-Hcot0)sin0+Gh[二竹(2-6)二FL(2Hcot0+21-L)sin0-2Gh￡(2-6)從以上各式可以看出，導(dǎo)致機(jī)器人發(fā)生傾覆的原因主要和軸距L、l的大小有關(guān)系，并且涵道風(fēng)扇的位置也對其有影響。當(dāng)其軸距滿足上述關(guān)系式時(shí)，機(jī)器人車體不會(huì)有傾覆的趨勢。2.4機(jī)器人的自豎直機(jī)制利用涵道風(fēng)扇推進(jìn)機(jī)器人在墻面進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)面臨一個(gè)問題，就是隨著機(jī)器人的轉(zhuǎn)向涵道風(fēng)扇會(huì)跟著轉(zhuǎn)變推理的方向，這將無法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在墻面上的懸停。因此為了確保機(jī)器人在轉(zhuǎn)向或者發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)仍能夠保證涵道風(fēng)扇的推力方向不變，采取一種方案：設(shè)計(jì)一個(gè)支架使其能繞著機(jī)器人的底盤自由旋轉(zhuǎn)，將電池和風(fēng)扇放在底盤的后方，保證其重心遠(yuǎn)離支架的旋轉(zhuǎn)中心（如圖7所示）。這樣支架能夠像擺錘一樣始終保持著豎直。但是由于風(fēng)扇的推力遠(yuǎn)大于支架加上風(fēng)扇的重力，因而要對其受力做必要的分析。風(fēng)扇的推力方向朝著風(fēng)扇與支架的旋轉(zhuǎn)中心，當(dāng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)或者偏向時(shí)，設(shè)其中心線與豎直重力方向的夾角為a,此時(shí)重

力G的方向邊不再與其中心線重合，G會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力矩（如圖7所示），其關(guān)系如下所示:圖7 圖7 圖8(2-7)M=Gksina(2-7){M=Mf上式中，G、k分別為風(fēng)扇、電池和支架的總重及他們的重心跟旋轉(zhuǎn)軸的距離；M為裝配誤差產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)軸摩擦力矩推力偏心力矩的和，其值很小。針對fM而言Gk的值比其要大很多，因而支架的偏轉(zhuǎn)角a很小。在機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向f或者偏轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)微小夾角的存在并不會(huì)怎么影響涵道風(fēng)扇推力的方向。2.5爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分析具體的運(yùn)動(dòng)軌跡是用于移動(dòng)覆蓋在所有未占據(jù)空間的重要信息。區(qū)回補(bǔ)操作也叫全覆蓋路徑規(guī)劃是一種常見的和有用的一種路徑規(guī)劃，這需要機(jī)器人路徑覆蓋的每一個(gè)部分工作區(qū)。選擇和評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)不同種類的路徑規(guī)劃應(yīng)綜合工作安全，工作效率和百分比移動(dòng)覆蓋。一種爬墻機(jī)器人的應(yīng)用可緩解工作人員的危險(xiǎn)，并進(jìn)行自動(dòng)工作的可能，安全生產(chǎn)是用于評估該路徑的第一個(gè)重要的因素。在爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)作業(yè)中，要實(shí)現(xiàn)例如清洗墻壁表面的功能，難以和地面上的多足機(jī)器人那樣輕松跨越障礙，并且針對于在墻面上的機(jī)器人具有更好的危險(xiǎn)性。針對于差異的限定條件以及完善策略，即可歸納得到合適的機(jī)器人基本運(yùn)動(dòng)的序列組合，可以實(shí)現(xiàn)爬墻機(jī)器人所需的工作目標(biāo)。本文中結(jié)合涵道推進(jìn)方式容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，對于爬墻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑采用“川”字型路線，將涵道推進(jìn)式的爬墻機(jī)器人缺點(diǎn)所帶來的影響減到最低。涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人結(jié)構(gòu)3.1基本結(jié)構(gòu)涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人由運(yùn)動(dòng)底盤和涵道風(fēng)扇兩大部分組成（如圖9所示）。其中運(yùn)動(dòng)底盤實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在相關(guān)墻面上的運(yùn)動(dòng)和完成所需要的工作的裝置；涵道風(fēng)扇用于提供機(jī)器人吸附在墻面上的吸附力以及工作所需的吸附力。在機(jī)器人的底盤上分布有傳動(dòng)動(dòng)力、推進(jìn)轉(zhuǎn)向、控制、所需完成工作的機(jī)構(gòu)等部分。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)由帶有自鎖機(jī)制的蝸輪蝸桿減速器和直流電機(jī)提供。利用蝸輪蝸桿的自鎖機(jī)制和履帶式推進(jìn)機(jī)構(gòu)的結(jié)合可以使機(jī)器人在墻面上時(shí)不產(chǎn)生滑動(dòng)，并且具有較好的跨障能力，適應(yīng)各種墻面。涵道推進(jìn)裝置包含有涵道推進(jìn)風(fēng)扇、電池以及支架等。涵道風(fēng)扇在支架上可自由旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)和各種角度的墻面，并且提高了風(fēng)扇推進(jìn)力的應(yīng)用效率。圖93.2總體設(shè)計(jì)要求外形尺寸：600（長）X300（寬）X300（高）mm清掃面積：不小于10平米/小時(shí)負(fù)載能力：不小于1kg噪聲：W90dB3.3確定相關(guān)參數(shù)根據(jù)上文的公式，取現(xiàn)實(shí)生活中橡膠輪胎與粗糙水泥之間的摩擦因數(shù) M=0.5，得涵道風(fēng)扇的偏角8=26.6°,另取推力F=1.2G。支架的高度△H和涵道H=AH+R，cos0風(fēng)扇的半徑R確定H,其關(guān)系為— /2 。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選取64涵道風(fēng)扇標(biāo)配kv4500馬達(dá)，適配電調(diào)40A，標(biāo)準(zhǔn)反向推力2.5Kg，直徑為64mm。結(jié)合上式，旋轉(zhuǎn)支架的高度△H取在5~10的范圍內(nèi)，由此可得H=42。有估算可得由底盤、風(fēng)扇和電池確定的h=l/3H=14.結(jié)合以上各式及其參數(shù)可得：Ni-"廣(l-%+54.4)(3-1)當(dāng)N!-N2=0時(shí)，機(jī)器人的前后輪對于墻面有著相同的壓力，此時(shí)車體維持L/一i-544平衡，L和l的關(guān)系為：-邊—-(3-2)根據(jù)電機(jī)和電池的相關(guān)尺寸，可得l的取值范圍為1>b+Mcos0(3-3)綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)，涵道推進(jìn)式爬墻機(jī)器人的相關(guān)參數(shù)如下表所示：表1長度寬度風(fēng)扇傾總重負(fù)載重(mm)(mm)角(°)(Kg)(Kg)26215026.561.813.4相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算(1)輪轂與底盤鏈接軸的相關(guān)計(jì)算PT9550000T= — n<[T]軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度關(guān)系為：TWt 0.2D3T(3-4)其中：Tt為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa；T為軸所受扭矩，單位為N?mm；Wt為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm；n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；P為軸的傳遞功率，單位KW；D為軸截面處直徑，單位mm；[Tt]為需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa。1 . J 9550000P .'9550000PD>3 =3 3.'30.2n［和］ 30.2［和］\人 '9550000 ■ 由上式可得軸的直徑:(3-5)0飛0.2［t］由上式可得軸的直徑:(3-5)T T帶入上式可得：D±5.7mm，所以取軸的直徑為6mm。(2)滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算根據(jù)機(jī)器人在墻面上需要滿足的運(yùn)動(dòng)，輪轂收到很小的軸向力，因而選擇深溝球軸承即可滿足基本要求。軸承基本額定壽命Lh(以小時(shí)數(shù)表示)為:L-—(C)3h60nPC-P3歸106 (3-8)代入上式可得：C-558.86NL-1.7xl04hh查閱資料可得，該軸承的基本而定報(bào)告動(dòng)載荷為C0r-1.98kN綜上可得，符合要求。3.5爬墻機(jī)器人的工作結(jié)構(gòu)以上所述主要講述了，機(jī)器人在墻面上吸附和運(yùn)動(dòng)的得以實(shí)現(xiàn)，對于機(jī)器人所需要完成工作的基本結(jié)構(gòu)沒有講述，現(xiàn)針對應(yīng)用最廣的墻壁清潔機(jī)器人的結(jié)構(gòu)做以下分析：機(jī)器人的清洗裝置是機(jī)器人在墻面執(zhí)行清洗工作時(shí)所需的具體的工作裝置，對于不同的墻壁表面其清洗方式和用于工作的機(jī)構(gòu)裝置有著很大的不同。對于表面比較光滑的玻璃幕墻，可以利用清洗刷加上刮水器的組合或者由噴霧劑、擦洗器以及雨刷的組合。對于水泥壁面，其表面污漬較多，切容易存于縫隙之中，可以利用類似牙刷的軟硬毛交替設(shè)計(jì)的清洗刷，其去污能力強(qiáng)，但是在應(yīng)用中振動(dòng)

比較激烈，對于教軟表面的清洗是不適合的。腕部電機(jī)淸打屯機(jī)墻壁清潔機(jī)器人由爬墻機(jī)器人和完成清洗所需要的機(jī)械手組合而成。機(jī)械手的設(shè)計(jì)如下圖9所示。在機(jī)械手的肘部的前端位置安裝有用于觀察和檢測墻以及前端情況的微型攝像頭。機(jī)器手位于爬墻機(jī)器人的前端（可拆卸），是一個(gè)用于自動(dòng)清洗墻壁的裝置。機(jī)械手由清掃刷、清掃電機(jī)、連桿、腕部電機(jī)、小臂、肘部電機(jī)以及肩部電機(jī)等機(jī)構(gòu)組成，擁有4個(gè)自由度。由于清掃電機(jī)只可以實(shí)現(xiàn)清掃動(dòng)作，無法實(shí)現(xiàn)位置上的移動(dòng)，利用腕部電機(jī)、肘部電機(jī)以及肩部電機(jī)之間的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)清掃刷足以清掃所需清掃的區(qū)域。清洗裝置的整體結(jié)構(gòu)應(yīng)用四桿連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使其在機(jī)械手移動(dòng)換位置時(shí)，可以確保清掃刷始終保持垂直墻面。另外，利用四桿機(jī)構(gòu)可以減少機(jī)器人在空間上的自由度，有利于對爬墻機(jī)器人和其清掃機(jī)器手的整體控制。腕部電機(jī)淸打屯機(jī)小錚肋電機(jī)圖io清掃機(jī)械手結(jié)構(gòu)整體分析通過涵道風(fēng)扇的推力使爬墻機(jī)器人吸附在墻面上，在爬墻機(jī)器人的相關(guān)研究方面又是一種新的嘗試。這種爬墻機(jī)器人對于墻壁的表面沒有特別的要求，可適應(yīng)多種基本墻面。另一方面，機(jī)器人采用履帶式的移動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)一定程度的跨障要求，適應(yīng)性相對較高。但是由于采用涵道風(fēng)扇的推進(jìn)方式，會(huì)受外界風(fēng)速的一定影響。另外，在涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)對機(jī)器人車體產(chǎn)生一個(gè)逆向力矩，造成機(jī)器人的兩條履帶對與墻面的抓地力不同，影響機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。并且由于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的吸附所需的推力較大，涵道風(fēng)扇由此產(chǎn)生的噪聲不容忽視?？偟膩碇v，涵道推進(jìn)式的爬墻機(jī)器人有著廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。通過我們的

不斷努力，克服更多的問題，相信在未來這種機(jī)器人一定會(huì)有其用武之地。5.總結(jié)通過將近半個(gè)學(xué)期的認(rèn)真的搜索和寫作，終于完成了《一種抓地式爬墻機(jī)器人機(jī)械部分的設(shè)計(jì)》這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的寫作。從最初有關(guān)機(jī)械課程總結(jié)的論文題目的確定一直到論文主題內(nèi)容的完成，在此過程的每一次向前都是我對于大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次完善和對未知困難的挑戰(zhàn)和創(chuàng)新的嘗試。這篇畢業(yè)論文的完成也代表這我大學(xué)最大的一份作業(yè)的完成，同時(shí)也是我憑自己的認(rèn)真負(fù)責(zé)獨(dú)自完成的最大的一份任務(wù)。在對于論文寫作的整個(gè)過程中，我加深了自己很多不熟悉的只是，并且也了解到了自己之前不清楚的信息，通過對于所需信息的各種查詢和整理，使我對于自己專業(yè)的相關(guān)知識(shí)變得越來越熟悉起來，腦海中那些模糊不清的知識(shí)點(diǎn)一點(diǎn)點(diǎn)串了起來，變得更加的清晰。同于書本上查詢不到或者感受不到的東西，通過在畢業(yè)實(shí)習(xí)公司的認(rèn)真學(xué)習(xí)了解，我對自己畢業(yè)論文的完成變得越來越有信心。每一次對于論文改進(jìn)都是我學(xué)習(xí)的收獲，每一次對于新知識(shí)的掌握，都會(huì)讓我的心情激動(dòng)好久。盡管我的畢業(yè)論文不是想象中的那么完善，還存在著許許多多的不足，但我可以自豪的講，論文中的字里行間，都有我艱辛的付出。當(dāng)看到自己通過克服各種困難而完成的畢業(yè)論文，有一種莫大的欣慰感。我相信在論文寫作過程中的酸甜苦辣最終都會(huì)成為我人生大道的墊腳石。相信這次學(xué)以致用，認(rèn)認(rèn)真真完成論文的經(jīng)歷，會(huì)是我人生的一大筆財(cái)富，它將在我以后的學(xué)習(xí)生活中，給我更加積極進(jìn)取、奮發(fā)向上的動(dòng)力。參考文獻(xiàn)：濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）[M].北京：高等教育出版社，2001.干朝陽.高層建筑外墻清潔涂裝壁面爬行機(jī)器人研究[D].哈爾濱工程大學(xué),2007.王榮華.爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)及動(dòng)力性能研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2007.陳震.壁面爬行機(jī)器人設(shè)計(jì)及路徑規(guī)劃研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2006.⑸孫錦山.氣動(dòng)爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2006.田靜眉.真空吸附式壁面清洗機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究[D].西南交通大學(xué),2013.梅燕民，彭光正，范偉.氣動(dòng)爬墻機(jī)器人[J].液壓氣動(dòng)與密封,2002,01:19-21.⑻徐聰,韓奉林，劉曼玉,張瑞強(qiáng),陳帥?一種斜推式爬墻機(jī)器人的分析與設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2013,05:110-113.宗光華.高層建筑擦窗機(jī)器人[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，1998,02:20.劉淑霞,趙言正，王炎?高樓壁面清洗機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)的研究[J].自動(dòng)化博覽，1999,05:22-25.高瑋瑋，陳再良，宦洪才?基于氣壓傳動(dòng)原理五足式爬墻機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版)，2006,04:21-23.黃文攀,戴永雄,范茂飛,喬斌,劉明芹.爬墻機(jī)器人研究與制作[J].淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010,02:12-15.肖立,佟仕忠，丁啟敏,吳俊生?爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].自動(dòng)化博覽，2005,01:85-86+88.TeodorAkinfiev,ManuelArmada,SamirNabulsi.Climbingcleaningrobotforverticalsurfaces[J].IndustrialRobot:AnInternationalJournal.2009(4)U.S.PatnaikDurgumahanti,VijayenderSingh,P.VenkateswaraRao.ANewModelforGrindingForcePredictionandAnalysis[J].InternationalJournalofMachineToolsandManufacture.2009(3)HwangKim,DongmokKim,HojoonYang,KyouheeLee,KunchanSeo,DoyoungChangjongwonKim.Developmentofawall-climbingrobotusingatrackedwheelmechanism[J].JournalofMechanicalScienceandTechnology.2