類蜘蛛旋轉(zhuǎn)型高空清洗機(jī)器人--李升華組.ppt

1、蘭州理工大學(xué)機(jī)器人創(chuàng)新大賽,電信學(xué)院 設(shè)計(jì)者:王雷訓(xùn) 李升華 劉希 何亞麗,類蜘蛛旋轉(zhuǎn)型高空清洗機(jī)器人,一.設(shè)計(jì)背景,1、現(xiàn)在社會(huì)高樓林立，清洗工作成為一大難題。此項(xiàng)工作若由人來(lái)完成，不僅效率低，而且十分危險(xiǎn)。雖然市場(chǎng)上有不少此類機(jī)器人，但其都具有或多或少的不足之處，比如說(shuō)效率低，清洗效果不好等等等等。 2、本項(xiàng)目，即類蜘蛛旋轉(zhuǎn)型高空清洗機(jī)器人結(jié)合市場(chǎng)上相似產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，充分利用蜘蛛的八條腿的優(yōu)勢(shì)，將其中的四條腿做成長(zhǎng)短不一，令其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而增大每一次的清洗面積，從而提高效率,圖（1）,圖（2）,二.設(shè)計(jì)理念 本設(shè)計(jì)以蜘蛛為原型，增加旋轉(zhuǎn)功能，提高高樓清洗工作的效率 機(jī)器人

2、本體由樓頂電機(jī)控制，利用自身的重力，沿墻壁下滑，通過(guò)上下兩個(gè)風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向墻壁的推力，系統(tǒng)緊緊吸附在墻壁上。,三.作品簡(jiǎn)介, 本廠品能代替人工完成大部分高樓大廈外表的清洗工作，解決了現(xiàn)在高空作業(yè)出現(xiàn)的安全問(wèn)題，且減少了工作人員和工作時(shí)間，準(zhǔn)備工作少，安裝方便。同時(shí)可用于地面的清洗。工作過(guò)程由無(wú)線遙控遠(yuǎn)程控制，操作簡(jiǎn)單。,遙控開(kāi)關(guān),無(wú)線接收塊,清洗機(jī)構(gòu),越障機(jī)構(gòu),平衡機(jī)構(gòu),四.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),受力分析：,G1,G3,G2,FN1,FN2,a,F2,F1,1.對(duì)機(jī)器整體進(jìn)行受力分析： Fx=0 , F1.sina+F2-FN1_FN2=0 FY=0 , F1COSa-G1-G2-G3=0 墻壁對(duì)機(jī)

3、器的作用力FN FN=FN1+FN2=(G1+G2+G3)tana+F2 tan a= d/ h a=arctan（d/h） a在1到5內(nèi) 當(dāng)a =5時(shí) 最小 FN2FN1,通過(guò)調(diào)節(jié)使G3增大，G2減小能提供足夠的正壓力使機(jī)器壓緊在墻體或玻璃表面上。 隨著高度的降低，繩子的增長(zhǎng)，a減小FN2減小，F(xiàn)N1增大，當(dāng)FN2FN1,通過(guò)調(diào)節(jié)G3減小，G2增大，使機(jī)器重新達(dá)到平衡 當(dāng)a=1時(shí)，F(xiàn)N2很小，調(diào)節(jié)G2,G3的大小也能使機(jī)器處于平衡,圖（3）,理論計(jì)算,當(dāng)正常工作時(shí)，軟毛刷快速逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將附著在墻面的灰塵掃起，通過(guò)上面的吸氣裝置吸入空氣凈化器，空氣凈化器與風(fēng)機(jī)相連，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的空氣直接由風(fēng)機(jī)

4、排除。噴霧頭向高空壁面上噴灑足夠的水，使墻壁潮濕，易于清洗。隨后快速轉(zhuǎn)動(dòng)的滾刷將對(duì)噴灑過(guò)水的高空壁面進(jìn)行刷洗。同時(shí)海綿體清洗輥與壓輥在電機(jī)和傳動(dòng)帶的帶動(dòng)下同步反向轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著高空清潔機(jī)器人本體向下運(yùn)行，海綿體清洗輥將會(huì)把高空壁面上殘留的污水、污垢擦洗掉，并吸附到海綿體上，然后由同步轉(zhuǎn)動(dòng)的壓輥將污水?dāng)D出海綿體，并通過(guò)上噴頭的強(qiáng)力射槍，將海綿體清洗輥表面的污垢沖掉，一起被接水箱導(dǎo)入通到樓底的管子, 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要由： 1、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 2、壓緊機(jī)構(gòu) 3、清洗機(jī)構(gòu) 4、平衡機(jī)構(gòu),1.運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),1、如圖，類蜘蛛旋轉(zhuǎn)型清洗機(jī)器人的左右兩面的第一，第四條腿設(shè)計(jì)得長(zhǎng)短不一，清洗效果如下圖圓環(huán)所示：如圖1所示，8個(gè)圓

5、圈為傳統(tǒng)吸盤(pán),如圖5,6,7,8，a,b,c,d,但又具有特殊性，可根據(jù)高樓材料隨時(shí)替換，從而達(dá)到既能清洗玻璃又能清洗大理石，瓷磚等不同材料；,1,3,2,4,5,7,6,8,a,d,c,b,2、蜘蛛身體和其中的四條腿分為兩組，5,6,7,8和a,b,c,d各一組，當(dāng)進(jìn)行清洗時(shí)，5，6，7，8會(huì)離開(kāi)豎直平面，向上翹起，不會(huì)阻礙1，2，3，4部位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗工作。當(dāng)一塊區(qū)域清洗完畢后， 5，6，7，8向下退,當(dāng)退到未被清洗的區(qū)域時(shí)，將自動(dòng)吸附到墻壁上，此時(shí)，蜘蛛身體開(kāi)始移動(dòng)，直至移動(dòng)到合適的位置后，a,b,c,d吸附到墻壁上，5，6，7，8翹起，進(jìn)行新一輪清洗工作。,2.越障機(jī)構(gòu), 對(duì)承擔(dān)主要清

6、洗任務(wù)的刮水器和廢水回收裝置，設(shè)計(jì)了凸輪機(jī)構(gòu)。在清洗玻璃面時(shí)，凸輪旋轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)使刮水器和廢水回收裝置壓緊在清洗面上；當(dāng)需要越障和清洗大理石壁面時(shí)，凸輪旋轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)使其同時(shí)抬起，抬起高度略大于車輪半徑即最大越障能力，通過(guò)行程開(kāi)關(guān)使凸輪停止旋轉(zhuǎn)。,3.清洗機(jī)構(gòu), 清洗機(jī)構(gòu)由供水箱，圓刷，噴水管和水刮組成。主水管固定在樓頂，按需要給供水箱供水。圓刷由直流電機(jī)帶動(dòng)，其作用是攪動(dòng)清洗面上的灰塵。圓盤(pán)轉(zhuǎn)刷如圖所示（圖7）,圖（7）,4.平衡機(jī)構(gòu),平衡機(jī)構(gòu)由供水箱，廢水箱和手臂組成。兩水箱通過(guò)電磁閥相通，電磁閥根據(jù)安裝在車輪上應(yīng)變片來(lái)控制開(kāi)關(guān)。通過(guò)上下水箱中的水量匹配使機(jī)器保持上下平衡。安裝了萬(wàn)向輪(一個(gè)手

7、臂4個(gè)萬(wàn)向輪)的手臂保持機(jī)器左右平衡。,五.控制電路,1.采用無(wú)線遙控控制卷?yè)P(yáng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。 2.采用無(wú)線遙控控制對(duì)圓刷的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。 3.對(duì)兩手臂電機(jī)的工作狀態(tài)，從而改變手臂轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。,控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),多輸入多輸出控制系統(tǒng)框圖,系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)“ATMEGA16”作為核心控制，其優(yōu)點(diǎn)為： 1、I/O口可設(shè)為推挽輸出，輸出電流大。 2、大多數(shù)指令都是單時(shí)鐘指令，運(yùn)算速度快。 3、片內(nèi)集成A/D轉(zhuǎn)換功能，便于光信號(hào)的多級(jí)度取樣。 4、定時(shí)器可以工作在CTC模式，可以立即更新數(shù)據(jù)，便于產(chǎn)生多路PWM信號(hào)。 、,控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),系統(tǒng)電路圖原理圖,六.作品創(chuàng)新,伺服電動(dòng)機(jī)舵機(jī)做動(dòng)力，效率和質(zhì)量比高 凸輪機(jī)構(gòu)使機(jī)器順利的跨越障礙。 機(jī)器代替人高空作業(yè)更安全。 工作效率提高。 單片機(jī)控制電路，滿足復(fù)雜的控制功能,七.前景展望,隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展，高樓林立的現(xiàn)象將越來(lái)越普遍，這樣，越來(lái)越多的建筑采用瓷磚或者玻璃幕墻等，常年裸露在外，必須進(jìn)行維護(hù)清洗，雖然市場(chǎng)上出現(xiàn)了類似的機(jī)器人，可是由于效率低，效果差，一直沒(méi)有得到普遍運(yùn)用。長(zhǎng)期以來(lái)，表面清洗多數(shù)依靠身系繩索，手持抹布的“蜘蛛人”高空作業(yè)，高大建筑物玻璃幕墻的清