高層玻璃幕墻清洗機(jī)器人機(jī)械部分設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 高層玻璃幕墻清洗機(jī)器人研發(fā)意義 </p><p>　　隨著人口規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市高層建筑越來(lái)越多。摩天大樓逐漸成為生活中常見(jiàn)的一景。由于玻璃具有采光性好、保溫性好、防潮性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由于彩色玻璃美觀大方，所以越來(lái)越多的高層建筑選擇了用玻璃幕墻。目前，我國(guó)大部分玻璃幕墻的清洗都需要依

2、靠“蜘蛛人”來(lái)完成，但是，這種高空作業(yè)有一定的危險(xiǎn)性。因此，需要一個(gè)能夠代替人力完成清洗任務(wù)的機(jī)器人。</p><p>　　1.2 高層玻璃幕墻清洗機(jī)器人研究現(xiàn)狀及分析</p><p>　　1.2.1國(guó)外玻璃幕墻清洗機(jī)器人研究現(xiàn)狀</p><p>　　德國(guó)相關(guān)公司委托制作的“SKYWAH”是這個(gè)星球上第一個(gè)能夠成功制作出來(lái)的清洗機(jī)器人。這個(gè)龐大的機(jī)器人主要結(jié)構(gòu)是個(gè)多

3、關(guān)節(jié)巨型伸縮臂，能夠在距離33米的地方完成工作。所有的軸采用抗拉鋼材并采用液壓驅(qū)動(dòng)，所以結(jié)構(gòu)重量較輕。這一款清洗機(jī)器裝置安裝在四輪驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)相關(guān)底盤(pán)上，清洗刷較長(zhǎng)，定位精度高。該機(jī)器人可以在人的監(jiān)視下完成清洗工作，動(dòng)作靈活。</p><p>　　與我們一衣帶水的鄰國(guó)——日本，他們的機(jī)器人公司之一——BE公司研制過(guò)一款軌道已經(jīng)固定好的的專門(mén)用于擦玻璃的機(jī)器人，依據(jù)安裝在樓頂?shù)能壍篮拖嚓P(guān)的提升系統(tǒng)，清洗機(jī)可以準(zhǔn)確地對(duì)

4、準(zhǔn)窗戶。該設(shè)備優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度相對(duì)較高。但是，一般建筑在設(shè)計(jì)之初不會(huì)將擦窗系統(tǒng)考慮其中，使該機(jī)構(gòu)適用性大大降低。</p><p>　　德國(guó)瑪歌堡的費(fèi)勞恩霍費(fèi)爾相關(guān)的研究所是德意志共和國(guó)主要的生產(chǎn)和自動(dòng)化中心，它們?cè)谶^(guò)去的這些年，曾經(jīng)較為成功地研究了一系列清洗機(jī)器人。該機(jī)器人可橫向、可縱向，隨心所欲完成清洗任務(wù)。</p><p>　　德國(guó)佛拉貨福爾研究所研制了一種名為SIRIUSC的清洗機(jī)器

5、人。在那些要清洗的相關(guān)建筑物上，我們放在了上面一輛跟隨及其運(yùn)動(dòng)的小車(chē)，這輛小車(chē)不緊急今年能夠起到定位的作用，而且還能對(duì)裝置起到安全保護(hù)的作用。機(jī)器人坐豎直運(yùn)動(dòng)，左右移動(dòng)依靠小車(chē)來(lái)完成。</p><p>　　美國(guó)航空航天宇航局下屬的機(jī)器人公司，在上個(gè)世紀(jì)研制了爬壁機(jī)器人“Sky Washer”（用于清洗摩天大樓），它重大約四十斤，該機(jī)器人利用兩組框架（L型）進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，交替吸附來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)。每組框架有三個(gè)“

6、腳掌”（每個(gè)“腳掌”有兩個(gè)吸盤(pán)）。</p><p>　　還有，德意志共和國(guó)、西班牙王國(guó)、大不列顛及北愛(ài)爾蘭聯(lián)合王國(guó)、即將舉辦世界杯和奧運(yùn)會(huì)的巴西、位于馬六甲海峽附近的新加坡、深陷戰(zhàn)火的以色列、奧地利、澳大利亞、加拿大等國(guó)家相繼進(jìn)行了研究。</p><p>　　1.2.2 國(guó)內(nèi)玻璃幕墻清洗機(jī)器人研究現(xiàn)狀</p><p>　　或許因?yàn)闅v史上的種種原因，我國(guó)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)方面

7、起步較晚，但是發(fā)展迅速。在二十時(shí)期七十年代中期，日本相關(guān)企業(yè)來(lái)到中國(guó)進(jìn)行科技展覽會(huì)，川崎公司在中國(guó)第一次展出了工業(yè)機(jī)器人，從此，我國(guó)開(kāi)始了機(jī)器人研制的相關(guān)研究。</p><p>　　上海大學(xué)自1988年起，先后進(jìn)行了玻璃窗清洗機(jī)器人以及球形爬壁機(jī)器人的研究。前者是那種質(zhì)量非常大而且還缺少至關(guān)重要的清洗系統(tǒng)。后者采用腿足式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，足端為真空吸盤(pán)。</p><p>　　哈工大研發(fā)過(guò)多款爬壁機(jī)

8、器人。輪式負(fù)壓機(jī)器人的堡壘已經(jīng)被其輕松攻破。該類機(jī)器人還設(shè)有卷?yè)P(yáng)機(jī)，地面支援小車(chē)。柔性設(shè)計(jì)的密封款式，雖然它對(duì)壁面的適應(yīng)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他機(jī)構(gòu)，但越障能力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)差于其他裝置。</p><p>　　1996年起，北航在國(guó)家“863”計(jì)劃的資助下，先后研制了“擦玻璃的機(jī)器人（靈巧款）”、“天空潔寶”、“吊籃式擦窗機(jī)器人”，前三種為十字機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人。而進(jìn)入新千年而研發(fā)的雙車(chē)體機(jī)器人，但重量小得多，僅為40斤。該機(jī)器人本

9、體結(jié)構(gòu)采用具有滑動(dòng)密封負(fù)壓吸附裝置，能實(shí)現(xiàn)越障和曲面轉(zhuǎn)換功能。</p><p>　　香港大學(xué)和內(nèi)地大學(xué)合作研發(fā)的CLEANBOT-I采用北京航空航天大學(xué)的原型，CLEANBOT-II則是采用了仿照坦克的原型。與其它相比，它采用了多個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.3 高層建筑外墻清洗機(jī)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　由于清洗工作需要在墻壁上這種極其特殊的環(huán)境下進(jìn)

10、行，所以清洗爬壁機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)要求是相當(dāng)苛刻的?？偟脑瓌t為：盡可能低的重量，盡可能低的造價(jià)，盡可能高的可靠性，適應(yīng)性要比較高，滿足于各種墻面，當(dāng)然，較高的清洗效率也是不可缺少的因素。</p><p>　　我們從清洗機(jī)的工作環(huán)境不難看出，發(fā)展方向可能有下面幾個(gè)：</p><p>　　首先，要適用于玻璃幕墻清洗，由于其工作條件所限制，導(dǎo)致它必須能夠盡可能地做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便控制。</p

11、><p>　　其次，該機(jī)器人要適用于復(fù)雜墻面，如爬樓梯，一個(gè)墻壁上有多個(gè)窗戶的壁面清洗，但是，這樣會(huì)對(duì)其結(jié)構(gòu)，控制，運(yùn)動(dòng)方式等其他因素提出更高的要求，必須要求設(shè)計(jì)時(shí)能夠提出更加更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)理念。</p><p>　　1.4 高層建筑外墻清洗機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題</p><p>　　國(guó)內(nèi)外關(guān)于高層爬壁清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究已經(jīng)有數(shù)十年的進(jìn)程，同時(shí)，在各種各樣的機(jī)器人中，也存在著一

12、些或個(gè)性或共性的問(wèn)題。</p><p>　　吸附能力難以滿足各種工作面的要求，在現(xiàn)實(shí)的清洗過(guò)程中，建筑物外墻壁可能是各種各樣的材料，材料甚至非常復(fù)雜，不僅僅是一個(gè)兩個(gè)材料物質(zhì)，而且結(jié)構(gòu)上也不是那么簡(jiǎn)單，或有溝縫，或有凸起，或有凹陷；那么我們必須解決類似于跨越，密封，移動(dòng)等許多技術(shù)難題，否則極大的影響避免清洗機(jī)器人的效率。</p><p>　　移動(dòng)的技術(shù)性和靈活性相互矛盾，在實(shí)際的清洗過(guò)程中

13、，我們發(fā)現(xiàn)既要保證結(jié)構(gòu)的小型化和較高的效率，還需要在具有一定負(fù)載的前提下能夠自由的上下的移動(dòng)，具有較強(qiáng)的越障能力。</p><p>　　控制技術(shù)與可靠性同樣存在著矛盾?？刂菩枰娫淳€和通訊線，但是這些存在大大影響了機(jī)器人的靈活性和控制機(jī)器人的工作完整性，而如果去掉機(jī)器人電源線和通訊線的話，又會(huì)對(duì)自己的控制造成不良影響。</p><p>　　清洗機(jī)構(gòu)與機(jī)器人負(fù)重的矛盾。設(shè)計(jì)的安全性，清洗機(jī)構(gòu)

14、和污水再利用，我們能夠識(shí)別清洗質(zhì)量，但是如果機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，過(guò)高的增添成本，反而會(huì)造成一種得不償失。</p><p>　　1.5 高層建筑外墻清洗機(jī)課題提出</p><p>　　考慮到以上高樓爬壁清洗機(jī)器人所包含的那么多問(wèn)題，我們所設(shè)計(jì)的清洗機(jī)構(gòu)不僅僅要滿足壁面的清洗工作，還要思考一下水源，清洗的刷子，清洗專用液以及相關(guān)氣動(dòng)裝置。所以我們要努力地在設(shè)計(jì)的靈活性和功能的合理性中間找到一個(gè)點(diǎn)。

15、在移動(dòng)的過(guò)程中，為了要克服重力并且靈活移動(dòng)，我要盡可能采用輕質(zhì)材料，盡可能地采取一種方便控制和吸附的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，并盡量利用新型能源材料的開(kāi)發(fā)和無(wú)線通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的自動(dòng)控制，盡可能是機(jī)器人更加智能化、通用化、使其成為一條產(chǎn)業(yè)鏈。</p><p><b>　　2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)任務(wù)</b></

16、p><p>　　根據(jù)清洗機(jī)器人清洗作業(yè)的要求，在完成一列玻璃的清洗后，需要進(jìn)行提升，因此清洗機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)該包括機(jī)器人清洗部分、吸附部分、提升部分、驅(qū)動(dòng)部分和控制系統(tǒng)四大部分。</p><p>　　2.2清洗系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.2.1盤(pán)刷設(shè)計(jì)</b></p><p>　　盤(pán)刷具有彈性和剛度，可保證能夠

17、承載一定的壓緊力來(lái)清洗墻面。只有受了力墻面清晰的才算干凈，同時(shí)若墻面有障礙物，塑料毛有一定的彈性來(lái)完成退讓相關(guān)障礙物，盤(pán)刷與聯(lián)刷體可通過(guò)螺栓來(lái)裝配銜接的。</p><p>　　刷子半徑214mm；</p><p>　　有毛半徑208mm；</p><p><b>　　刷毛長(zhǎng)度50mm。</b></p><p><b

18、>　　2.2.2滾刷設(shè)計(jì)</b></p><p>　　滾刷的內(nèi)層筒壁為尼龍，在上面穿制豬鬃，在筒的兩側(cè)安裝上軸的端部，起到支撐作用并且和V帶相聯(lián)接。滾刷需要通過(guò)障礙物需要依靠鬃毛的變形，所以長(zhǎng)度不宜過(guò)小，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選擇60mmm為佳。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)參數(shù)為:</b></p><p><b>　　

19、滾刷寬度</b></p><p><b>　　刷毛長(zhǎng)度</b></p><p>　　鬃毛螺旋穿制可以方便引流，采用一軟一硬的豬鬃對(duì)稱滾筒中心人字形纏繞。</p><p>　　選擇螺旋升角為15°，則有如下關(guān)系：</p><p><b>　　式中：</b></p>

20、<p>　　- 滾刷穿制直徑（mm）；</p><p>　　- 鬃毛螺旋導(dǎo)程（mm）。</p><p>　　鬃毛根據(jù)自然膨脹效應(yīng)會(huì)成倒圓錐，由經(jīng)驗(yàn)可知，那么一個(gè)尖端的實(shí)際直徑為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　- 鬃毛的長(zhǎng)度（mm）；</p><p>　

21、　- 鬃毛穿制孔直徑(mm)。</p><p>　　滾刷邊緣與鬃毛束的距離t為：</p><p>　　5mm的間隙既能對(duì)清洗液完成引流，還能有效地完成清洗壁面的工作。實(shí)際穿制滾刷時(shí)，選取導(dǎo)程42mm，圈數(shù)為：</p><p>　　滾刷轉(zhuǎn)速直接影響到清洗速度和效果。為保證清洗機(jī)正常運(yùn)動(dòng)，需使?jié)L刷轉(zhuǎn)速和移動(dòng)速度相匹配，使玻璃和滾刷之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而減少磨損。<

22、/p><p>　　清洗機(jī)正常運(yùn)動(dòng)速度3m/min，估算轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　n- 滾刷轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　v- 清洗機(jī)移動(dòng)速度（m/s）；</p><p><b>　　k- 刷洗系數(shù)；</b></p&

23、gt;<p>　　R- 滾刷半徑（m）。</p><p><b>　　取k=5：</b></p><p>　　2.2.3電機(jī)的選用</p><p>　　下面對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩和功率需求進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　　1）滾刷所需力矩為：</p><p><b>　　式中：</

24、b></p><p>　　滾刷鬃毛與壁面摩擦因數(shù)</p><p>　　N- 壁面與滾刷間作用力</p><p><b>　　R- 滾刷半徑</b></p><p>　　根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，在0.45—0.68之間變化，取=0.5；N的結(jié)果與鬃毛變形量有關(guān)，當(dāng)變形量為5mm時(shí)，F(xiàn)=50.25±0.23N；當(dāng)變形量

25、為10mm時(shí)。F=139.64±0.11N。故取N=140N</p><p>　　=0.51400.085=6N·m</p><p><b>　　盤(pán)刷所需力矩為：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　-刷毛與壁面摩擦因數(shù)（取0.15）</

26、p><p><b>　　-盤(pán)刷半徑</b></p><p><b>　　所需總轉(zhuǎn)矩為</b></p><p><b>　　所需功率的計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)刷洗力矩，我們選擇Y2-802-6電機(jī)，相關(guān)參數(shù)如下：</p><p>　　2.2.3盤(pán)

27、刷彈簧的選用</p><p>　　1）彈簧的種類：圓柱螺旋壓縮彈簧;</p><p>　　2) 彈簧的材料：碳素彈簧鋼；</p><p><b>　　3）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　彈簧的工作圈數(shù)（根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三卷）：</p><p>　　彈簧絲直徑（根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》

28、第三卷）：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　允許極限負(fù)荷下的單圈變形：</p><p><b>　　單圈剛度：</b></p><p><b>　　彈簧節(jié)距：</b></p><p><b>　　最大工作載荷：<

29、;/b></p><p><b>　　極限工作載荷：</b></p><p><b>　　彈簧每圈展開(kāi)長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　　計(jì)算數(shù)據(jù)如下：</b></p><p>　　2.2.4錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算和相關(guān)校核</p><p>　　

30、錐齒輪選用直齒錐齒輪，我們?cè)O(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)：</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）》第三卷表14-3-5，選擇大端端面模數(shù)。</p><p>　　小齒輪大端分度圓直徑，小齒輪齒數(shù)為則齒數(shù)：</p><p><b>　　節(jié)錐角為：</b></p><p><b>　　錐距為：</b><

31、/p><p>　　齒寬系數(shù)取0.3，則齒寬：</p><p><b>　　故取b=24mm。</b></p><p><b>　　齒頂高：</b></p><p><b>　　齒高：</b></p><p><b>　　齒根圓：</b>

32、</p><p><b>　　大端齒頂圓直徑：</b></p><p><b>　　齒根角：</b></p><p><b>　　齒頂角：</b></p><p><b>　　頂錐角：</b></p><p><b>　　

33、根錐角：</b></p><p><b>　　冠頂距：</b></p><p><b>　　確定傳動(dòng)的精度等級(jí)</b></p><p><b>　　初選平均切線速度</b></p><p>　　參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可以得出傳動(dòng)等級(jí)為8級(jí)。</p>&

34、lt;p>　　下面進(jìn)行載荷系數(shù)的確定：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　-使用系數(shù),取</b></p><p><b>　　-動(dòng)載荷系數(shù)，取</b></p><p>　　-齒向載荷分布系數(shù),取</p><p>

35、;<b>　　計(jì)算結(jié)果為：</b></p><p>　　下面校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度：</p><p><b>　　1）確定許用應(yīng)力 </b></p><p>　　該齒輪副接觸疲勞極限為：</p><p><b>　　那么許用應(yīng)力為：</b></p><p>

36、;<b>　　式中：</b></p><p>　　-壽命系數(shù),由已知條件取</p><p><b>　　-安全系數(shù),取</b></p><p>　　2）彈性系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：</p><p>　　3）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知：</p><p>　　小齒

37、輪所需大端分度圓直徑： </p><p><b>　　5）驗(yàn)算速度</b></p><p><b>　　平均直徑： </b></p><p><b>　　平均線速度：</b></p><p><b>　　確定模數(shù)m: </b></p>&l

38、t;p>　　由以上可知，滿足要求。</p><p>　　下面進(jìn)行齒根抗彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算：</p><p>　　確定許用彎曲應(yīng)力 </p><p><b>　　1) 壽命系數(shù)</b></p><p><b>　　2) 安全系數(shù)</b></p><p><b>　

39、　3) 尺寸系數(shù)</b></p><p>　　4) 極限應(yīng)力,5ff取</p><p><b>　　5) 許用彎曲應(yīng)力</b></p><p><b>　　齒形系數(shù), </b></p><p>　　1) 分錐角 </p><p>　　2) 當(dāng)量齒數(shù):

40、</p><p>　　3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取,</p><p><b>　　4) 應(yīng)力修正系數(shù)</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取，</p><p>　　校核齒根抗彎疲勞強(qiáng)度由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》</p><p><b>　　三式聯(lián)立求得</b></

41、p><p>　　由以上內(nèi)容可知，滿足要求。</p><p>　　2.2.5直齒輪副的設(shè)計(jì)計(jì)算和相關(guān)校核</p><p>　　根據(jù)工作要求，小齒輪轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比，在齒輪傳動(dòng)的過(guò)程中，可以允許有4%的誤差，預(yù)計(jì)這齒輪的使用壽命預(yù)期壽命五年，每年按180天計(jì)算。工作有輕微沖擊，齒輪對(duì)稱布置。</p><p><b>　　齒輪相關(guān)參數(shù)為：</

42、b></p><p><b>　　計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　定重合度系數(shù)、</b></p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得</p><p><b>　　===0.865</b></p><p><b>　　=

43、0.25+</b></p><p>　　下面，確定載荷系數(shù)、</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　1) 使用系數(shù) 取=1.35</p><p>　　2) 動(dòng)載系數(shù) 取=1.14</p><p>　　3) 齒向載荷分布系數(shù)，取=1.29</p>

44、<p>　　4) 齒間載荷分配系數(shù)、</p><p><b>　　根據(jù)條件</b></p><p>　　得 =1/ Y=1/0.677=1.48</p><p>　　5) 計(jì)算載荷系數(shù) 、為</p><p>　　齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算情況如下：</p><p>　　（1）確定許用應(yīng)

45、力[]</p><p><b>　　1）總工作時(shí)間：</b></p><p>　　2）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N、N，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得：</p><p>　　3）壽命系數(shù)、 </p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=1 =1</p><p>　　4）接觸疲勞極限 ： </p>

46、<p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取=630MPa，=490MPa</p><p><b>　　5）安全系數(shù) ： </b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取=1</p><p>　　6）許用應(yīng)力[]、[]：</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：</p><p><b&g

47、t;　　[]=</b></p><p><b>　　[]=</b></p><p><b>　?。?）彈性系數(shù)：</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=190</p><p>　　（3）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ：</p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取=

48、2.5</p><p>　?。?）求所需小齒輪直徑 由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：</p><p>　　計(jì)算結(jié)果，符合初估數(shù)值</p><p>　?。?）確定中心距以及模數(shù)等其他參數(shù)：</p><p>　　1）中心距a 初算中心距</p><p>　　園整取中心距a =200mm</p><p>

49、　　2）模數(shù)m 由中心距a及初選齒數(shù)、得</p><p>　　按標(biāo)準(zhǔn)取m=2.5mm</p><p><b>　　3）分度圓直徑、</b></p><p>　　=m z=2.5×32=80mm</p><p>　　=m =2.5×129=322.5mm</p><p><

50、;b>　　取為=320mm</b></p><p><b>　　4）確定齒寬 </b></p><p>　　大齒輪齒寬=b=22mm</p><p>　　小齒輪齒寬=32mm</p><p>　　接下來(lái)進(jìn)行齒根抗彎疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算</p><p>　?。?）求許用彎曲應(yīng)力 &l

51、t;/p><p>　　根據(jù)以上參數(shù)，計(jì)算出來(lái)的許用彎曲應(yīng)力：</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，我們可以校核齒根抗彎曲疲勞強(qiáng)度： </p><p>　　所以，抗彎疲勞強(qiáng)度足夠。<

52、/p><p>　　然后，進(jìn)行齒面靜強(qiáng)度計(jì)算。</p><p>　　(1) 確定許用接觸應(yīng)力：</p><p>　　參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)，壽命系數(shù)</p><p>　　那么接觸應(yīng)力（大輪較低）</p><p>　　(2) 校核齒面靜強(qiáng)度 </p><p>　　根據(jù)過(guò)載條件，由《機(jī)

53、械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，齒面最大接觸應(yīng)力</p><p>　　所以，齒面靜強(qiáng)度足夠。</p><p>　　最后，進(jìn)行齒根（抗彎）靜強(qiáng)度驗(yàn)算。</p><p>　?。?）確定許用彎曲應(yīng)力 </p><p>　　參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)，取壽命系數(shù)，那么許用彎曲應(yīng)力</p><p>　?。?）求最大彎曲應(yīng)力并校核強(qiáng)

54、度 </p><p>　　由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，最大彎曲應(yīng)力為</p><p>　　那么，靜強(qiáng)度滿足要求。</p><p>　　為了保證兩個(gè)盤(pán)刷工作時(shí)情況一樣，將帶動(dòng)兩個(gè)盤(pán)刷的齒輪對(duì)稱布置。</p><p><b>　　2.2.6V帶傳動(dòng)</b></p><p>　　電機(jī)和滾刷之間采用V帶傳動(dòng)，

55、在一般的機(jī)械中，V帶的使用是最為廣泛的。</p><p><b>　　確定V帶型號(hào)</b></p><p>　　工作情況系數(shù)=1.1</p><p><b>　　功率計(jì)算</b></p><p>　　V帶型號(hào)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)，選擇Z型。</p><p><b>

56、;　　確定帶輪基準(zhǔn)直徑</b></p><p>　　小帶輪直徑=50mm</p><p><b>　　大帶輪直徑</b></p><p><b>　?。?）驗(yàn)算帶速v</b></p><p>　　確定V帶長(zhǎng)度和中心距</p><p>　　初取中心距，基準(zhǔn)長(zhǎng)度為：

57、

58、

59、 </p><p><b>　　驗(yàn)算小帶輪包角</b></p><p>　　171.4°>120°</p><p><b>　　確定V帶根數(shù)z</b></p><p>　　單根V帶試驗(yàn)條件下許用功率。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表4.4，取P0=0.12kW&l

60、t;/p><p>　　傳遞功率增量，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表4.5，取=0.02kW</p><p>　　包角系數(shù)Ka，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表4.8，我們?nèi)a=1.0；</p><p>　　長(zhǎng)度系數(shù)KL，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表4.3，KL=1.03；</p><p><b>　　=4.19；</b></p>&

61、lt;p>　?。?）計(jì)算初拉力F0</p><p><b>　　==53.8N</b></p><p><b>　　計(jì)算壓軸力Q</b></p><p><b>　　=536.48N</b></p><p>　　2.2.7滾輪間的V帶傳動(dòng)</p><p

62、>　　滾刷和滾刷之間采用V帶傳動(dòng)，一般的機(jī)械中，V帶的使用是最為廣泛的。</p><p><b>　　確定V帶型號(hào)</b></p><p>　　工作情況系數(shù)=1.2</p><p><b>　　功率計(jì)算</b></p><p>　　V帶型號(hào)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)相關(guān)，選擇H型。</p>

63、<p>　　模數(shù)m=3，圓弧齒為8M；</p><p><b>　　小帶輪齒數(shù)z1</b></p><p>　　小帶輪直徑=56.02mm</p><p><b>　　大帶輪直徑</b></p><p><b>　?。?）驗(yàn)算帶速v</b></p>

64、<p><b>　　傳動(dòng)比i=1</b></p><p>　　大帶輪齒數(shù)z2=iz1：</p><p><b>　　小輪嚙合齒數(shù)</b></p><p><b>　?。?）帶寬b*</b></p><p><b>　　式中：</b></p&

65、gt;<p>　　b*-選定型號(hào)的的基準(zhǔn)寬度。8M型號(hào)的帶子為20mm；</p><p>　　Fa-單位帶寬許用拉力（N/mm），根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，取6N/mm；</p><p>　　Fc-Fc=mbv2=1.5×10-3N/mm；</p><p>　　KL-圓弧齒帶長(zhǎng)系數(shù)，系數(shù)為1。</p><p>　　帶入結(jié)果

66、可知滿足要求；</p><p>　?。?）剪切應(yīng)力計(jì)算：</p><p><b>　　（9）壓強(qiáng)驗(yàn)算p:</b></p><p>　　2.2.8水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　作為清洗機(jī)，如果不存在回收機(jī)制，那么對(duì)水是一種浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)對(duì)已清洗的壁面，所以最好加入水循環(huán)回收機(jī)制，下面用計(jì)算來(lái)說(shuō)明這點(diǎn)：</p>

67、;<p>　　取一普通尼龍管，其參數(shù)，工作壓力（）為2.0，最小爆破的壓力（）為8.0；</p><p>　　清洗基本部分的本體上下移動(dòng)速度為3m/min，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，需求量為4L/。故清洗液用量約為12L/min，水在尼龍管里的平均流速為15.9m/s，雷諾數(shù)為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>&

68、lt;b>　　Re-雷諾數(shù)；</b></p><p>　　V-流體平均流速（m/s）；</p><p><b>　　d-管直徑（m）；</b></p><p>　　v-運(yùn)動(dòng)粘度（m²/s）。</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)，得</b></p><

69、p>　　紊流過(guò)程中會(huì)造成一定的能量會(huì)產(chǎn)生損失，關(guān)于這部分的大小，計(jì)算公式為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　-沿程損失；</b></p><p><b>　　-沿程阻力系數(shù)；</b></p><p><b>　　d-管直

70、徑（m）；</b></p><p>　　v-運(yùn)動(dòng)粘度（m²/s）；</p><p>　　g-重力加速度（m/s²）。</p><p><b>　　光滑管，當(dāng)Re＜，</b></p><p>　　根據(jù)以上公式，結(jié)果為，不難看出，沿程損失如此之大，泵達(dá)不到要求，尼龍管壓力也不足。</p&

71、gt;<p>　　所以，選擇自帶水和污水處理比較適宜。</p><p>　　兩個(gè)滾刷用水量，12L/min，假設(shè)損失率為10%，則消耗的水為1.2L/min，計(jì)算沿程損失，</p><p><b>　　，</b></p><p>　　紊流，可以計(jì)算出，，</p><p><b>　　清水泵選擇&l

72、t;/b></p><p>　　清洗噴水方式采用在滾刷附近的水管上進(jìn)行穿孔，噴流角度從0°到110°；兩個(gè)孔之間絕對(duì)距離為32mm，出口流速為：</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　-出口流速（）；</b></p><p><b&g

73、t;　　-水壓（Pa）；</b></p><p><b>　　-水的密度（）；</b></p><p><b>　　-重力加速度（）；</b></p><p>　　-流速系數(shù)，取=0.97。</p><p>　　在空氣中擴(kuò)散不十分明顯，則噴射流在射流軸半徑為：</p>&l

74、t;p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　K-系數(shù)；</b></p><p><b>　　X-與出口的距離。</b></p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果為：</b></p><p>　　32mm遠(yuǎn)小于4060mm，所以可以如此

75、使用。</p><p>　　作為一個(gè)系統(tǒng)，我們對(duì)于水源的要求是非常高的，如果水資源不回收的話，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成很大的影響，那些遺漏過(guò)的水也許會(huì)造成對(duì)壁面的再次污染，對(duì)清洗效率起到反作用。</p><p>　　為此我們?cè)O(shè)計(jì)了一套水循環(huán)系統(tǒng)，清洗機(jī)在工作時(shí)采用自帶水箱與水循環(huán)回收相結(jié)合?？紤]到清洗機(jī)本體質(zhì)量不能過(guò)高，水箱攜帶水量一定，在清洗過(guò)程中沿途的管壁之類的會(huì)造成一定的損耗，而且在干燥的環(huán)

76、境下，會(huì)有少量的水開(kāi)始蒸發(fā)。我們需要屋頂向機(jī)器人提供水源。因此，為了能讓清洗機(jī)更好的完成工作，我們可以采用機(jī)器人自帶水箱進(jìn)行清洗。</p><p>　　清洗機(jī)構(gòu)采用雙滾刷和刮板聯(lián)合作業(yè)，不難看出，想要合理回收污水，我們可以通過(guò)刮水板對(duì)污水進(jìn)行回收，污水在重力的作用下，可以進(jìn)去到水箱內(nèi)，經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾網(wǎng)和精致過(guò)濾網(wǎng)，進(jìn)入到了凈水箱。根據(jù)實(shí)際情況和玻璃的清潔程度，可以在污水箱內(nèi)的隔層加入不同類型和型號(hào)的清洗劑，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同

77、墻壁完成清洗工作。</p><p>　　2.3提升系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1鋼絲繩的選擇</p><p>　　由于清洗機(jī)由兩根鋼絲繩同時(shí)牽引，所以，當(dāng)我們計(jì)算總載荷時(shí)，每根所承受的最大拉力為66%。</p><p>　　鋼絲繩的最小直徑為：</p><p>　　式中：

78、

79、

80、 </p><p>　　d—鋼絲繩最小直徑；</p><p><b>　　c—選擇系數(shù)；</b></p><p>　　s—鋼絲繩的最大工作靜拉力。</p><p>　　按照 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》,提升的相關(guān)部分的工作級(jí)別為A8，則，鋼絲繩的公稱抗拉

81、強(qiáng)度為。</p><p>　　=0.140×=2.78mm</p><p>　　根據(jù)機(jī)械手冊(cè)，我們可取，選用鋼絲繩 12.4GB/T8918。即公稱直徑為6mm，合成纖維芯的，其公稱抗拉強(qiáng)度為，表面為光滑面。右向捻合，所能承受的破斷力為。</p><p>　　2.3.2卷筒的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　?。?）卷

82、筒節(jié)徑D</b></p><p><b>　　卷筒節(jié)徑：</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　卷筒容繩寬度</b></p><p><b>　　，取。</b></p><p>&l

83、t;b>　　卷筒的邊緣直徑</b></p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　-最外層鋼絲繩繩心直徑。</p><p><b>　　那么，取。</b></p><p><

84、;b>　　卷繞層數(shù)S</b></p><p>　　根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，選S=4比較合適。</p><p><b>　　卷筒的容繩量L</b></p><p>　　第一層鋼絲繩繩心直徑；</p><p><b>　　第i層鋼絲繩長(zhǎng)度；</b></p><p><

85、;b>　　卷筒繞繩量</b></p><p><b>　　解得</b></p><p>　　我們?nèi)〉肧=4層，則。 </p><p><b>　　卷筒厚度</b></p><p><b>　　校核壓應(yīng)力：</b></p><p><

86、;b>　　式中：</b></p><p>　　-鋼絲繩繞出處的壓應(yīng)力</p><p><b>　　-卷筒壁厚</b></p><p>　　-鋼絲繩軸向卷繞節(jié)距，</p><p><b>　　經(jīng)計(jì)算，。</b></p><p><b>　　彎曲應(yīng)力：

87、</b></p><p><b>　　許用應(yīng)力：</b></p><p><b>　　[]==</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　-抗拉強(qiáng)度</b></p><p>　　-根

88、據(jù)工作的級(jí)別，可取1.4</p><p>　　-安全系數(shù)，根據(jù)工作級(jí)別取2.8</p><p><b>　　強(qiáng)度條件為：</b></p><p><b>　　+[]</b></p><p>　　[]-材料的許用應(yīng)力</p><p>　　+=35.58+7.0480.36=[]

89、</p><p>　　由此可見(jiàn)，符合要求。</p><p>　　卷筒側(cè)板厚度，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，我們暫取9mm。</p><p><b>　　卷筒速度</b></p><p>　　卷筒轉(zhuǎn)速為按鋼絲繩轉(zhuǎn)出一圈時(shí)計(jì)算，即162mm，設(shè)卷筒轉(zhuǎn)速為n（r/min）。</p><p>　　鋼絲繩提升時(shí)，上升

90、速度為0.1m/s。</p><p>　　所以，卷筒轉(zhuǎn)速為n為31r/min.</p><p><b>　?。?）允許偏轉(zhuǎn)角D</b></p><p><b>　　允許偏角</b></p><p>　　解得< 4°~ 6°</p><p>　　2.

91、3.3減速器的選擇</p><p>　　根據(jù)提升機(jī)構(gòu)的工作要求，電機(jī)軸轉(zhuǎn)速過(guò)快而且扭矩小，所以說(shuō)，我們需要在電機(jī)和卷筒之間選擇一個(gè)減速器?？紤]到采用雙卷筒設(shè)計(jì)，我們最好選擇一臺(tái)具有雙輸出軸的減速器，以保證清洗機(jī)在工作過(guò)程中兩邊平穩(wěn)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我們選擇CW型圓弧圓柱渦輪蝸桿減速器，而且減速器輸入軸可以正反兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　需要的傳動(dòng)比。</b&g

92、t;</p><p>　　所以我們選擇了一款的CW型減速器，型號(hào)為。</p><p>　　2.3.4滑輪的設(shè)計(jì)</p><p>　　繩索上需要滑輪來(lái)支配和導(dǎo)向，滑輪不僅能夠改變力的方向，還可以平衡繩索分支拉力。</p><p>　　滑輪的直徑需要滿足D≥h×d，（工作級(jí)別是M1-M3，h為10），選用可以承載500kg重量的H系列滑

93、輪即可。</p><p>　　2.3.5吊鉤的設(shè)計(jì)</p><p>　　吊鉤是用來(lái)連接繩索和清洗機(jī)的部件，需要滿足抗拉強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們選擇鑄造、單鉤、允許載荷為10KN的吊鉤。</p><p>　　由于吊鉤端不需要過(guò)多的傳動(dòng)，所以我們通過(guò)鋼絲繩通過(guò)吊鉤的環(huán)眼，然后用鋼絲繩夾加固，鋼絲繩夾的選擇與鋼絲繩息息相關(guān)。</p><p>

94、　　2.3.6制動(dòng)器的選擇</p><p>　　制動(dòng)器的作用，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)中的機(jī)械進(jìn)行減速以及停止的一套裝置。制動(dòng)器主要有制夾、操縱裝置以及制動(dòng)件幾部分組成。</p><p><b>　　制動(dòng)力矩；</b></p><p><b>　　鋼絲繩繞卷筒直徑：</b></p><p>　　制動(dòng)力矩=167N

95、.m</p><p>　　根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，我們選擇制動(dòng)器，其力矩為，制動(dòng)輪為，制動(dòng)瓦退距為，質(zhì)量為。</p><p>　　2.3.7電機(jī)的選擇</p><p>　　估算清洗機(jī)構(gòu)的載荷重量不會(huì)超過(guò)200kg，清洗劑在上下清洗的過(guò)程中，最大靜強(qiáng)度拉力為，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》我們?nèi)〉谩?lt;/p><p>　　=1.1×200×

96、;9.8=2156N</p><p><b>　　上升所需的靜功率；</b></p><p><b>　　清洗時(shí)所需靜功率</b></p><p>　　經(jīng)綜合考慮，選擇型號(hào)為的電機(jī)：</p><p>　　2.3.8聯(lián)軸器的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)的聯(lián)軸器不僅僅是起到連

97、接作用，而且還需要安裝制動(dòng)裝置，所以我們選擇LTZ5，公稱轉(zhuǎn)矩為125，最大轉(zhuǎn)速為3800，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.0416。</p><p>　　2.3.9腳輪的選擇</p><p>　　提升機(jī)底板承載300kg，而清洗機(jī)質(zhì)量大概200kg，每個(gè)輪子要承載125kg，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，直徑為160mm的腳輪最大負(fù)荷值為150kg，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2.3.10

98、傳動(dòng)零件的選擇及其校核</p><p>　　電機(jī)輸出軸和減速器輸入軸的鍵</p><p>　　兩軸用聯(lián)軸器連接，所以傳動(dòng)功率是一樣的，是2.4kw或者1.5kw，轉(zhuǎn)速為n=1500或750r/min，那么我們求得的轉(zhuǎn)矩是：</p><p>　　T1=9550000=9550000×=15280 N·mm</p><p>　

99、　T2=9550000=9550000×=19100 N·mm</p><p>　　接下來(lái)我們對(duì)圓頭平鍵在傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)的強(qiáng)度進(jìn)行校核。</p><p>　　電機(jī)輸出軸的鍵為；鍵槽軸深，；</p><p><b>　??；</b></p><p>　　減速器輸入軸的間的設(shè)計(jì)尺寸；鍵槽軸深，；</p&g

100、t;<p><b>　　；</b></p><p>　　兩個(gè)鍵都遠(yuǎn)遠(yuǎn)地滿足要求。</p><p><b>　　減速器輸出軸的鍵</b></p><p>　　圓頭平鍵的設(shè)計(jì)尺寸為，由于該鍵尺寸大于之前校核的鍵，而其轉(zhuǎn)矩同樣低于前者，所以一定能滿足使用要求。</p><p><b&g

101、t;　　深溝球軸承壽命計(jì)算</b></p><p>　　所選軸承是深溝球軸承（代號(hào)為6213），（額定動(dòng)載荷）=57.2KN, （基本額定靜載荷）=40kN。</p><p>　　在工作中有兩種轉(zhuǎn)速，分別是31r/min和16.5r/min.軸承在工作期間能夠受到的比較平穩(wěn)的徑向載荷力，其大小基本上約等于鋼絲繩上的力，因此。</p><p><b&

102、gt;　　則軸承的壽命：</b></p><p>　　Lh1===727677h</p><p>　　Lh2===1275354h</p><p>　　所以軸承的壽命在之間。</p><p>　　2.3.11桿臂的設(shè)計(jì)及其校核</p><p>　　桿臂的截面是一個(gè)矩形，在中間為了更好的支撐，選用一個(gè)為15&

103、#176;的彎曲度，從而作出桿臂的受力圖如下：</p><p>　　其中Q是鋼絲繩通過(guò)定滑輪而產(chǎn)生的力，這兩個(gè)力基本上相同的大小相同，那么，我們可以得到結(jié)論：</p><p>　　通過(guò)靜力學(xué)平衡方程最后可以求得：</p><p>　　=2380N =1587N</p><p>　　根據(jù)上方受力圖。彎矩圖如下：</p><

104、p>　　不難看出，最大彎矩的值為M=745797。</p><p>　　而桿臂的抗彎截面系數(shù)W，我們可以通過(guò)下面公式求得：</p><p><b>　　W===18000</b></p><p>　　彎曲所需滿足的強(qiáng)度條件為=[]，桿臂的材料是鑄鋼，通過(guò)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可知60.</p><p><b&

105、gt;　　==。</b></p><p>　　所以，我們可以看出，桿臂滿足要求。</p><p><b>　　2.4吸附部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.4.1吸附方式的選擇</p><p>　　本機(jī)構(gòu)爬壁機(jī)器人吸附裝置，想要更好地完成清洗任務(wù)，要給清洗劑一個(gè)力，讓它壓在墻面上。我們采用氣動(dòng)技術(shù)，氣動(dòng)

106、技術(shù)利用空氣作為能源，氣缸作為執(zhí)行元件，這樣能夠很好地完成工作，而一般的吸附方式有三種，采用真空吸附、磁吸附以及推力吸附，其優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示：</p><p>　　綜上所述，我們選用吸盤(pán)，主要從以下兩電進(jìn)行考慮：</p><p>　　由于機(jī)器人所要清洗的墻壁大部分為裝飾材料，很難具有導(dǎo)磁材質(zhì)，真空吸盤(pán)比較能滿足要求。</p><p>　　單個(gè)吸盤(pán)可能在過(guò)程中出現(xiàn)失效

107、等狀況，選擇兩個(gè)吸盤(pán)也是基于考慮到機(jī)器越障能力和穩(wěn)定性。</p><p>　　2.4.2吸附方式方案</p><p>　　2.4.2.1真空吸盤(pán)</p><p>　　作為真空系統(tǒng)中的十分重要的執(zhí)行元件，它的工作原理很重要，利用內(nèi)腔形成負(fù)壓來(lái)完成對(duì)建筑物墻壁的吸附，柔軟又有彈性的吸盤(pán)不損壞表面，那么我們更加傾向于選擇波紋狀的吸盤(pán)，這樣的洗盤(pán)能夠適應(yīng)各種墻壁，在強(qiáng)烈太陽(yáng)

108、工作時(shí)同樣需要較好的耐熱性。</p><p>　　2.3.2.2真空發(fā)生器</p><p>　　與真空泵相比，真空發(fā)生器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，壽命比泵長(zhǎng)，體積較小，質(zhì)量較輕，安裝和使用也極其方便，瞬時(shí)開(kāi)關(guān)特性良好，沒(méi)有殘余負(fù)壓。</p><p>　　真空發(fā)生器有四部分組成，分別是噴嘴，接收器，混合室以及擴(kuò)散室，當(dāng)那些被緊縮過(guò)的空氣通過(guò)噴嘴時(shí)，在周?chē)纬梢粋€(gè)低壓區(qū)。于是在噴嘴

109、出口處便形成了一個(gè)負(fù)壓。</p><p>　　2.4.2.1真空安全閥</p><p>　　真空減壓閥是保證相同的真空系統(tǒng)，在一個(gè)磁盤(pán)故障，保證系統(tǒng)真空度不變的情況下，一個(gè)真空安全閥使用后，即使有故障或不密封，依然可以保證其他吸盤(pán)真空性不會(huì)受到正常影響。</p><p>　　2.4.3吸附可靠性分析</p><p>　　機(jī)清洗機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，每

110、一個(gè)洗盤(pán)的真空度約為70%，那么我們可以得到如下公式來(lái)校核吸盤(pán)所產(chǎn)生的吸力是否滿足要求。</p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　n-吸盤(pán)的個(gè)數(shù)；</b></p><p>　　D-吸盤(pán)的有效直徑（mm）；</p><p>　　p-吸盤(pán)的真空度（MPa）；</p&

111、gt;<p>　　k-安全系數(shù)，選取為6；</p><p>　　F-吸盤(pán)吸力（N）；</p><p>　　，之前我們要求產(chǎn)生140N的壓力即可，所以四個(gè)直徑為100mm的吸盤(pán)是能夠滿足要求的。</p><p>　　2.4.2.1真空發(fā)生器的選擇</p><p>　　根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，真空發(fā)生器內(nèi)集成電磁閥，可有想通過(guò)通斷電來(lái)決定是否

112、符合設(shè)計(jì)要求，便于我們控制，所以，我們選擇VUB6型號(hào)的真空發(fā)生器。</p><p>　　真空安全閥就是一種單向溢流閥，安裝在吸盤(pán)和真空發(fā)生器之間，這樣當(dāng)一個(gè)吸盤(pán)失控時(shí)，安全閥可有效阻止空氣倒流進(jìn)入真空發(fā)生器內(nèi)。</p><p>　　2.4.4氣缸的選擇</p><p>　　根據(jù)清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路，我們共需要八條腿，分別與兩組八個(gè)部分相連接，氣缸的主要目的需要兩個(gè)

113、作用即可——伸長(zhǎng)和收縮。</p><p>　　當(dāng)氣缸伸出時(shí)，承受的力主要為爬壁系統(tǒng)支架和輕鋼的重量，清洗機(jī)主要的力需要提升系統(tǒng)去承擔(dān)，所以來(lái)說(shuō)，所以說(shuō)氣缸在機(jī)器人實(shí)際的行走過(guò)程中，始終主要受徑向力，基本上不承受軸向力。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們選擇最基本的JB尾部單耳式S型氣缸，活塞直徑和行程都能滿足好要求，該氣缸終端帶有可調(diào)節(jié)緩沖裝置，光滑、密封性好，能有想的啊防止灰塵進(jìn)入

114、。</p><p>　　2.4.5彈簧的校核</p><p>　　這里的彈簧指的是圓柱螺旋壓縮彈簧，材料為碳素彈簧鋼；</p><p><b>　　3）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　彈簧絲直徑我們選取D=65.7mm，</p><p>　　內(nèi)徑為D1=60.5mm;</p>

115、;<p>　　允許極限負(fù)荷下的單圈變形：</p><p><b>　　單圈剛度：</b></p><p><b>　　彈簧節(jié)距：</b></p><p><b>　　最大工作載荷：</b></p><p><b>　　極限工作載荷：</b>&

116、lt;/p><p><b>　　彈簧每圈展開(kāi)長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　　計(jì)算數(shù)據(jù)如下：</b></p><p>　　根據(jù)上圖，我們選擇misumi公司自己生產(chǎn)的RSWP60即可，其自由長(zhǎng)度為210mm。因?yàn)槲覀冞x擇的材料大部分為鋁合金材料，重量輕，所以，該彈簧能滿足要求。</p><p>

117、;　　2.4.6滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)</p><p>　　我們所要設(shè)計(jì)的導(dǎo)軌主要應(yīng)用于清洗機(jī)構(gòu)和吸附支架之間的鏈接，工作行程為1000mm，移動(dòng)速度與重力有關(guān)，移動(dòng)載荷包括支架和上面的氣缸和吸盤(pán)，預(yù)估不會(huì)超過(guò)20N。</p><p><b>　　作用在滑塊上的力</b></p><p>　　根據(jù)壓力要求，滑塊所受總的壓力不超過(guò)140N。</p&

118、gt;<p><b>　　單個(gè)滑座受力</b></p><p><b>　　導(dǎo)軌壽命</b></p><p><b>　　行程長(zhǎng)度壽命</b></p><p><b>　?。?）滑塊額定壽命</b></p><p>　　K-------壽命系

119、數(shù)，取k=50；</p><p>　　-----硬度系數(shù)，取=1；</p><p>　　-----溫度系數(shù)，小于100度時(shí)，取=1；</p><p>　　-----接觸系數(shù)，由于工作機(jī)械速度小于15m/min，取=0.81</p><p>　　-----負(fù)荷系數(shù)，中度載荷，取=1.5</p><p>　　-----精度

120、系數(shù) C級(jí)，取=1.5</p><p>　　那么計(jì)算的動(dòng)載荷為：</p><p>　　我們選擇由misumi公司推薦的型號(hào)為GA50BA2P2款式，型號(hào)為HSR25LA。</p><p><b>　　2.5氣動(dòng)部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.5.1氣源的選擇</p><p>　　氣源的

121、主要組成部分由儲(chǔ)氣罐、后冷卻器以及氣壓發(fā)生系統(tǒng)，由于重量很大，所以我們不得不將氣源安裝在樓頂上，這樣通過(guò)氣管將壓縮空氣送到清洗機(jī)本體上完成工作，對(duì)氣源的選取和氣缸的選取息息相關(guān)。給氣源選擇相關(guān)組件，比如消聲器和氣源處理組件，能夠有效地降低噪音和凈化需要被壓縮的氣體。</p><p>　　2.5.2限位開(kāi)關(guān)的選擇</p><p>　　由于清洗機(jī)需要在高空中完成工作，所以很多時(shí)候地面工作人員無(wú)

122、法用肉眼判斷出工作狀況，所以我們需要在清洗機(jī)上安裝相應(yīng)的傳感器，以此來(lái)清洗機(jī)能夠自我判斷一些情況，類似于工作位置和環(huán)境，只有讓清洗機(jī)構(gòu)能夠完成自我檢測(cè)任務(wù)，這樣才能完成良好地互動(dòng)。</p><p>　　限位開(kāi)關(guān)安裝在清洗機(jī)的頂端，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)的接點(diǎn)引起相關(guān)節(jié)點(diǎn)的通斷電。這樣可以有效地對(duì)電路中的相關(guān)接線發(fā)生控制。</p><p>　　2.5.3機(jī)器人越障</p><p>

123、　　機(jī)器人在進(jìn)行壁面清洗過(guò)程中在所難免會(huì)遇到障礙，比如建筑物表面會(huì)遇到材料不平整，窗框之間會(huì)產(chǎn)生凸起，里面摻雜著泥土或者紙屑等其他物質(zhì)，這些看似細(xì)小的細(xì)節(jié)，每一種都會(huì)或多或少地給機(jī)器人的工作帶來(lái)危險(xiǎn)。</p><p>　　每個(gè)機(jī)構(gòu)都有四個(gè)吸盤(pán)，同時(shí)都擁有真空安全閥，所以，當(dāng)最多兩個(gè)吸盤(pán)失效時(shí)，其他吸盤(pán)能夠產(chǎn)生足夠的吸附力，因此，能夠產(chǎn)生足夠的力使機(jī)器人能夠貼著壁面完成工作。</p><p>

124、;<b>　　3 控制部分設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1控制部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制部分是整個(gè)清洗機(jī)構(gòu)的核心組成部分。根據(jù)設(shè)計(jì)理念，最好能夠完成自動(dòng)作業(yè)和手動(dòng)作業(yè)兩種方式，而且在控制系統(tǒng)上，要盡可能遵循小型化、輕量化、可靠性高和便于維護(hù)的相關(guān)原則。</p><p>　　3.1.1 PLC

125、控制的基本組成</p><p>　　可編程控制器在剛一開(kāi)始的時(shí)候，主要被用在控制那些開(kāi)關(guān)量的邏輯控制中。所以，曾稱作可編程序邏輯控制器，就是PLC（Programmable Logic Controller）。該控制器是以微處理器作為基礎(chǔ)，融合了計(jì)算機(jī)的科學(xué)技術(shù)，整合了通信技術(shù)，同時(shí)把自動(dòng)控制技術(shù)融入其中，從而發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)化控制的裝置。它具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如它的體積較小，編程相對(duì)于單片機(jī)等其他程序簡(jiǎn)單，功能更

126、加強(qiáng)大，而且可靠性和靈活性較高，維護(hù)起來(lái)相對(duì)方便，功能更加強(qiáng)大；在電力、化工、交通以及冶金方面，能夠廣泛控制相關(guān)應(yīng)用。</p><p>　　PLC是在一般的順序控制器上，融合了微電子，也將計(jì)算機(jī)技術(shù)放入其中，而自動(dòng)控制和通信技術(shù)也會(huì)在構(gòu)建PLC中發(fā)揮作用。PLC整體上就是一個(gè)工業(yè)控制裝置。有效地建立了一套合理的柔性控制系統(tǒng)。</p><p>　　PLC和PC雖然只有一字之差，但是它主要應(yīng)用

127、于工業(yè)的專用計(jì)算機(jī)，雖然組成和結(jié)構(gòu)相似，PLC是為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)的，方便于控制和維護(hù)，提高系統(tǒng)的抗干擾能力，這樣可以更好地去完成接線、擴(kuò)充。</p><p>　　3.1.2 PLC的硬件組成</p><p>　　根據(jù)PLC所處環(huán)境和使用情況，分為箱體式以及模塊式兩種，但是在真正的實(shí)際的操作中，它們兩個(gè)基本上是沒(méi)有差別的，都有常用模塊；所有電路都裝在同一個(gè)模塊內(nèi)，構(gòu)成系統(tǒng)。按照CPU性能分為若

128、干類型，并按照I/O點(diǎn)數(shù)分為若干類型規(guī)格。而模塊式PLC還有底板和機(jī)架，模塊拼裝成一個(gè)整齊的長(zhǎng)方體型，無(wú)論是哪種類型，I/O接口可以按照用戶的需求而進(jìn)行拓展。</p><p>　　3.1.3 PLC軟件基礎(chǔ)</p><p>　　PLC的編程軟件的語(yǔ)言和其他的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，但是PLC編程出來(lái)的語(yǔ)言具有明顯的特點(diǎn)，在縮寫(xiě)和調(diào)試上有更大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，采用梯形圖可以進(jìn)行編程，簡(jiǎn)單易懂同時(shí)便于記憶

129、和實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　PLC內(nèi)部的編程，還能支持該機(jī)型編程語(yǔ)言。按照通俗的叫法可以分為繼電器、計(jì)時(shí)器以及計(jì)數(shù)器等等，雖然他們能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)元件的部分功能，但是和真實(shí)元件相比起來(lái)卻存在很大差異，所以我們稱為“軟繼電器”。而起沒(méi)有機(jī)械磨損，電腐蝕等問(wèn)題，關(guān)鍵的是他也沒(méi)有數(shù)量限制。在存儲(chǔ)和其他方面，可以選擇記憶它也可以選擇不去記憶它，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)脈沖數(shù)字元件的功能。</p><p>　　

130、梯形圖編程語(yǔ)言，也就是我們常常所說(shuō)的梯形圖。在電器控制系統(tǒng)中都會(huì)簡(jiǎn)化成為符號(hào)。這樣的話會(huì)變得形象更加直觀，實(shí)用性更加強(qiáng)。電器技術(shù)人員更加容易接受這種電路圖。</p><p>　　梯形圖編程在PLC模擬中最重要。觸點(diǎn)、線圈和功能塊等部分組成，梯形圖左右的垂直線稱作母線。已經(jīng)斷開(kāi)的觸點(diǎn)將阻礙能量流過(guò)。每個(gè)輸出元素都可以構(gòu)成一個(gè)級(jí)。每個(gè)圖形都有一個(gè)甚至與多個(gè)級(jí)別組成。</p><p>　　SIM

131、ATIC是西門(mén)子自動(dòng)化產(chǎn)品，涵蓋了其系統(tǒng)的全部產(chǎn)品，好的兼容性是深層性的重要保證，SIEMENS是S7系列兼容款，可運(yùn)行DOS和Windows程序，STEP編程語(yǔ)言在微軟的Windows的環(huán)境下，強(qiáng)大的助記符和梯形圖的編程——調(diào)試——診斷功能，是PLC現(xiàn)代化的典范。</p><p>　　3.1.4 PLC執(zhí)行單元</p><p>　　PLC的原理如下圖所示，它公分五個(gè)階段，當(dāng)他實(shí)現(xiàn)了一個(gè)掃