自攀爬幕墻清洗機器人機械機構(gòu)的設(shè)計與研究.pdf

1、幕墻清洗機器人的研究主要集中在樣機搭建、機構(gòu)設(shè)計和控制系統(tǒng)構(gòu)建等問題上，國內(nèi)外已經(jīng)出現(xiàn)了多種樣機，研究成果各具特色，但總的說來研究工作仍然處在樣機的研制和實驗階段，其關(guān)鍵技術(shù)與理論有待于進一步深入研究。本文在國內(nèi)外現(xiàn)有的壁面移動機器人研究成果的基礎(chǔ)上，首先結(jié)合高空幕墻清洗作業(yè)的特點，對幕墻清洗機器人的共性問題——附著技術(shù)、清洗技術(shù)進行了較為深入的研究。然后結(jié)合國家大劇院橢球面幕墻，提出了自攀爬機器人構(gòu)型，并就自攀爬機器人的構(gòu)型設(shè)計、基本

2、設(shè)計原則、可靠性分析等關(guān)鍵問題進行了深入研究，從方法論角度探索了此類型機器人的設(shè)計理論。最后在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了適用于國家大劇院橢球面外墻清洗的自攀爬幕墻清洗機器人。本文的主要研究內(nèi)容如下： 第一、對幕墻清洗機器人附著技術(shù)問題進行了深入研究。在總結(jié)以前的幕墻清洗機器人附著技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立了幕墻清洗機器人的附著力學(xué)模型，從而使幕墻機器人的附著分析更為直觀和明確；并基于此模型對幕墻機器人的附著狀態(tài)的穩(wěn)定性進行了分析，提出了幕墻清洗機

3、器人的翻倒臨界角及抗翻倒特征角的概念，為幕墻清洗機器人的設(shè)計提供指導(dǎo)作用。 第二、對幕墻清洗機器人清洗技術(shù)問題進行了深入研究。首先分析總結(jié)了幕墻清洗的技術(shù)要求和適用于幕墻清洗的清洗技術(shù)，以及幕墻清洗機器人的清洗系統(tǒng)的構(gòu)建，并在此基礎(chǔ)上分析了不同方式的機械力清洗方法的特點。提出了清洗器的清洗強度概念，并分析討論了清洗強度的影響因素和計算方法。 第三、對自攀爬幕墻清洗機器人的構(gòu)型及設(shè)計原則進行了研究。在分析幕墻清洗機器人的約

4、束條件和基本功能的基礎(chǔ)上，提出了幕墻清洗機器人的自攀爬構(gòu)型，并分析了其力學(xué)特征和設(shè)計原則。建立了自攀爬機器人構(gòu)型，為此類機器人的構(gòu)型設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。 第四、針對幕墻清洗機器人對可靠性要求高的特點，利用模糊故障樹分析法，建立了自攀爬幕墻清洗機器人的故障樹，對機器人的可靠性進行了定性和定量分析，并獲得關(guān)鍵零部件的重要度，從而為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。 第五、在上述研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家大劇院幕墻清洗的應(yīng)用實例，設(shè)計了自攀爬

5、幕墻清洗機器人，并分析了機器人自由度和關(guān)節(jié)分布，詳細討論該結(jié)構(gòu)形式機器人在曲面幕墻環(huán)境下攀爬和清洗運動功能的實現(xiàn)。 第六、結(jié)合自攀爬幕墻清洗機器人的具體功能要求，構(gòu)建了機器人控制體系結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了分布式控制器在自攀爬幕墻清洗機器人上應(yīng)用。介紹了硬件結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，以及控制任務(wù)、軟件部分對總體控制流程、控制節(jié)點設(shè)計、傳感器信息處理等控制技術(shù)。 第七、在國家大劇院全真模擬幕墻上，利用所研制的自攀爬幕墻清洗機器人樣機進行了運動功能