高楼外壁清洗机器人机构设计浅析.ppt

高楼外壁清洗机器人机构设计 学生：黄龙平 班级：机械11106班 指导老师：吕志鹏 根据清洗爬壁机器人清洗作业的要求,机器人首先必须具备清洗作业功能和控制功能,此外清洗爬壁机器人还必须在高层建筑物表面进行吸附和移动,因此清洗爬壁机器人系统应包括三大部分。 1.清洗系统 2.爬壁系统 3控制系统（本论文不作研究） 清洗系统 思路 ： 高层建筑壁面的污垢主要是大气尘垢,清洗系统是清洗爬壁机器人的重要组成部分之一,考虑清洗爬壁机器人代替人工进行有效率的清洗工作,清洗爬壁机器人在工作时不能对工作表面如玻璃造成划痕和腐蚀,也不能留有大块的水渍和斑点,且对环境无污染,效率要高,且易于实现自动化，因此本课题采用机械力清洗作用方式,即冲洗、刷洗、刮洗联合作用方式。 整体清洗作业步骤如图2-2所示。 高压水冲洗壁面,便于除去壁面上附着力较小的污垢并浸润壁面;电机通过同步传动齿形带带动滚刷旋转,通过滚刷刷洗,便于除去附着力较大的污垢。利用水或其他清洁剂浸润污垢,通过滚刷和刮板施加机械力达到清洗目的。刮板可以刮净和回收残留在壁面的液滴,通过污水管进入污水箱。 水是循环使用,有利于增加清洗爬壁机器人的效率,右侧的滚刷用适量的循环水洗刷,对污垢进行浸润,左侧的滚刷始终用清水进行冲洗,可以去掉残留的污垢。针对壁面的不同污染程度,冲洗时高压水中可以添加不同的清洗剂,以利于下一步的清洗作业。 设计方案 整个清洗作业系统包括滚刷系统、喷水系统、水循环回收系统和洁面系统,清洗爬壁机器人的清洗系统三维实体模型如图3-3 1,4—滚刷 2—电动机 3—同步齿形带 5—水箱 图 3-3 清洗爬壁机器人的清洗系统 1 2 3 4 5 1.传动系统 传动方案采用同步传动齿形带传动,如图 3-1 所示。 同步传动齿形带具有精确的传动比、传动效率高、节能、无润滑油污染、缓和载荷冲击、运动平稳、无噪声等优点,而且过载时,带轮跳齿,具有一定的过载保护能力。运转时,带的凸齿与带轮齿梢相啮合,来传递运动和动力 图 3-1 同步传动齿形带 1—电动机 2—同步传动带 3—滚刷转动轴 4—滚刷转动轴 图 3-2 滚刷传动结构图 2.水循环回收装置 无回收的清洗对水资源浪费较大,对环境也会造成破坏,清洗后形成的污水会再次污染壁面,降低了清洗效率,因此水循环系统是清洗爬壁机器人不可缺少的装置。 清洗爬壁机器人进行清洗工作时采用自带水箱以及水循环回收系统可以减少由于水管从顶楼供水造成的沿程损耗,也可解决由清洗整个工程中由底部供水水泵功率不能满足的问题。 1,7—水泵 2,6—污水收集器 3,4—滚刷 5—负压发生器 8—粗滤网 9—精滤网 10—清洗液 11—水箱 图 3-6 水循环装置结构图 2.1水泵的选择 采用水泵可以将水箱内的水通过管道传送到两个滚刷下方。右侧滚刷起到浸润壁面和喷刷的主要作用,左侧滚刷主要起到二次洁面的作用。在这里考虑使用磁力传动离心泵,简称微型磁力泵,它利用永磁体的磁力泵传动实现扭矩的无接触传递的一种新型泵,具有全密封、无泄露、耐腐蚀之类的特点 图 3-8 MP-6RZ 水泵外形结构图 3.清洁装置 清洗喷水装置采用标准金属扇形喷雾喷嘴,其特点是能产生高冲击力的液柱或扇形喷雾,喷流角度为 0°-110°,这种喷嘴产生的喷雾分布均匀,液滴大小为小到中等。 1—滚刷 2,3,4—喷嘴 5—建筑物壁面 图 3-10 喷嘴安装位置图 清洗洁面装置 在清洗机器人清洗建筑物壁面时,滚刷会使壁面留有水渍,不仅使机器人在移动中出现打滑现象,而且影响了机器人的清洗工作效率。在滚刷左右两侧分别安装刮水板,刮水板与壁面存在一定的压力,且能通过一定的变形越过窗框,在下侧安装接水板,材料选用弹性高和耐磨性好的橡胶板。其结构图如图 3-11 所示。 1—刮条座 2—滚刷 3—刮水板 4—建筑物壁面 图 3-11 滚刷结构上的刮水板 爬壁系统 机器人移动吸附系统是清洗爬壁机器人的核心部分,由移动系统和吸附系统组成,在机器人工作过程中携带机器人的清洗系统,吸附在建筑物壁面上,实现对建筑物壁面清洗的功能。 机器人主体部分由可以相互平移的两个呈十字型框架构成,其中任意一个框架可以相对另一个进行平移,每个框架成组配置可独立控制的腿足结构。腿足结构具有一个主动直动关节。随着腿部的交替吸附和框架主体的相对运动,机器人实现壁面自由移动的功能。框架式结构主要依赖于本体自由度与腿足自由度的结构,各部