1、日 期： 2015年07月05日,机械创新设计课程设计,题 目： 爬壁机器人的原理与设计组 长： 刘兵 组 员：梁从军、李庆、铁李勇、邓再林专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 1302班指导教师： 李军 方轶琉,背景从20世纪50年代起，为了外形美观，同时也为了得到更好的采光效果，许多高层建筑大量采用了玻璃幕墙和光滑大理石等建筑材料，现在的外墙的材质主要有玻璃幕、复合铝合板、大理石、花岗岩、马赛克、瓷片、干粘石、水刷石等。由于空气中的灰尘、油污以及酸雨的侵蚀，往往使一栋新建的大楼在短时间内变得脏污不堪，在一些空气污染比较严重的城市更是如此。这就带来了玻璃壁面的外部清洗问题。同时加上楼层
2、设计的高度影响，给其外部墙壁清扫带来了诸多不便同时亦增加了进行常规人工清洁操作的危险性。,背景及意义,意义为了方便高层建筑的清理工作并减少清理工人的操作危险性，本设计参考常规路面及家庭使用的普通吸尘车设计，运用负压吸附原理、空气动力及流体力学和遥控汽车控制等综合技术，使用爬壁遥控汽车通过空气气流实现负压吸附和遥控行驶，并通过空气气流运动方式将粉尘和垃圾收集储存起来，可代替人工的危险操作并可有效清除高层建筑表面粉尘，从而达到美化建筑外观、提高空气质量、降低空气中可吸入颗粒物的含量，改善人们的生活环境的目的。,苏州大学研制的爬墙机器人,清洗巨人,擦窗机器人,墙面清洗机器人,研究框架（1）,研究的展
3、开思路和论文结构右边是一个例子,相关概念（1）,爬墙清扫机器人的制作灵感来自于飞机的机翼，既然飞机可以利用伯努利原理从而使飞机很重的重量平衡在空中，那么，如果把这个力作用在小车上面，使小车收到足够的压力，然后利用小车轮胎上面的摩擦力，使小车平衡在竖直的墙面上，然后进一步进行转向和清扫的动作。基于这一原理，我们设计了这一款清洁机器人，也就是清洁小车。这个小车分为以下几部分。,小车示意图,1清洁部分 2电容 3风机 4电路系统 5车轮,（一）动力部分（风机部分）,这也是小车的核心部分，这一部分的作用是使小车的车底产生一定速度的风速，从而产生伯努利原理的一个先决条件风速。这个部分是由一个额定电压3.
4、7v的电机带动一个离心的风机组成的。,考虑到壁面建筑材料的限制，首先排除磁力吸附方式，再者考虑到壁面建筑材料相对光滑和形状相对整齐的实际情形，也从减少机构复杂程度的角度出发，排除机械抓持方式，综合考虑壁面性质、结构复杂性和可行性等多方面，最终选择负压吸附方式,（二）驱动部分,综合机器人各部分组成的重量，清洁效率等性能指标，预估机器人的总质量为0.5kg，移动速度约为0.4米每秒，因此根据公式p=mgv=0.5kgx0.4m/s=2w可得机人前进所需要的动力至少为2w，加上清洁所需的功率大概为1w，再考虑到摩擦阻力的作用，所以驱动马达的选择功率至少为2w。,转向部分若实现小车左转，则应使小车右轮
5、转速大于左轮转速，则进行差动传动，实现左转，若实现小车右转，则应使小车左轮转速大于右轮转速，实现右转。,（三）电子控制机构,遥控车采用台湾瑞昱公司生产的专用于遥控车模的大规模集成电路。该集成电路具有种控制功能，即前进、后退加速、左转和右转等。由于采用了编码发射及解码接收电路，所以具有较高的抗干扰性能。,（四）车体部分,车身部分是各部分的安装平台，为铁质（有少量的纸质）。是动力部分，驱动部分和电子控制部分的安装平台。同时要保证车身底部的平面度以及车身上下的封闭性。小车的使用方法很简单。打开遥控器和接收器的开关，操作遥控器，小车就可以被“委派”到需要打扫的去进行清扫了。,车轮选择和构思,驱动电机直
6、接驱动两轮转动，。车轮直径15毫米，宽5毫米，内芯的材料为硬质塑料，外皮为一种高分子材料处理后的橡胶。此结构车轮既可以既可以保证在较为光滑的墙面或玻璃面上稳定的工作，又可以利用条纹沟槽在较为粗糙和颗粒状的墙面上工作。,研究综述（1）,遥控爬墙车之所以能吸附在光滑的墙壁上，主要是靠着真空负压原理，依赖车身内先进的离心式风机系统，由车身底部的电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而车身底部的空气不断地补充到风机系统中，致使车身内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差，在此压差的作用下，爬墙车紧紧吸附在墙壁、玻璃等平面上，从而达到使爬墙车附着在墙面等垂直或水平平面上的效果。,创新点：,(1)基
7、于飞机机翼的伯努利原理产生一个足够的压力，使小车通过摩擦力吸附在墙面上(2)把清洁工具和小车结合在一起使小车能够在墙面上实现清扫的功能(3)为了保证机器人可以在任何墙面条件下平稳的工作，车轮采取条纹沟槽状(4)为保证风扇更长的使用寿命，减少在工作过程中灰尘等较小分子颗粒对风扇运转的损伤，在小车底部风扇所在位置放置网状格挡装置。,未来改进趋势：,1 车身重量大。众所周知，如果一个自由活动的物体能够静止在墙面上，那么它与墙面的静摩擦力必定等于它自身的重力。所以我们可以a保证机身的封闭性的前提下。b选择转速比较大的伺服电机来带动离心风机。c在车身底部两侧靠近风机的部分贴上塑料片保证其他部分的风速较大
8、。d尽量减轻各个部件的重量。工作持续时间不长。这主要是蓄电池的问题。我们选择了能量较大重量较轻的锂电池。2 无自动安全装置，需要安装自动坠落的保护装置，尚待研究。3 小车目前还不是智能的，这在后期改进项目中会得到改进。4 目前此类机器人只能在一个平面内工作，如果要换到另一个面工作则必须人工操作进行换面。我们设想未来的爬壁机器人可以智能换面完全不用人工5我们还可以把此类机器人和管道机器人相结合，可以在管道内进行清洁、勘察、检测和监控等工作，并且完全可以运用到相当危险的核工程等条件相当苛刻的工作环境中。,致谢,两个星期的地基处理课程设计很快就结束了，经过各位老师的悉心指导和精心教导，在设计的过程中，我已经对机械设计有了深刻认识，也学习和应用了处理一些工程问题的基本方法，在各位老师及各位同学的帮助与支持下，顺利的完成了本次机械创新设计，并完成报告的编制。最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢。,
