摘 要

伴随着人们生活水平的提高，舒适的工作环境显得尤为重要。经济的发展使得高层建筑也越来越多，形形色色的摩天大楼成为现代都市一道亮丽的风景。然而，由于玻璃的采光性能好，保温防潮性能好，再加上彩色玻璃实用美观，玻璃幕墙结构成为了高层建筑的新宠儿。

玻璃清洗机器人结构的研究可以降低人工工作的成本和风险，可以广泛运用于现代生活。本次设计综述机器人的选择清洗机器人的移动方案设计；清洗机器人的清洗结构设计，机器人吸附方案选择与计算和清洗机器人的控制方案设计；采用吸附爬壁机器人的设计理念，从力学，材料学，PLC等方面进行研究。其中，运用pro/ENGINEER三维软件对机器人进行三维实体运动仿真，证实设计的可行性，极大程度上减轻负重。

关键词: 玻璃清洗 机器人 爬壁 吸附 PLC控制系统 三维建模

Glass cleaning robot design specification

ABSTRACT

As people living standard rise, people living environment is becoming more and more demanding to work.The development of economy makes the high-rise building more and more, all kinds of skyscrapers become a modern city scenery.However, due to the glass daylighting performance is good, good insulation moisture-proof performance, coupled with the colored glass, practical and beautiful, make the new favorite of the high-rise building glass curtain wall structure.

Glass cleaning robot structure research can reduce the costs and risks of manual work, can be widely used in modern life. The design of robot choose cleaning robot movement scheme design;Cleaning robot structure design, the robot adsorption scheme selection and calculation and control scheme of cleaning robot design; Using adsorption climbing robot design concept, from mechanics, materials science, PLC and so on were studied.

Among them, the use of pro/ENGINEER in the design of 3 d software to three-dimensional entity movement simulation of robots, confirmed the feasibility of the design, reduce the load on the great degree.

Key words:Glass cleaning Robot Climbing wall The adsorption PLC

目 录

1 墙面清洗机器人综述 1

1.1 机器人研究的目的和意义 1

1.2 国内外发展概况 2

1.2.1 国外机器人发展现况 2

1.2.2 国内机器人发展现状 4

1.3 清洗机器人研究主要面临的问题 6

1.4 爬壁机器人分类以及比较 7

1.5 本次课题研究的内容 8

2 机器人总体方案设计 9

2.1 机器人设计的总体思想 9

3 机器人移动方案分析 12

3.1 总体设想 12

3.2 移动方案的设计 12

3.3 移动过程分析 14

3.4 气动驱动系统分析 18

4 机器人吸附方案选择与计算 20

4.1 真空吸盘的计算选择 20

4.2 气缸驱动力计算选择 20

4.3 轴向力校核计算过程 21

4.4 系统抗倾覆计算 22

4.5 真空元件的选择 23

5 气动元器件选择 28

5.1 x,y向驱动气缸 28

5.2 真空发生器 29

5.3 真空吸盘 29

5.4 电磁阀 30

5.5 其它元件 31

6 清洗机器人的清洗结构设计 33

7 清洗机器人的控制方案设计 34

7.1 控制系统选择要求 34

7.2 PLC特点 34

7.3 PLC选择 34

7.4 PLC接口信号地址设计 36

7.5 控制系统编程 38

8 结论与展望 47

8.1 设计结论 47

8.2 未来预想 48

致谢 49

参考文献 50

1 墙面清洗机器人综述

1.1 机器人研究的目的和意义

伴随着人们生活水平的提高，舒适的工作环境显得尤为重要。经济的飞速发展带动了整个高层建筑的发展，各种各样的摩天大楼拔地而起，成为了现代都市一道亮丽的风景。但是，玻璃良好的采光性能以及高强度的保温防潮性能，再加上彩色玻璃的实用美观，玻璃幕墙结构理所当然的成为了高层建筑的新宠儿。建筑外观的整洁美丽也是员工选择工作环境的一个重要指标，因此，时间一长，就需要对玻璃墙面进行清洗。因此，许多城市都明文规定，要求每年必须对高楼玻璃进行清洗。在当下来看，高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有以下两种：一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗。但是，通常玻璃幕墙的面积很大，而且大多处于几十米甚至上百米的高空，并且周围没有可以攀援的支架，这样一来工作效率很低,另外高空极限作业对人身安全及玻璃壁面也存在很大的威胁性。最后清洗玻璃幕墙就成为了一项繁重、耗资、危险的工作了。在这样的情况下，选择用人去清洗玻璃幕墙的话，花费高的同时，安全问题也得不到保证。

考虑到以上问题，如今一些国家和地区已经通过明文的法律规定对擦窗作业的人工高空攀爬行为进行了限制；第二种就是将擦窗机是通过安装在楼顶的轨道及吊索系统来对准窗户进行自动擦洗。这种方式不仅第一次的投资成本比较高，金额甚至达到了数百万元，而且还需要考虑窗户的设计形式，很难在各种场合都适用。综上，我们急切的需要一种自动机器来能代替人而且又有一定灵活性和适用性的完成这项工作。高楼清洗机器人就是在这种需求下应运而生的。

它的出现不仅可以改善工人的劳动环境，也可以极大的降低高层建筑的清洗成本，提高生产效率的同时也必将极大地推动清洗业的发展，带来的将是相当大的经济效益和社会效益。在经济利益的驱动下，国内外多家研究机构都紧张的投入到了此项研究中来。清洗机器人是一种壁面移动机器，在学习了解了其它行业的使用情况后，本次的毕业设计决定采用爬壁式机器人。