題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 豎直玻璃幕墻清洗機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 該爬壁機(jī)器人采用兩個(gè)伸縮氣缸呈十字型交叉，分別固定到中間連接板，行走時(shí)采用十字交叉原理進(jìn)行上下及左右移動(dòng)，該機(jī)器人靠其十字的四只腳部吸盤(pán)組產(chǎn)生的吸力緊貼玻璃，吸盤(pán)組帶起升氣缸。機(jī)器人上下行走的后部連接清洗裝置，清洗裝置由滾刷和雨刷組成，滾刷由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行清洗工作，雨刷安裝在清洗裝置底部的四周，使清洗裝置密閉不漏水，同時(shí)起一定的清洗作用。
- 詳細(xì)介紹：
- 該爬壁機(jī)器人總長(zhǎng)為800mm，總寬為700mm，總高為230mm?？傊亓繛?8KG。行程175mm。 為實(shí)現(xiàn)高空清洗作業(yè)的目的，機(jī)器人首先必須具有在壁面上的吸附和移動(dòng)功能，此外還應(yīng)該有相應(yīng)的清洗作業(yè)功能、控制功能、供應(yīng)功能等。所以壁面清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、供應(yīng)保障系統(tǒng)四大部分。 1.機(jī)器人本體主要包括吸附和移動(dòng)兩大部分。 吸盤(pán)部分，可以產(chǎn)生足夠大的吸附力使機(jī)器人本體安全可靠地吸附在工作壁面上。 移動(dòng)部分，包括直線行走機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（本次設(shè)計(jì)只實(shí)現(xiàn)直線行走），直線行走部分靠一個(gè)雙作用氣缸的伸縮來(lái)完成。 2.控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是通過(guò)控制盒完成機(jī)器人在壁面上的作業(yè)功能。它主要由控制盒和可編程控制器構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)遵循可靠、小型、輕量、便于維護(hù)的思想，直接安裝在機(jī)器人本體上，結(jié)構(gòu)上防水密封。 3.清洗系統(tǒng)的主要任務(wù)是清洗壁面，同時(shí)還要做到廢水的回收。主要實(shí)現(xiàn)方式的通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到清洗目的，滾輪四周用雨刷封閉并帶有回水管到，從而達(dá)到清洗壁面和廢水回收的目的。 4.供應(yīng)保障系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)供氣、水、電等作業(yè)所需的東西。由空壓機(jī)、水泵和電源組成。它們由專門(mén)的管路送至機(jī)器人本體，實(shí)現(xiàn)作業(yè)功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 為了有效地在豎直玻璃幕墻上進(jìn)行清洗作業(yè)，我們?cè)诳偨Y(jié)和借鑒國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有爬壁清洗機(jī)器人的基礎(chǔ)上，提出了一種采用多吸盤(pán)組交替吸附工作、本體框架式移動(dòng)并附加高效清洗裝置的爬壁清洗機(jī)器人，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于爬壁機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)利用真空吸附原理，采取一套完整的氣壓控制系統(tǒng)，這使得整個(gè)機(jī)器人功率體積比大；另外在機(jī)器人前部位安裝了一臺(tái)攝像頭，能及時(shí)能將壁面信息傳送到接收平臺(tái)上，有利于提高工作效率。技術(shù)關(guān)鍵在于機(jī)器人在玻璃壁面上行走時(shí)吸附系統(tǒng)吸力大小的確定、吸盤(pán)的最有效布局方式的安排、吸盤(pán)組交替工作的實(shí)現(xiàn)以及高效清洗裝置的設(shè)計(jì)。主要技術(shù)指標(biāo)包括吸盤(pán)吸力的冗余量F，機(jī)器人壁面移動(dòng)的速度V,以及清洗裝置單位時(shí)間內(nèi)清洗的有效面積S。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 該爬壁清洗機(jī)器人利用真空吸附原理，將氣壓控制與單片機(jī)控制有效地結(jié)合起來(lái)，自動(dòng)化程度較高。該爬壁機(jī)器人采取多吸盤(pán)框架式移動(dòng)，與現(xiàn)有爬壁清洗機(jī)器人技術(shù)相比，吸盤(pán)吸附穩(wěn)定可靠，整體剛性較好，越障能力和帶負(fù)載能力均較強(qiáng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，采用四組吸盤(pán)，共20個(gè)，兩組吸盤(pán)交替工作，單個(gè)吸盤(pán)直徑為80mm，則每組吸盤(pán)吸力冗余量可達(dá)到200N。若考慮清洗裝置產(chǎn)生的力矩對(duì)吸盤(pán)組吸力的影響，將使每組吸盤(pán)冗余量降低15N，影響不大。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品在于2010年10月代表學(xué)校參加了第十一屆中國(guó)西部國(guó)際博覽會(huì)
作品所處階段
- 實(shí)物已經(jīng)制作完成，正在調(diào)試中，通過(guò)調(diào)試來(lái)檢驗(yàn)作品設(shè)計(jì)的合理性、可行性，評(píng)估作品具有的市場(chǎng)前景
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 未轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、錄像
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 爬壁清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括壁面吸附、移動(dòng)、清洗以及水、電、氣的供應(yīng)。由空氣壓縮機(jī)提供高壓氣體，真空發(fā)生器產(chǎn)生真空負(fù)壓，確保吸盤(pán)的吸附。可通過(guò)手動(dòng)遙控和上位機(jī)操作控制機(jī)器人在壁面上的作業(yè)。氣壓控制和單片機(jī)編程控制的運(yùn)用使得機(jī)器人具有較大的功率體積比的同時(shí)，也使得整個(gè)機(jī)器人控制方便，并有攝像頭的實(shí)時(shí)圖像的傳送，機(jī)器人工作效率高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)試，觀察該爬壁清洗機(jī)器人在玻璃壁面上的行走適應(yīng)情況以及壁面清洗效果。實(shí)驗(yàn)表明該爬壁清洗機(jī)器人在豎直玻璃壁面上行走穩(wěn)定，具有較好的清洗效果，并具有一定的越障能力，具有較強(qiáng)的壁面適應(yīng)能力。該爬壁清洗機(jī)器人，尤其適用于低矮豎直幕墻的壁面清洗工作，效率高，能在一定程度上能取代人工清洗作業(yè)，鑒于目前國(guó)內(nèi)在高空壁面清潔領(lǐng)域，仍沒(méi)有較成熟的清洗服務(wù)機(jī)器人，繼續(xù)完善該爬壁清洗機(jī)器人，必將具有廣闊的市場(chǎng)前景。
同類課題研究水平概述
- 壁面移動(dòng)機(jī)器人是一種能夠在垂直壁面進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)的極限作業(yè)機(jī)器人，世界機(jī)器人大國(guó)日本在極限作業(yè)機(jī)器人研究方面尤為積極。早在1966年，在大阪府立大學(xué)工學(xué)部任講師的西亮利用電風(fēng)扇進(jìn)氣側(cè)低壓空氣產(chǎn)生的負(fù)壓作為吸附力制作了一臺(tái)垂直壁面移動(dòng)機(jī)器人的原理樣機(jī)。1975年，已經(jīng)身為宮崎大學(xué)工學(xué)院部教授的西亮又制作了以實(shí)用化為目標(biāo)的二號(hào)樣機(jī)，這是個(gè)單吸盤(pán)結(jié)構(gòu)，靠輪子行走的壁面移動(dòng)機(jī)器人。從此以后各國(guó)著名的大學(xué)、研究所、公司紛紛投入力量廣泛開(kāi)展用于極限作業(yè)的壁面移動(dòng)式機(jī)器人的研究 1978年，化工機(jī)械技術(shù)服務(wù)株式會(huì)社制作了一種叫Walker的壁面移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)器人采用了單吸盤(pán)結(jié)構(gòu)。用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，行走機(jī)構(gòu)采用上下兩個(gè)行走滾子和左右兩條行走皮帶的驅(qū)動(dòng)。滾子和皮帶自然組成一個(gè)真空腔體。轉(zhuǎn)向通過(guò)左右滾輪和皮帶的速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。Walker既有吸附功能又有行走功能。但它有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即壁面上有裂縫時(shí)，真空難以維持。 英國(guó)的樸次茅斯大學(xué)設(shè)計(jì)了一種稱作Robug的機(jī)器人，有類似蜘蛛的腿腳，腳部帶有吸盤(pán)，也可以沿壁面爬行，其中RobugⅢ型是由八只腳組成的，每只腳都有自己的微處理器，都是由氣驅(qū)動(dòng)，每個(gè)腳的根部都有一個(gè)吸盤(pán)。機(jī)械上同步的4條腿作為一組，由兩組氣缸驅(qū)動(dòng)，反復(fù)地起著支撐和復(fù)位的作用。與以往不同的是機(jī)器人控制其裝在每條腿上，通過(guò)遙控機(jī)器人可沿任意方向行走。 我國(guó)研究和開(kāi)發(fā)機(jī)器人始于七十年代初期。1975年在北京舉辦的日本科技展覽會(huì)上，川崎重工業(yè)公司首先在中國(guó)展出了工業(yè)機(jī)器人（Unimate-2000型搬運(yùn)機(jī)器人），以此為起點(diǎn)，我國(guó)掀起了第一個(gè)研制機(jī)器人的浪潮。 我國(guó)自行設(shè)計(jì)并研制的第一臺(tái)壁面爬行式遙控檢查機(jī)器人（BH-1型）誕生在哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，它是為我國(guó)的核電事業(yè)而研制廢料儲(chǔ)罐進(jìn)行安全情況檢查（檢查方法為超聲波探傷及測(cè)厚）。BH-1型爬壁機(jī)器人的特點(diǎn)是它的行走機(jī)構(gòu)采用了一種新結(jié)構(gòu)的輪子—全方位輪，這是瑞典MECANUM公司的新技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)從1988年開(kāi)始在國(guó)家“863”高技術(shù)的支持下先后研制了兩種爬壁機(jī)器人。哈工大研制出單吸盤(pán)輪式驅(qū)動(dòng)爬壁機(jī)器人，該真空吸附式機(jī)器人采用全方位車輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在機(jī)器人本體方位保持不變的情況下，機(jī)器人能夠沿任意直線方向移動(dòng)，該機(jī)器人自重20千克，負(fù)載能力15千克，移動(dòng)速度0-2米/分鐘，采用微機(jī)控制和有線遙控。
