2019高层楼宇墙壁自动清洗机行走机构设计及性能仿真.doc
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2、-RISE BUILDINGWALLS AUTOMATIC WASHING MACHINE RUNNING GEAR DESING AND PERFORMANCE SIMULATION 毕业设计(论文)III锦犁氓郊猫麦夜淤胁抿饶嗅画斥甲璃毁锄苍挪垫散匣邓店妆汹漾充侣洲昨膳歉儿鸥山腆碗轧踪埔确横萎伊巢瓜武九条徊瑰判御妇型究程记歹茫巢端捕担姥哗久惑绥项赵内婿兰利红栏处譬赁斜泳坊咒飞堂摧秤收莎佯忍刮诗旱假辑拌实劣轴袋辊涕吨俊禄腰迫册瑞蔓传颤衫铀穿府洼噶萧肘丫担激贩垫斋巩耶彦淀所用翅锅镐藻隅淀郑守弟寄订载惜摩彤棒陵折泄鄙殉肝哎讽苍师尚庚屋淡葛租头坎偿萧闰披疑奇俞撞铭瑚躯寻歹羹肝完漱停侮麻址蠢睬挂谊弘
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4、婪次顺欣废蜒扔藕憾才胜倔玛舷豪挑萄域坐破只格鸵担权日绪该佣蚌烤豺嘻歇枢患兽琅图书分类号:密 级:毕业设计(论文)高层楼宇墙壁自动清洗机行走机构设计及性能仿真HIGH-RISE BUILDINGWALLS AUTOMATIC WASHING MACHINE RUNNING GEAR DESING AND PERFORMANCE SIMULATION 学位论文原创性声明本人郑重声明: 所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确
5、方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定,即:本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝,允许论文被查阅和借阅。可以公布学位论文的全部或部分内容,可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日摘要本文首先介绍了国内外爬壁机器人的研究现状及发展趋势,阐明了本课题研究的目的
6、、意义。然后进一步介绍本高楼自动清洗机器人总体结构和各部件方案的选择,并在此基础上进行了高楼自动清洗机器人的机械结构的设计计算,主要包括框架设计、电机选取、爬行机构设计、转向机构设计,清洗机构中连杆机构设计以及轴和轴承的设计校核等。关键词: 清洗机 ;爬壁机器人 ;自动机构 ;设计AbstractAutomatic washing machine of skyscraper is part of the development of robot. Its controlled by computer, which is used to achieve path planning, comple
7、te position and stance operation, etc. At the same time, it displays the robots position and stance, sends a series of order to PLC. It also used the technology of sensor and trace. Furthermore, the operation of this robot is easy and convenient.In this paper, at first, research condition and develo
8、pment tendency of this robot is described. And then, it lays out the purpose and importance of this subject. Finally, it mainly introduced this robots whole mechanical structure, concluding frame design, motor selection, climbing structure design, steering structure design, mechanical linkage design
9、s, the design and checking of shaft and shaft bearing etc .Keywords: washing machine wall-climbing robot automatic structure design 目 录1 绪论11.1课题研究的背景21.2 爬壁机器人的分类21.3目前国内外壁面清洗机器人发展状况及趋势21.3.1国外壁面清洗机器人发展状况21.3.2 国内壁面清洗机器人发展状况51.3.3 壁面自动清洗机器人的发展方向62 方案原理的设计82.1 总体方案的选择及说明82.1.1 各种方案的比较82.1.2 总体方案实现的性
10、能要求92.1.3总体方案实现系统组成框图92.2 各部件选择及说明112.2.1爬壁机构的方案选择及说明112.2.2 真空吸附装置的选择及说明122.2.3 行走机构的工作原理说明142.2.4清洗机构的工作原理及说明152.3楼顶辅助系统说明153 设计计算163.1框架设计以及重量估算163.2 电机选取163.3谐波减速器选取183.3.1柔轮与刚轮的设计183.3.2波发生器的设计203.3.3柔轮的校核213.4爬行机构设计233.4.1直齿轮设计233.4.2轴的设计263.4.3锥齿轮设计273.5转向机构的设计293.5.1第一对齿轮设计293.5.2第二对齿轮设计323.
11、6按承载能力设计机架总体尺寸及吸盘吸力363.7清洗机构中连杆机构的设计373.8钢丝绳的设计及滑轮选取373.9轴的设计及校核373.10轴承的选择及校核394清洗爬壁机器人UG仿真. 40 4.1 UG 软件仿真简介. 40 4.2 UG 有限元分析. 40 4.2.1 机器人移行走构有限元分析 . 40 4.2.2 机器人Z 向气缸有限元分析 . 424.3 爬壁清洗机器人UG机构分析 . 43 4.3.1 机器人清洗机构动力学分析. 434.3.2 机器人移动机构动力学分析. 44 4.3.2.1 Z 向气缸动力学分析. 45 4.3.2.2 X 向和Y 向气缸动力学分析. 464.4
12、 本章小结. 47结论48致谢49参考文献501 绪论随着社会的进步,物质文明的发展,人口膨胀,一座座高耸入云的大厦应运而生。可是随之而来的问题是如何保持大厦的清洁,使整个城市焕然一新,为我们提供一个良好的生活环境。为了解决这个难题,许多国家开始着手研究,提出了多种方案,当然,人们最先想到的是靠人工擦洗,但人工擦洗工作效率低,劳动强度大,而且危险系数很高,于是擦窗玻璃机产生。但它的适应面非常窄,需要凭借人的操作以及开启窗户。人们于是又转向了研究机器人,来进行高楼清洗。“机器人”体现了人类长期以来的一种愿望,即用一种具有拟人功能的机器,来代替人去进行各种活动。早在三千多年前西周时代,有个叫偃师的
13、工匠,就巧妙的制造了一个能歌舞的称为“倡者”的“机器人”。虽然它实质上是一个木偶,但这也许是文献记载里最早的“机器人”的雏形。在二千多年的东汉时代,张衡发明了指南车,在车辆运动过程中木人的手总会指向南方,这是世界上最早的移动式“机器人”的雏形。传说中三国时,诸葛亮创造了木牛流马,是另一种移动式机器人。说明了中国追求机器人实现的努力由来已久。人类加入近代之后,随着产业革命,各种机械装置的发明和应用,日本、西欧等国家出现了精巧的“机器人”玩具。这些装置大多由时钟机构驱动,用凸轮和杠杆传递动力。1920年捷克剧作家K.凯比可在他的科幻情节剧罗沙姆万能机器人公司中,第一次提出了ROBOT这个词。进入5
14、0,60年代后,随着机构理论和数控伺服技术的发展,机器人进入实用化阶段,到70年代后,随着计算机技术,控制技术,传感技术和人工智能技术的发展,使得这两种机器人在技术水平和应用领域方面得到迅猛地发展。高楼自动清洗机是机器人在高楼清洗上地运用。爬壁机器人是机器人领域的一个新兴研究方向,正式的研究始于20世纪80年代中期,经过近20年的发展,爬壁机器人的研究已取得了很大的进步,并逐步走向实际应用。尤其是高层建筑壁面清洗机器人,由于清洗行业的迫切需求,世界各地很多国家都在竞相研制,然而现有的壁面清洗机器人往往因为结构复杂、适应性差、成本高等多种原因而最终很难大规模地进入实际使用。在国内,爬壁机器人的研
15、究虽然比较晚,但发展比较迅速,上海大学从1987年开始在上海市科委和国家863地支持下,率先从事爬壁机器人的研究。此后哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学等单位也相继开展了这方面的研究,目前已取得阶段性的成果。其中北京航空航天大学机器人研究所研制的擦窗机器人,在爬壁机器人载体方面有重大的创新。由于所学知识十分有限,经验不足,设计过程难免会出现不正确或不够完善的地方,还望各位老师多多指正,不胜感激!1.1 课题研究的背景在现代都市中,高层建筑越来越多,各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。这些高楼的壁面多采用瓷砖和玻璃幕墙作为装饰,有的还要敷设铝塑板等,这些装饰材料美观、漂亮
16、,但是时间一长,就需要对壁面进行清洗,以美化市容市貌。许多开放性城市都规定,每年应对高楼清洗若干次。可见清洗高层建筑外墙将来可能会成为各清洁公司的主要业务。长期以来,对高层建筑的清洗工作主要是由人工完成的。传统常用的幕墙清洗方式无非是“人工吊板”或“人工吊篮”。前者利用一条简陋的绳索悬挂木板载人擦拭(即我们通常所说的“蜘蛛人”),不仅效率低,而且易出事故。后者利用吊装机悬挂吊篮载人擦拭,相对较为安全,但前期设备投资较大,清洗成本高。因此,人们迫切希望能设计制造出一种可以代替人工完成高层建筑清洗任务的装置,于是,高层建筑清洗机器人应运而生。壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人。它
17、的出现将极大降低高层建筑的清洗成本,改善工人的劳动环境,提高生产效率,也必将极大地推动清洗业的发展,带来相当的社会效益、经济效益。因此,国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。但由于现代建筑艺术的个性化讲究,所以清洗作业的自动化仍面临着来自对象化的巨大挑战。1.2 爬壁机器人的分类壁面清洗机器人是以爬壁机器人为基础开发出来的,是爬壁机器人的用途之一。机器人能够在壁面上自由移动,必须具备两大机能,即吸附机能、移动机能。一般来讲,爬壁机器人主要按吸附机能和移动机能来进行分类。按照吸附机能分类,爬壁机器人可分为:真空吸附、磁吸附和推力吸附三类。按照移动方式分类,爬壁机器人可分为车轮式、履带式、多
18、层框架式和腿足式。根据不同的贴附方式和移动方式可以组成多种不同功能和用途的爬壁机器人。如单吸盘真空负压式爬壁机器人,负压吸附履带式爬壁机器人,电磁吸附多足式爬壁机器人,永磁吸附车轮式壁面移动机器人,靠螺旋桨产生推力的推力附着轮式壁面移动机器人等。每一种形式的爬壁机器人都各有其特点,分别适用于不同的场合,选用时需根据具体的使用条件进行不同的选择。鉴于建筑物壁面的非导磁性,所以壁面清洗机器人多采用真空吸附方式,由风扇、空气压缩机等真空发生设备在机器人和墙壁的接触面间形成负压,依靠压差使机器人吸附在墙壁上。1.3 目前国内外壁面清洗机器人发展状况及趋势1.3.1 国外壁面清洗机器人发展状况1) 单吸
19、盘爬壁机器人发展概况1966年日本大坂府立大学工学部的西亮讲师成功制作了世界上第一台垂直壁面移动机器人的原理样机,并于1975年制作了以实用化为目标的第二号样机,如图1-1所示。该机器人采用单个大吸盘结构,利用电风扇产生的吸附力,使机器人可靠贴附在壁面上;利用履带机构实现爬壁机器人在垂直壁面上进行移动。1978年开始,日本化工机械技术服务株式会社就致力于壁面移动机器人的研究,研制成功了核电站炉心内壁上附着清扫机器人,该机器人采用单吸盘结构,由抽气泵产生负压,吸盘周围是弹性物质,以顺应壁面的凹凸但自身无行走能力,靠上面的绞车拖动,此后,该公司又研制一种叫“WALKER”壁面移动机器人,如图1-2
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