学位论文—一种爬壁喷涂机器人的研究与设计.docx

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1、毕业论文（设计）题目一种爬壁喷涂机器人的研究与设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存

2、毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交

3、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项L设计（论文）的内容包括：D封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2 .论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文

4、字数不少于L2万字。3 .附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4 .文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装指导教师评价：一、撰写（设计

5、过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优口良中口及格口不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优口良中口及格口不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优口良中口及格口不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优口良中口及格口不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优口良中口及格口不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优口良中口及格口不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优口良中口及格口不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优

6、口良中口及格口不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优口良中口及格口不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优口良中口及格口不及格建议成绩：口优口良中口及格不及格（在所选等级前的口内画“）指导教师：（签名）单位：（盖章）年月日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？口优口良口中口及格口不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？口优口良口中口及格口不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义口优口良口中口及格口不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？口优口良口中口及格

7、口不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平口优口良口中口及格口不及格建议成绩：口优口良口中口及格口不及格（在所选等级前的口内画“）评阅教师：（签名）单位：（盖章）年月日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优口良中口及格口不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优口良中口及格口不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优口良中口及格口不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优口良中口及格口不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优口良中口及格口不及格三、论文（

8、设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优口良中口及格口不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优口良中口及格口不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优口良中口及格口不及格评定成绩：口优口良中口及格不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）年月日教学系意见:系主任：（签名）目录摘要11绪论12爬壁喷涂机器人的系统方案设计32.1 爬壁喷涂机器人的技术性能指标32.2 爬壁喷涂机器人的总体方案设计33爬壁喷涂机器人的主体的设计83.1 爬壁喷涂机器人的爬行结构的设计83.2 爬壁喷涂机器人的气动元件选择123.3 爬壁喷涂机器人主体的受力分析144爬壁

9、喷涂机器人的楼顶吊装系统的设计165爬壁喷涂机器人的控制系统设计186总结19参考文献：20谢辞22一种爬壁喷涂机器人的研究与设计XXX（德州学院机电工程学院，山东德州253023）摘要：本文针对国内外现有爬壁机器人模型特点，在总结和借鉴喷涂设备的基础上，提出了一种以爬壁机器人为主体，喷涂设备为辅的高层建筑喷涂机器人方案。本次设计介绍了此种高层建筑爬壁喷涂机器人的用途，结构，及其特点。阐述了此种机器人在国内外的发展状况，并对未来该机器人的发展趋势做了预测。关键词：爬壁机器人；喷涂；PLC；楼顶吊装1绪论1.1选题背景目的及意义随着社会经济的发展和人口的增加，现代城市高层建筑越来越多，在现代都市

10、中各种各样的摩天大楼成为一道亮丽的风景。多年来，许多城市的环境清理工作引起人们的越来越多的关注重视。建筑物已成为一个城市的外观，因此建筑物表面的喷涂和装饰建筑工作已成为人们整顿城市环境的关注重点。一般的高层建筑物喷涂工作均是由人工手动完成的，但是，人工喷涂是相当危险的，高空中由于有强气流的存在使人很难保持平衡，工作环境很不好，伤亡事故频繁发生，而且效率很低很低。工人在有毒的艰险恶劣的环境中完成这种复杂的喷涂操作，这无疑对工人的健康和生命安全造成很大的威胁。高层建筑物的壁面喷涂是一项量大面广的作业,在我国高空作业最原始的方法是通过架设脚手支架，让工人携带喷涂工具和涂料依次进行喷涂作业，一个喷涂项

11、目完毕后再拆除脚手支架，然后进行下一个项目的喷涂作业。很明显的，这种方式很费力、费时，需要大量的辅助材料来搭建脚手支架。特别是对于高层建筑外墙的喷涂成本更高，而且效率太低，工人长期在此环境中工作会使他们的身体有一定的损伤。而现在随着科技创新技术的发展，目前我国对高层建筑外墙的喷涂工作主要是用专门的载人提升设备吊篮，将工人及喷涂工具和材料等依次悬挂于墙面附近，虽然主要还是要靠人工来进行，但其比起最简单的方式来说有了很大的进步，这种方法使用的设备简单，工人手持喷枪对墙面进行喷涂，工人的工作条件有所改善，效率有所提高，但为了工人的安全着想，还是需要一个人单独工作，喷涂效率仍然很低，并且采用手工喷涂的

12、涂层质量受人为控制的因素影响比较大，如移动喷枪的速度、喷涂的距离、涂料的流量、所用的喷涂方法和工人的技术水平等。所以高层建筑壁面喷涂自动化的问题急需解决。解决这个问题的最好方法就是用机器人代替德州学院机电工程学院2013届机械设计制造及其自动化专业毕业论文（设计）工人进行高空喷涂作业。由机器人来代替工人作业，实现喷涂的自动化，这将是高空喷涂作业的发展方向。虽然在机器人工作过程中还是需要人工的操作，但是这样已经可以在很大程度上降低工人的劳动强度，工人的工作环境有了很大的改善，也提高了喷涂效率及质量。随着科技的进步，爬壁机器人的应用越来越广泛，这使得高层建筑喷涂机器人的诞生成为了可能。而本文所设计

13、的高层建筑爬壁喷涂机器人是爬壁机器人的一种应用。本文针对国内外现有爬壁机器人模型特点，在总结和借鉴喷涂设备的基础上，提出了一种集爬壁机器人、喷涂设备于一体的高层建筑爬壁喷涂机器人方案。12爬壁机器人的发展概况机器人是传统的机构学与现代电子技术结合的产物,是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多种学科的综合性的高新技术产品，是一种能够进行高速运行、重复操作并且精确度较高的自动化设备。可以用机器人来代替人类去从事各种危险的、重复的、单调的及工作环境比较危险的工作，这将是社会发展的趋势。爬壁机器人是机器人的一个分支,主要运用于建筑和玻璃的表面和化学反应罐的内部进行清洗、除锈、喷涂等的作业

14、过程中。现代社会中，在一些对国民经济的发展有着重要的作用的工作中必须要采取安全的防范措施,而爬壁机器人在这方面是得到大力发展的其中的主要开发项目之一。所以现在已经有很多各种各样的爬壁机器人已经被投放到或即将要被投放到各种作业的现场中，其主要被应用有许多方面比如核工业，核工业中辐射力比较强，而对核废液储罐进行焊缝探伤、罐体壁厚的测量和核废液的泄露检查等工作如果靠人工作业将会对工人的身体产生很大的损伤;在建筑行业也有一些工作需要机器人代替工人去作业像高层建筑表面的玻璃幕墙清洗、瓷砖等外装饰的安装，外墙壁表面的喷涂和墙面的清洁等，此外还有消防部门，造船行业，石油化工等行业。总之随着科技的发展机器人的

15、应用将会得到越来越快的发展。爬壁机器人的发展历史是比较长的，早在1966年，日本大阪府立大学的西亮讲师设计出了一台简单的原理样机,此样机所用用的原理是利用电风扇旋转在其墙壁附近产生低压空气然后再由低压空气产生的负压作为吸附动力使机器人本体吸附在墙壁表面上,这被看作是爬壁机器人领域的研究开端。自此以后，爬壁机器人技术在世界范围内得到了迅猛的发展，而在这一领域内，日本所取得的成绩最为突出，美国、英国等多个国家也相继取得了不小的成就；在国内，对爬壁机器人最早的研究，是在1988年由哈尔滨工业大学率先进行的，经过了十几年的发展，我国先后加入了一些知名的学府及研究所等研究机构比德州学院机电工程学院201

16、3届机械设计制造及其自动化专业毕业论文(设计)如说上海交通大学，上海大学，长春光机所，北京航天航空大学等，他们都为国内爬壁机器人的研究做出了重要的贡献，到目前为止，国内的爬壁机器人也取得了不小的进展C1O1.3喷涂设备的发展概况随着工业技术的发展，简单的手工操作已经无法满足市场的需求，而在改革开放以后，工业技术自动化越来越普遍，在这种环境下在喷涂作业已由手工向工业自动化的方向发展，而且喷涂自动化的程度也越来越高，所以喷涂生产线的应用也越来越广泛，并已经深入到国民经济的很多方面。现在市场上广泛应用的喷涂设备按照自动化程度的高低可分为：手动喷涂设备、半自动喷涂设备和全自动喷涂设备三种。目前为止，国

17、内主要的喷涂方式主要是高压无气喷涂。高压无气喷涂的原理是喷枪利用空气压缩泵提供的高压气流将涂料喷出，由于气压较高因此涂料以雾状喷射到被涂物体的表面上。要完成高压无气喷涂其所需要的设备主要包括空气压缩泵，喷枪，蓄压桶，软气管等。2爬壁喷涂机器人的系统方案设计2.1爬壁喷涂机器人的技术性能指标在经过了一定时间的考察和查阅整理资料后,本人认真分析了目前现有的各种爬壁机器人和喷涂设备的优缺点，结合现实的情况做了以下技术性能及要求：(1)该方案要能够保证实现平稳喷涂使喷涂的图涂层均匀；(2)本设计方案能够适于喷涂较大的平面；(4)高层建筑喷涂机器人要求通过无线通信控制由人工进行远程控制；(5)该机体的加

18、工制作要尽量使用标准件，对于非标准件，应尽量是加工工艺简单；(6)该机体的装配和操作要简单容易，使普通工人在培训之后即可熟练操作。2.2爬壁喷涂机器人的总体方案设计在拟定方案的时候，经过多方的考察检阅资料，以集思广益、自由阐述的方式，讨论了设计方案，经过多方的比较，全方位的考虑，最终将所有方案的优点结合在一起，确定了现在的设计方案。该爬壁喷涂机器人在现有技术的情况下其总体结构采用传统的四部分组成:机器人本体系统，喷涂作业系统，地面遥控与监控系统和楼顶悬挂系统。爬壁喷涂机器人的设计方案主要包括机器人的本体方案设计和机器人的控制系统设计。其中机器人的本体方案设计包括机器人的移动方式、吸附方式、喷涂

19、装置的设计。而机器人的控制系统设计方案主要德州学院机电工程学院2013届机械设计制造及其自动化专业毕业论文（设计）是机器人的控制方式设计。2. 2.1爬壁喷涂机器人的吸附方式爬壁机器人的吸附方式有三种：真空吸附、磁吸附和推力吸附。不同吸附方式的机器人都各有自己特点，能够应用于不同的场合，使用时需要根据具体的使用条件来进行吸附方式的选择。下面列出各种吸附方案的优缺点：1）真空吸附。真空吸附分为单吸盘和多吸盘吸附，单吸盘结构简单允许有一定的泄露，但是单吸盘会使系统稳定性差，吸盘没有冗余性，断了电之后就没有了吸附能力。多吸盘吸附吸盘的尺寸小，密封性也好，断电有冗余性。但其也有缺点，它对墙面的适应能力

20、较差，如果墙面不平整或有裂缝吸盘将会发生真空泄漏，从而使机器本体掉落。2）磁吸附。磁吸附分为永磁式和电磁式两种。永磁式耗能少，比较安全。但磁体在离开吸附的墙壁时需要很大的力量这将会使机器(1)(2)矩形排列直线排列构是一个机器人最重要的部分。所有的计算、分析和编程最终都要通过本体的运动和动作在该喷涂机器人喷涂作业规划中，出于安全等各方面的因素考虑，针对不同的优化准图4机器人的爬行结构pro/e模型1）机器人的上下移动假设机器人初始状态为纵向的前气缸位于推进的最大行程处，纵向后气缸活塞杆为收吸盘组活塞吸盘为吸附状态Q吸盘为松开状态由于在某些特殊场合上面两种常见的吸盘都不适应,于是为了满足这种特殊

21、应用场合（八）使用多级真空发牛.器，使泄漏的气体能够在最短的时间里补充上来。这种方法的缺点是系统中仍存在较大的漏气量，并H能源耗费较高；一种多唇边的自适应性真空吸盘。其结构如下所示：尸I=尸2=尸3=Px4SFfl=fF4Ff2=fF5Ff3fF6=F4+F5+F6-F1-F2-F3P二G-FQ12,SGYjFx=F5-F2YjFy=F7+Ff2-GP74S从PLCK7MDR20S控制台主PLCK7MDR30S纵向滑轨电机横向滑轨电机喷头电磁阀推动电机红外传感器红外计数器卷扬电机喷雾泵电机24(3)：8员超，张刚，孙进生，孟如，张启先.高层建筑喷涂机器人系统研究J.机器人，2002,23924

22、0TheResearchandDesignofAClimbingWallSprayingRobotXXX(MechanicalandElectronicEngineeringDepartmentofDezhouUniversity,DezhouShandong,253023)Abstract:Inthispaper,accordingtothecharacteristicsofexistingmodelrobotathomeandabroad,onthebasisofthesummaryanddrawlessonsfromsprayingequipment,Iproposesaclimbing

23、robotasthemainbodyandsprayingrobotsprayingequipmentofhigh-risebuilding.Thisdesignintroducestheclimbingwallsprayingrobotusesthishigh-risebuilding,structure,anditscharacteristics.Expoundsthedevelopingsituationofsucharobotathomeandabroad,andpredictsthedevelopmenttrendoftherobotinthefuture.KeyWords:Clim

24、bingRobot,Coating,PLC,TheRoofLifting德州学院机电工程学院2013届机械设计制造及其自动化专业毕业论文（设计）谢辞持续了半年的毕业设计，很快就要完成了，我感到很高兴！回想到毕业设计的整个过程，我学到了很多以前从未接触过的新的东西。刚开始之所以想到做这个题目是因为当时学了一门课程是刘极峰老师主编的机器人技术基础，当时觉得机器人很好玩很有意思，于是就爱上了这门课，对于这论文当时我觉得很简单，但当自己真正开始做的时候，却不知道如何着手，突然有种力不从心的感觉。通过本次毕业论文设计，不仅提高了我的自学能力，而且还让我学会了如何在学术研究中搜集、整理资料，遇到问题时该从

25、哪入手，这或许是我在大学期间独立完成最大的一个项目了。这次做论文的经历让我终生受益，我觉得论文是一个用真心做的事情，是自己真正学习和研究的过程。这次的经历能让我在以后的学习工作中不断激励我前进！对于这次论文能够顺利的完成主要得益于指导老师和同学们的帮助！首先，我特别要感谢我的指导老师王导师对我的悉心指导和无私的帮助。在这次做毕业论文期间王老师给我提供了很多宝贵和有用的文献资料，提出了很多改进方案，不厌其烦地指导我修改、完善自己的论文设计。导师那种严谨的学风、渊博的专业知识、诲人不倦的态度、学术上精益求精以及平易近人的人格魅力，对学生将是永远的鞭策和从事工作的榜样！在这里表示深深的感谢！感谢和我一起生活四年的室友，是你们让我们的寝室充满快乐与温馨，“君子和而不同”，我们正是如此！愿我们以后的人生都可以充实、多彩与快乐！感谢我的同学们，谢谢你们给予我的帮助！感谢父母对我的养育之恩，你们对我的养育我无言以报，你们永远健康快乐是我最大的心愿！还要感谢各位评委老师能在百忙之中评阅我的论文。感谢机电系全体老师在我学习上的悉心指导！在整个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断完善，最终帮助我顺利完成了整个论文的设计任务。