25G型车厢外表面清洗机器人研究

论文摘要

轨道交通运输是我国运输业的重要组成部分之一,在国民经济中占有重要地位,近年来我国的轨道交通运输事业发展迅猛,但与之相应的轨道车辆的清洗设备发展却十分迟滞。虽然国内市场上也有用于轨道车辆清洗的设备,但其使用的局限性较高,因而目前我国大多数轨道车辆的清洗工作仍然是靠人工完成,劳动环境差、强度高、效率低、成本高。本课题以北京火车站、青岛火车站为例对我国轨道车辆清洗工作进行了调研,对火车站车辆段的轨道设置情况、供水系统进行了分析,了解了轨道车辆清洗的现状以及目前市场上存在的清洗设备不能广泛推广应用的原因。在此基础上,以25G型车厢为清洗对象,设计了一种新型的自动清洗机器人。论文研究了该机器人的机械结构和工作原理,详细设计了清洗装置、运动装置等机构,并采用Solidworks2008进行建模仿真。在滚刷设计中,采用了弹簧避让机构来保证工作中滚刷对车辆外皮的压力基本恒定,并给出了一种优化设计方法。在实验分析的基础上,计算了清洗剂喷洒系统和清水冲刷系统的压损和流量,还对机器人的行驶阻力进行了理论计算。在机械结构设计基础上,对清洗机器人的控制系统进行了设计,提高了机器人的自动化、智能化程度,实现了机器人的自动循迹行驶。控制系统采用STC89C52RC单片机为控制器,结合各机构的运动特点,为驱动电机选择了相应的驱动芯片,并对各芯片的外围电路进行了设计,采用Protel2004软件绘制了控制系统的电路原理图,采用Keil软件编写了主程序及各子程序。本文重点研究了清洗滚刷的避让机构与清洗机器人循迹功能的实现方法,解决了滚刷与车辆外皮间压力波动大的问题,实现了机器人的自动行驶,达到保障清洗效果的目的,有望填补国内移动式轨道车辆外皮清洗机器人的空白。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 课题的市场前景分析及主要研究内容
• 1.3.1 市场前景分析
• 1.3.2 论文主要研究内容
• 2 清洗机器人的方案设计
• 2.1 清洗车辆机型确定
• 2.2 清洗机器人的功能
• 2.3 确定清洗机器人的清洗方案
• 2.3.1 清洗机器人清洗方式的确定
• 2.3.1.1 车厢外皮污垢取样分析
• 2.3.1.2 射流式与滚刷式清洗机的对比分析
• 2.4 清洗机器人方案设计
• 2.4.1 动力来源
• 2.4.2 供水方式
• 2.4.3 运动方式
• 2.4.4 控制系统
• 2.4.5 清洗滚刷避让机构
• 2.5 本章小结
• 3 清洗机器人的主要部件设计及理论分析
• 3.1 载体小车
• 3.1.1 驱动方式
• 3.1.2 载体小车组成
• 3.1.3 机器人的驱动条件
• 3.2 清洗剂喷洒系统
• 3.2.1 清洗剂喷洒系统的组成
• 3.2.2 清洗剂喷洒试验及系统流量与压力的计算
• 3.3 清洗滚刷系统
• 3.3.1 滚刷旋转方向及数量
• 3.3.2 机器人滚刷系统的组成
• 3.3.3 避让机构工作原理
• 3.3.4 避让机构的设计
• 3.3.4.1 两个滚刷刷杆固定端距离的确定
• 3.3.4.2 避让机构的优化设计
• 3.3.4.3 弹簧的设计
• 3.3.5 清洗刷的选择及滚刷轴的校核
• 3.4 清水冲洗系统
• 3.4.1 清水冲洗系统的组成
• 3.4.2 清水冲刷试验及系统压力与流量的计算
• 3.5 本章小结
• 4 清洗机器人控制系统设计
• 4.1 系统方案
• 4.2 控制器介绍
• 4.3 自动循迹模块设计
• 4.3.1 循迹模块设计
• 4.3.1.1 反射式红外光电传感器及电压比较器的选择
• 4.3.1.2 循迹模块的电路设计
• 4.3.2 电动机的驱动
• 4.3.2.1 电动机的选择与介绍
• 4.3.2.2 电动机的驱动电路设计
• 4.4 其他功能模块设计
• 4.4.1 按钮
• 4.4.2 报警
• 4.4.3 列车是否存在检测
• 4.5 控制系统软件设计
• 4.6 模型制作及试验
• 4.7 清洗机器人的使用方法
• 4.8 本章小结
• 总结及展望
• 参考文献
• 附录1 电机驱动电路
• 附录2 循迹模块电路
• 附录3 自动循迹控制程序
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表（录用）论文、参编教材及获奖