自攀爬幕墙清洗机器人机械机构的设计与研究

论文题目: 自攀爬幕墙清洗机器人机械机构的设计与研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 唐伯雁

导师: 费仁元,张慧慧

关键词: 幕墙清洗机器人,自攀爬机器人,构型研究,附着模型,清洗技术

文献来源: 北京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 幕墙清洗机器人的研究主要集中在样机搭建、机构设计和控制系统构建等问题上,国内外已经出现了多种样机,研究成果各具特色,但总的说来研究工作仍然处在样机的研制和实验阶段,其关键技术与理论有待于进一步深入研究。本文在国内外现有的壁面移动机器人研究成果的基础上,首先结合高空幕墙清洗作业的特点,对幕墙清洗机器人的共性问题——附着技术、清洗技术进行了较为深入的研究。然后结合国家大剧院椭球面幕墙,提出了自攀爬机器人构型,并就自攀爬机器人的构型设计、基本设计原则、可靠性分析等关键问题进行了深入研究,从方法论角度探索了此类型机器人的设计理论。最后在此基础上,设计了适用于国家大剧院椭球面外墙清洗的自攀爬幕墙清洗机器人。本文的主要研究内容如下: 第一、对幕墙清洗机器人附着技术问题进行了深入研究。在总结以前的幕墙清洗机器人附着技术的基础上,建立了幕墙清洗机器人的附着力学模型,从而使幕墙机器人的附着分析更为直观和明确;并基于此模型对幕墙机器人的附着状态的稳定性进行了分析,提出了幕墙清洗机器人的翻倒临界角及抗翻倒特征角的概念,为幕墙清洗机器人的设计提供指导作用。第二、对幕墙清洗机器人清洗技术问题进行了深入研究。首先分析总结了幕墙清洗的技术要求和适用于幕墙清洗的清洗技术,以及幕墙清洗机器人的清洗系统的构建,并在此基础上分析了不同方式的机械力清洗方法的特点。提出了清洗器的清洗强度概念,并分析讨论了清洗强度的影响因素和计算方法。第三、对自攀爬幕墙清洗机器人的构型及设计原则进行了研究。在分析幕墙清洗机器人的约束条件和基本功能的基础上,提出了幕墙清洗机器人的自攀爬构型,并分析了其力学特征和设计原则。建立了自攀爬机器人构型,为此类机器人的构型设计提供了理论基础。第四、针对幕墙清洗机器人对可靠性要求高的特点,利用模糊故障树分析法,建立了自攀爬幕墙清洗机器人的故障树,对机器人的可靠性进行了定性和定量分析,并获得关键零部件的重要度,从而为结构设计提供理论依据。第五、在上述研究的基础上,结合国家大剧院幕墙清洗的应用实例,设计了

论文目录:

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 壁面移动机器人的研究状况

1.3 幕墙清洗机器人的研究特点

1.4 幕墙清洗机器人的关键技术

1.5 本论文的主要工作内容

第2章 幕墙清洗机器人的附着技术研究

2.1 引言

2.2 幕墙清洗机器人附着机理研究

2.2.1 幕墙清洗机器人附着的力学分析

2.2.2 附着条件

2.3 力矩圆的分析计算

2.3.1 简化附着模型

2.3.2 力矩圆的计算方法

2.3.3 翻倒临界角和抗翻倒特征角

2.4 幕墙清洗机器人附着稳定性分析

2.4.1 附着的稳定性分析

2.4.2 影响附着稳定性的因素

2.4.3 提高附着稳定性的措施

2.5 幕墙清洗机器人的附着方式分类

2.5.1 真空吸附

2.5.2 负压吸附

2.5.3 旋翼吸附

2.5.4 机械力抓持

2.6 本章小节

第3章 幕墙清洗机器人的清洗技术研究

3.1 引言

3.2 幕墙清洗要求

3.3 幕墙清洗机器人的清洗系统构成

3.3.1 清洗刷头

3.3.2 刮净装置

3.3.3 清洗液循环装置

3.4 清洗质量评价

3.5 清洗器技术性能研究

3.5.1 清洗器的清洗强度

3.5.2 清洗强度的计算

3.5.3 清洗介质作用

3.6 本章小节

第4章 自攀爬幕墙清洗机器人的构型及设计原则研究

4.1 引言

4.2 自攀爬幕墙清洗机器人的约束关系

4.3 自攀爬幕墙清洗机器人的基本功能

4.4 自攀爬清洗机器人构型研究

4.4.1 构型分类

4.4.2 问题的提出

4.4.3 自攀爬构型

4.4.4 自攀爬构型的特点

4.5 自攀爬幕墙清洗机器人设计原则

4.5.1 基于效率的设计原则

4.5.2 基于效率的设计原则

4.5.3 基于结构优化的设计原则

4.5.4 基于可扩展的设计原则

4.5.5 基于安全可靠的设计原则

4.6 本章小节

第5章 自攀爬幕墙清洗机器人的可靠性研究

5.1 引言

5.2 模糊理论

5.2.1 隶属函数

5.2.2 模糊数

5.3 故障树分析法

5.3.1 建故障树

5.3.2 故障树的数学描述

5.3.3 故障树的定量分析

5.4 自攀爬清洗机器人可靠性分析

5.4.1 机器人工作特点

5.4.2 故障树的建立

5.4.3 定量分析

5.5 本章小节

第6章 自攀爬幕墙清洗机器人的结构实现

6.1 引言

6.2 清洗作业对象简介

6.3 自攀爬清洗机器人总体实现

6.3.1 自攀爬清洗机器人性能指标

6.3.2 附着方式的选择

6.3.3 机器人构型选择

6.3.4 自攀爬清洗机器人总体结构

6.3.5 自攀爬清洗机器人关节构成

6.3.6 自攀爬幕墙清洗机器人样机

6.4 自攀爬机构

6.4.1 抓持铰的构成

6.4.2 滑动导杆及船形结构

6.4.3 抓持机构

6.4.4 俯仰调节机构

6.4.5 攀升驱动装置

6.4.6 自攀爬运动

6.5 横向驱动装置

6.6 清洗装置

6.7 自攀爬清洗机器人机械特性

6.8 本章小节

第7章 自攀爬清洗机器人的控制系统实现

7.1 引言

7.2 自攀爬机器人控制系统硬件

7.2.1 控制系统体系结构及要求

7.2.2 控制系统硬件构成

7.2.3 控制节点硬件设计

7.3 自攀爬机器人检测系统设计

7.3.1 内传感器

7.3.2 外传感器

7.4 机器人控制系统软件

7.4.1 伺服控制系统软件

7.4.2 CAN 总线底层控制程序

7.4.3 通讯信息管理

7.4.4 通讯实现

7.5 本章小节

第8章 实验与展望

8.1 自攀爬机器人样机实验

8.1.1 实验条件及设备

8.1.2 机器人攀升速度与移动速度测定

8.1.3 攀爬运动实验

8.1.4 清洗运动实验

8.2 研究与展望

结论

参考文献

攻读博士学位期间所发表的论文及专利

致谢

发布时间: 2005-09-21

参考文献

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