爬墻機器人

爬墻機器人,機器人 爬墻機器人總體結(jié)構(gòu)及清洗裝置、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 學(xué)生姓名: 蔡系文 班級: 030312 指導(dǎo)老師: 袁坤 摘要:爬壁清洗機器人是一種能夠在垂直壁面上進行清洗作業(yè)的移動式服務(wù)機器人。它屬于極限作業(yè)機器人的一種，可以將人從危險的工作中解脫出來，因而在建筑清洗行業(yè)有著廣泛的用途和很高的使用價值。研究高效、簡潔的高樓壁面清洗機器人正是本課題的要求。 使用爬壁清洗機器人進行高層建筑幕墻自動清洗，其實現(xiàn)的關(guān)鍵是機器人的移動方式、吸附方式以及清洗技術(shù)。本文研究的目的是設(shè)計一種面向高層幕墻的可靠、高效、省時、安全的清洗作業(yè)系統(tǒng)。因此，如何合理實現(xiàn)爬壁清洗機器人的三大技術(shù)是本設(shè)計的關(guān)鍵。 本文通過對國內(nèi)外爬壁清洗機器人現(xiàn)狀進行了系統(tǒng)的分析與比較，l論文主要論述了爬壁清洗機器人的行走方式、吸附方式、清洗裝置、控制系統(tǒng)。首先介紹了國內(nèi)外爬壁機器人研究現(xiàn)狀，闡明本課題研究的目的、意義。然后進一步介紹了本爬壁清洗機器人總體結(jié)構(gòu)，同樣也要求設(shè)計出合理高效的清洗裝置，并在此基礎(chǔ)上著重闡述了爬壁清洗機器人控制系統(tǒng)主要問題及其解決方法，機器人的控制系統(tǒng)主要必須完成對機器人行走、吸附、清洗等的控制，必須具有操作簡單、可靠、高效、方便等特點。 關(guān)鍵詞: 爬壁機器人 清洗 移動　吸附　機器人控制 指導(dǎo)老師簽名: 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：爬墻機器人總體結(jié)構(gòu)及清洗裝置、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求： 原始資料：爬墻機器人文獻20余篇 設(shè)計技術(shù)要求： 機器人爬行速度：0～2m/min( 無級可調(diào)) 控制方式：無線遙控或程序控制 吸附方式：負壓吸附（正常負壓為－600　mmH2O）； 最大有效負載：≤15Kg； III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間： 1、收集有關(guān)資料，寫出開題報告； 2周(3.26-4.8) 2、系統(tǒng)方案設(shè)計； 2 周(4.9-4.22) 3、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計（臺面）；　　　　　　　　　　　　 2周(4.23-5.6) 4、清洗裝置設(shè)計； 　　 　　　　　　　2周(5.7-5.16) 5、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計；　　　　　　　　　　　　　　　　　　3周(5.17-6.8) 6、外文翻譯(6000實詞以上)； 1周(6.9-6.15) 7、撰寫論文； 1周(6.16-6.22)  Ⅳ 、主 要參考資料： 1、王茁，張波.壁面爬行機器人本體設(shè)計[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2004,21（4）：78－80 2、談土力，龔振邦，張海洪等.壁面自動清洗機器人研制[J].高技術(shù)通報,2003,12(2): 83-87 3、高學(xué)山，徐殿國，王炎.新型壁面清洗機器人的研究與設(shè)計[J].高技術(shù)通報,2004,13(4): 39－44 4、趙興飛，周憶，石崇輝.氣動爬壁機器人設(shè)計與計算[J].機床與液壓,2003,32(3):61－62 5、B.Bahr,Y.Li and M.Najafi.Design and suction cup analysis of a wall climbing robot[J]. Computers Elect. Engng.2006,22(3):193-209 航空與機械工程 院（系） 機械設(shè)計制造及其自動化　專業(yè)類 　　030312 班 學(xué)生（簽名）： 蔡系文 日期： 自2007 年 3 月 　26 日　至　2007 　年 6 月 22 日 指導(dǎo)教師（簽名）：袁坤 助理指導(dǎo)教師(并指出所負責(zé)的部分)： 機械制造 系（室）主任（簽名）： 附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計說明書首頁。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：爬墻機器人總體結(jié)構(gòu)及清洗裝置、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 院( 系 ) 航空與機械工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機械設(shè)計制造及其自動化 班級學(xué)號 03031236 學(xué)生姓名 蔡系文 指導(dǎo)教師 袁坤 二OO七 年 六 月 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目爬墻機器人總體結(jié)構(gòu)及清洗裝置、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 專 業(yè) 名 稱 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 學(xué) 號 03031236 學(xué) 生 姓 名 蔡系文 指 導(dǎo) 教 師 袁坤 填 表 日 期 2007 年 04 月 05 日 說 明 開題報告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標、主要特色及工作進度、參考文獻等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致。 一、選題的依據(jù)及意義： 爬壁機器人是極限機器人的一個分支，主要在壁面或頂部進行移動作業(yè)。由于現(xiàn)代社會中，有許多場合必須采取良好的安全防護措施才能實施作業(yè)，如：原子能發(fā)電站中強發(fā)射線下的作業(yè)，海底石油勘探等深水作業(yè)，災(zāi)害時的消防救援作業(yè)等，這些工作對于國民經(jīng)濟發(fā)展的重要性與日俱增。而爬壁機器人作為其中的主要開發(fā)項目得到了蓬勃的發(fā)展。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的爬壁機器人投入現(xiàn)場作業(yè)，主要應(yīng)用于以下幾個方面： l 核工業(yè) 對核廢液貯管進行視覺檢查、測厚及焊縫探傷等； l 石化工業(yè) 對圓形大罐或球形罐的內(nèi)外壁面進行檢查或噴砂除銹、噴漆防腐等； l 建筑行業(yè) 用于噴涂巨型壁面，安裝瓷磚并對瓷磚、玻璃壁面進行清洗等； l 消防部門 用于傳遞救援物資、進行救援工作等； l 造船行業(yè) 用于噴涂船體或輪船內(nèi)壁等； l 電力行業(yè) 對電站鍋爐水冷壁管壁厚度的測量等。 隨著城市建設(shè)的發(fā)展，越來越多的高層建筑出現(xiàn)在大都市中，并成為城市現(xiàn)代化的基于采光和美觀的緣故，許多高層建筑都以玻璃幕墻或其他幕墻為外裝飾，但也因此帶來了建筑物幕墻的清洗問題。高大建筑物的幕墻清洗是一項繁重而危險的工作。國內(nèi)外目前使用的方法主要有三種，一種是用繩索直接吊掛清潔工(俗稱蜘蛛人)在幕墻上作業(yè)，這種方式危險性很大；第二種是靠樓頂軌道車和升降平臺承載清潔工進行玻璃窗和壁面的清洗，但這種方式未能根本消除工人的危險，而且系統(tǒng)成本極高；第三種是用安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)將擦窗機對準窗戶進行自動擦洗。如果采用第三種方式，除了成本高以外，還要求在建筑物設(shè)計之初就要將擦窗系統(tǒng)相應(yīng)結(jié)構(gòu)考慮進去，從而限制了這種方式的使用。目前，玻璃幕墻的清洗主要還是采用人工清洗，國內(nèi)幾乎所有的玻璃幕墻均采用這種方式進行清洗。目前，這種清洗方式存在的缺點不足如下： l 作業(yè)周期長，工作效率低。如果人工清洗高層建筑，勢必影響清洗效率和影響清洗的質(zhì)量； l 費用高，易出事故。清洗時人工高空作業(yè)，安全性差，而且必須付給清洗工人相應(yīng)的高費用。 隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，使得高層建筑幕墻清洗自動化成為可能。對于高層建筑物的幕墻清洗，特別是復(fù)雜幕墻的清洗，最好的解決辦法是用可在幕墻壁面自由爬行的移動機器人。若能研制成功這類高層建筑幕墻清洗機器人，則不僅能消除人員的高空作業(yè)危險和大幅度提高工作效率。另外，由于清洗時間大大縮短，能極大地降低作業(yè)費用。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，高層建筑越來越多，為美化城市、保持現(xiàn)代化城市的形象和高樓的情節(jié)面貌，而建筑物的外壁多采用瓷磚和玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，但隨之而來的高樓清洗問題又一直困擾著人們。確保在各種惡劣條件下更好地完成清洗任務(wù)，成為擺在大樓經(jīng)營者或清洗公司面前的日益緊迫的事情。高層建筑清洗工作是一項非常繁重、特殊及平凡的工作，在垂直陡壁上進行清洗作業(yè)，對人類是非常困難和危險的。 爬壁清洗機器人解決了人類在特殊環(huán)境下從事危險、繁重體力勞動的難題，為改善勞動環(huán)境、保護人身安全及美化城市等方面，開辟了一個新的領(lǐng)域。所以我選擇了這個爬壁清洗機器人設(shè)計的課題。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： 壁面爬行機器人（簡稱爬壁機器人）作為高空極限作業(yè)的一種特殊機器人，越來越受到人們的 ，原因是使用爬壁機器人不僅可以代替人進行危險作業(yè)，而且可以把人們從惡劣的環(huán)境中解脫出來。目前國內(nèi)外已有一定數(shù)量的爬壁機器人投入現(xiàn)場作業(yè)，基礎(chǔ)理論研究已逐步完善。機器人如果能夠在壁面上自由地移動，并且進行作業(yè)，必須具備兩大基本機能：吸附功能和移動功能。因此，爬壁機器人主要是按吸附功能和移動功能來進行分類的。 爬壁機器人按吸附方式可以分為真空吸附、磁吸附、推力吸附三類。真空吸附又分為單吸盤和多吸盤兩種結(jié)構(gòu)形式，具有不受壁面材料限制的優(yōu)點，但當(dāng)壁面凹凸不平時，容易是吸盤漏氣，從而使吸附力下降，承載能力降低；磁吸附又分為永磁鐵和電磁鐵兩種，要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，但它的結(jié)構(gòu)簡單，吸附力遠大于真空吸附方式，且對壁面的凹凸適應(yīng)性強，不存在真空吸附漏氣的問題，因而當(dāng)壁面是導(dǎo)磁材料時優(yōu)先選用磁吸附爬壁機器人。 爬壁機器人按移動方式可以分為框架式、車輪式、履帶式和腳步式四類。框架式吸附能力大，承載能力強，能跨越規(guī)則的壁面障礙；車輪式移動速度快、控制靈活，但維持一定的吸附力較困難；履帶式對壁面的適應(yīng)性強，著地面積大、不易轉(zhuǎn)彎；腳步式移動速度慢，但承載能力強。 不同的吸附方式和移動方式的組合就構(gòu)成了各式各樣的爬壁清洗機器人。下面就上述分類對國內(nèi)外的爬壁機器人的發(fā)展介紹如下： (一) 國外爬壁機器人的發(fā)展概況 日本作為機器人大國很早就開始了壁面移動機器人的研究，1966年日本大阪府立大學(xué)工學(xué)部的西亮講師成功制作了利用風(fēng)扇進氣側(cè)低壓作用作為吸附力的垂直移動機器人的原理樣機，并與1975年制作了以實用化為目標的第二號樣機，采用單吸盤結(jié)構(gòu)，這是世界上最早出現(xiàn)的爬壁機器人。 1978年，日本化工機械技術(shù)服務(wù)株氏社研制開發(fā)了兩種壁面移動機器人：PC型核電站壁面除污機器人和PD型核電站壁面除污機器人。兩種機器人均為單吸盤結(jié)構(gòu)，由抽氣泵產(chǎn)生負壓。此后，又在這兩種機器人的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種“WALKER”的爬壁機器人?！癢ALKER”有行走能力，它由上下兩個行走滾子和左右兩個傳動帶驅(qū)動行走，真空室由滾子和皮帶自然圍成，通過左右滾輪和皮帶的速度差實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。但當(dāng)壁面上有裂縫時，真空難以維持。 1982年，日本東京消防廳的消防科學(xué)研究所研制出一種消防急救用爬壁機器人，用于將舊救護繩等物質(zhì)搬運到失火的高層樓房，解救被困人員。機器人整個本體作為一個真空吸盤，負壓有抽氣泵工作產(chǎn)生；內(nèi)部有兩排行走履帶，通過履帶的速度差實現(xiàn)轉(zhuǎn)向；操縱是在地面上由操縱盒遙控實現(xiàn)的。 1984年，東京煤氣公司與日立制作所聯(lián)合開發(fā)出一種球形煤氣罐檢查機器人，是最早的多吸盤爬壁機器人。它是一種多足2腳、框架移動式步行爬壁機器人，內(nèi)外兩個框架上各裝有8只吸盤；上有驅(qū)動裝置，可驅(qū)動兩框架相對運動。 1984年，日本日立制作所研制出足式磁吸附爬壁機器人，有八只腳，均采用永磁體吸附式，內(nèi)側(cè)四只腳和外側(cè)四只腳在行走過程中交替吸附于壁面上。 1988年，日本三菱化工研究所研制出了真空吸附式壁面行走機構(gòu)“VACS”，采用履帶式移動方式，履帶上有數(shù)個吸附室。隨著履帶的移動，吸附室連續(xù)地形成真空腔而使履帶帖緊壁面移動。這種機器人主要作為除塵機械，對壁面進行清洗、噴涂、檢查等。 1990年，俄國機械科學(xué)研究所研制成功一種用于清洗作業(yè)的單吸盤爬壁機器人，該機器人采用單吸盤結(jié)構(gòu)，吸盤內(nèi)有移動機構(gòu)、清洗作業(yè)裝置以及控制單元。 真空由直接與真空室相連的螺旋風(fēng)扇形成，真空室四周有密封性良好的彈性材質(zhì)，工作時最大真空壓力為0.007Mpa，兩對獨立驅(qū)動的車輪實現(xiàn)機器人在壁面的移動和轉(zhuǎn)向機能，在機器人本體上裝有用來控制、調(diào)節(jié)真空吸盤真空度的真空傳感器。 1991年，日本關(guān)西電力綜合技術(shù)研究所研制開發(fā)了“混凝土建筑物的壁面檢查機器人”，也是一種履帶式真空吸附機器人，特點是：承載能力大，吸附性能好，移動速度較快，但轉(zhuǎn)向較難。 1991年，東京大學(xué)研制了“NINJA-I”型四足壁面步行機器人，該機器在人有四條腿組成。1993年，研制成功建筑外壁檢查、修補機器人，該機器人的特點是移動靈活、速度快、可跨越10mm的障礙、檢查幅度600mm。1998年，又研制成功了帶有人工腿的“NINJA-II”型機器人。 90年代初，英國的RTD公司推出了輪式磁吸附爬壁機器人。機器人最高爬行速度為12m/min，能爬行25m，帶超聲檢測與紀錄機構(gòu)，可以自動紀錄每隔一定距離的壁厚，該機器人已作為商品銷售。 1993年，日本工業(yè)技術(shù)學(xué)院研制成功壁面步行機器人，該機器人是由兩只五吸盤構(gòu)成的腳形成，每只腳都可繞另一只腳旋轉(zhuǎn)，這樣就形成了機器人的直線和轉(zhuǎn)向移動。 1994年，英國南岸大學(xué)研制出多足多吸盤氣動型爬壁機器人，它是一種框架式結(jié)構(gòu)，安裝有兩組氣缸，可以攜帶一個小型工業(yè)機器人，進行超聲檢測。 1996年，俄國機械科學(xué)技術(shù)研究所研制成功了WCR RVP-II型機器人，采用直角坐標氣缸驅(qū)動。1998年，有研制成功了WCR RVP-21型機器人，能夠在兩個相互垂直的壁面之間跨越行走。 1998年，東京工業(yè)大學(xué)機械與航空工程系研究出一種稱為VM的新式吸盤。 1998年，日本鋼管株氏會社開發(fā)出車輪式磁吸附爬壁機器人，可以吸附在各種大型構(gòu)造物，如：油罐、球形煤氣罐、 船舶等壁面上，代替人進行檢查或修理等作業(yè)。 1998年，德國Aalen商業(yè)技術(shù)學(xué)院研制成功了一種單履帶多吸盤爬壁機器人。該機器人采用特殊的結(jié)構(gòu)形式，克服了以往履帶式真空吸附爬壁機器人的一些缺點。 1998年，西班牙CSIC大學(xué)的工業(yè)自動化研究所研制成功了一種叫做REST的六足爬壁機器人。在機器人的每一條腿上，具有兩個半自由度。 1998年，英國研制出四足壁面步行機器人Robug II；此后又開發(fā)了Robug III型爬壁機器人，它有8只腳，類似于巨型蜘蛛。 1998年，美國的卡耐基梅隴大學(xué)研制了一種飛機檢測飛機表面的爬壁機器人。該機器人采用十字框架式結(jié)構(gòu)，十字框架之間可以相對滑動，完成機器人的前后，左右運動。 2000-2001年，美國Ultrastrip公司開發(fā)了一種單吸盤吸附式噴漆機器人。該機器人利用中央吸盤吸附在壁面上，電機驅(qū)動車輪帶動機器人運動，機器人本體上裝有噴頭，實現(xiàn)對船體、墻面等壁面進行噴漆作業(yè)。 2002年，日本三菱重工業(yè)公司推出一種磁式噴涂爬壁機器人，它也是一種輪式結(jié)構(gòu)。該機器人可以吸附在20mm以上厚度的磁性結(jié)構(gòu)建筑物上，磁力可達2000N，機器人通過三個驅(qū)動輪進行運動，每個輪都裝有一個伺服馬達，轉(zhuǎn)向是通過前輪實現(xiàn)的，移動速度可達10m/min，噴漆速度為1m3/min。 (二) 國內(nèi)爬壁機器人的發(fā)展概況 相對外國，國內(nèi)壁面爬行機器人研究起步較晚。雖然1988年上海大學(xué)就開始了爬壁擦窗機器人研究，由于資金有限，進展沒有達到預(yù)期目標。直到1996年以后，國家自然科學(xué)基金、國家“863”計劃陸續(xù)資助北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校，才正式啟動壁面移動機器人技術(shù)的研究和開發(fā)。 1997年，上海大學(xué)特種機器人技術(shù)應(yīng)用研究室開發(fā)了多層框架，多真空吸盤式，伺服電機驅(qū)動的壁面移動機器人。該機器人最大工作移動速度7.0m/min，自重50kg，負載能力55kg，越障高度60mm。但由于結(jié)構(gòu)較大，重量大，沒有研制配套的清洗裝置，因此不能實際應(yīng)用。 2002年，上海大學(xué)又研制開發(fā)了球形壁面爬行機器人。該機器人采用六足獨立移動的結(jié)構(gòu)形式，帶有柔性裙邊的鉸接式真空吸盤，氣動驅(qū)動形式。但由于重心較高，穩(wěn)定性差。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)也是國內(nèi)外壁面移動機器人研究較早的單位，在國家“863”智能機器人的支持下，已先后開發(fā)出兩個系列共5個品種的爬壁機器人。1997年推出CLR-I型瓷磚壁面清洗機器人樣機。該機器人采用雙輪進行驅(qū)動，清洗機構(gòu)置于吸盤尾部，同時還設(shè)有卷揚機，地面支援小車等附屬設(shè)施。主體下部是一個帶有驅(qū)動輪的滑動密封式負壓吸盤。由于密封裝置采用柔性設(shè)計，對壁面的適應(yīng)能力較強，可以在瓷磚壁面或大直徑圓柱面上豫東，但越障和面面轉(zhuǎn)換能力較差。 1999年在CLR-I的基礎(chǔ)上有成功開發(fā)了CLR-II型適用用于玻璃幕墻的壁面清洗機器人。該機器人采用單輪驅(qū)動，設(shè)計了精巧的清洗機構(gòu)，設(shè)置了抬起氣缸，避免刷子對已清洗的壁面進行二次污染。 北京航空航天大學(xué)機器人研究所自1996年以來在國家“863”計劃的大力資助下，先后成功研制了WASHMAN，CLEANBOT-I兩種爬壁機器人。這兩種機器人均由縱、橫呈十字交叉的無桿氣缸組成本體，可沿縱橫自由運動和越障。全氣動的驅(qū)動方式、重量輕、適合在玻璃壁面上工作。之后又推出了藍天潔士I、II、III型擦窗機器人。2000年開發(fā)研制的靈巧擦窗機器人 (三) 爬壁清洗機器人的發(fā)展趨勢 爬壁清洗機器人現(xiàn)在在我國應(yīng)用還基本上沒有展開，可以說是一個空白領(lǐng)域，國外已經(jīng)在船舶除銹、高樓清洗等多個領(lǐng)域開始應(yīng)用。而我國目前還在試驗階段，沒有具體的產(chǎn)品，國內(nèi)目前絕大多數(shù)高層建筑仍采用吊籃+人工完成清洗工作，因此，爬壁清洗機器人將有十分廣闊的應(yīng)用前景。爬壁清洗機器人也逐步進入了市場，而且我們也必須研究出一種安全可靠、重量輕、效率高、性能價格比高的爬壁清洗機器人。主要的研究方向有如下幾點： 1．研究開發(fā)出高效率的爬壁清洗機器人，主要是新開發(fā)出清洗裝置； 2．研究開發(fā)出對壁面廣泛適應(yīng)性的爬壁清洗機器人，以滿足特殊環(huán)境的清洗要求； 3．合理的性價比（性能/價格比）、高可靠性、通用性。 三、研究內(nèi)容： 1) 爬壁清洗機器人的總體方案設(shè)計與研究。針對我國目前玻璃幕墻清洗行業(yè)的現(xiàn)狀，開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)新穎、安全可靠、重量輕、效率高的爬壁清洗機器人。 2) 爬壁清洗機器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計研究。對機器人的安裝設(shè)計做了詳細介紹，并畫出了爬壁清洗機器人的裝配圖。 3) 爬壁清洗機器人的清洗裝置設(shè)計研究。通過對清洗的方法與現(xiàn)狀進行分析，設(shè)計出簡單、有效的清洗裝置，并對清洗的路徑進行了有效的規(guī)劃。 4) 爬壁清洗機器人的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。選擇用PLC控制，因PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、安裝方便。 四、目標、主要特色及工作進度 （一）、目標： 本課題設(shè)計是針對玻璃壁面為作業(yè)對象，要求設(shè)計出能爬墻及其自動完成清洗作業(yè)的機器人。機器人是高度復(fù)雜的智能化系統(tǒng)，一般來說包括本體部分和控制系統(tǒng)以及輔助部分。一套好的機器人系統(tǒng)既是機器人功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)，也是控制系統(tǒng)設(shè)計的出發(fā)點和主要參考依據(jù)。因此爬壁清洗機器人應(yīng)具有以下主要功能: 1) 機器人能向上、下、左、右四個方向上移動、停留、可以攜帶輔助工具清洗刷完成對玻璃壁面的清洗作業(yè)。 2) 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、緊湊、重量輕、可靠性高且負載能力強。 3) 移動精度較高，能垂直到達垂直平面的任何地方。 4) 機器人控制靈活、簡單、可靠、安全，從而實現(xiàn)機器人的自動化清洗。 （二）、主要特色： 系統(tǒng)工作安全，操作簡單，清洗效率高。 （三）、工作進度： 1、收集有關(guān)資料,寫出開題報告； 2周(3.26-4.8) 2、系統(tǒng)方案設(shè)計； 2 周(4.9-4.22) 3、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計（臺面）；　　　　　　　　　　　　 2周(4.23-5.6) 4、清洗裝置設(shè)計； 　　 　　　　　2周(5.7-5.16) 5、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計；　　　　　　　　　　　　　　　　3周(5.17-6.8) 6、外文翻譯(6000實詞以上)； 1周(6.9-6.15) 7、撰寫論文； 1周(6.16-6.22) 五、參考文獻 [1]. 王茁，張波.壁面爬行機器人本體設(shè)計[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2004,21（4）：78－80 [2]. 談土力，龔振邦，張海洪等.壁面自動清洗機器人研制[J].高技術(shù)通報,2003,12(2): 83-87 [3]. 高學(xué)山，徐殿國，王炎.新型壁面清洗機器人的研究與設(shè)計[J].高技術(shù)通報,2004,13(4): 39－44 [4]. 趙興飛，周憶，石崇輝.氣動爬壁機器人設(shè)計與計算[J].機床與液壓,2003,32(3):61－62 [5]. 張金剛.基于PC-104總線移動作業(yè)機器人結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)研究.山東科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001.4 [6]. 吳洪興，趙言正，高學(xué)山.高樓玻璃幕墻清洗機器人作業(yè)系統(tǒng)的研究.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報，2002.8 [7]. 張海洪.機器人壁面自動清洗系統(tǒng)的工程研究.上海大學(xué)博士論文，2001.02 [8]. 成大先.機械設(shè)計手冊單行本氣壓傳動.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004.01 [9]. 陳沛富.高樓玻璃幕墻清洗機器人設(shè)計研究.重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.05 [10]. 明仁雄，萬會雄.液壓與氣壓傳動.北京：國防工業(yè)出版社.2003.10 [11]. 廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.2 [12]. Dong Sun *,Jian Zhou,Chiming Lai,S.K. Tso.A visual sensing application to a climbing cleaning robot on the glass surface.2003.11 [13]. B.Bahr,Y.Li and M.Najafi.Design and suction cup analysis of a wall climbing robot[J].Computers Elect. Engng.2006,22(3):193-209 目 錄 1 緒論 1.1 爬壁機器人概述 (1) 1.2 壁面清洗發(fā)展階段 (2) 1.3 國內(nèi)爬壁清洗機器人的發(fā)展狀況 (3) 1.3.1單吸盤真空吸附式爬壁機器人發(fā)展狀況 (3) 1.3.2 多吸盤真空吸附式爬壁機器人發(fā)展狀況 (4) 1.3.3 磁吸附爬壁機器人發(fā)展狀況 (5) 1.3.3 其它類型爬壁機器人發(fā)展狀況 (6) 1.4 爬壁清洗機器人研究的技術(shù)難點 (6) 1.5 爬壁清洗機器人的應(yīng)用前景 (7) 1.6 爬墻清洗機器人研究內(nèi)容及目標 (7) 1.6.1 研究內(nèi)容 (7) 1.6.2 目標 (7) 2 爬壁清洗機器人系統(tǒng)方案設(shè)計 2.1 技術(shù)性能指標 (9) 2.2 爬壁機器人的總體方案設(shè)計 (9) 2.2.1 爬壁清洗機器人的移動方式 (9) 2.2.2 爬壁清洗機器人吸附方式 (10) 2.2.3 爬壁清洗機器人清洗裝置 (11) 2.2.4 爬壁清洗機器人控制方案 (12) 2.2.5 爬壁清洗機器人驅(qū)動方案 (12) 2.4 小結(jié) (14) 3 爬壁清洗機器人本體設(shè)計 3.1 清洗機器人本體結(jié)構(gòu) (16) 3.2 機器人氣動元器件選擇 (17) 3.2.1 X、Y驅(qū)動氣缸 (18) 3.2.2 短行程氣缸 (18) 3.2.3 真空發(fā)生器 (18) 3.2.4 真空吸盤 (20) 3.2.5 CPE電磁閥 (20) 3.2.6 單向節(jié)流閥 (21) 3.4 安裝臺面設(shè)計 (21) 3.4 安裝臺面上元器件安裝 (22) 4 清洗裝置設(shè)計 4.1 墻面污垢形成原因 (24) 4.2 清洗裝置整體設(shè)計 (25) 4.2.1 清洗劑的選擇 (25) 4.2.2 噴淋系統(tǒng)的設(shè)計 (25) 4.2.3 清洗刷的設(shè)計 (26) 4.3 爬壁清洗機器人的清洗過程 (27) 5 機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 5.1 爬壁清洗機器人控制系統(tǒng)概述 (31) 5.2 PLC特點 (31) 5.3 機器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 (32) 5.3.1 PLC選型 (33) 5.3.2 控制系統(tǒng)主要任務(wù) (34) 5.3.3 PLC輸入/輸出端子接線 (36) 5.4 機器人控制系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn) (36) 5.4.1 PLC軟件系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) (36) 5.4.2 PLC接口信號定義 (37) 5.4.3 初始化程序 (38) 5.4.4 四個基本動作程序?qū)崿F(xiàn) (38) 5.5 小結(jié) (42) 6 結(jié)論與展望 結(jié)論與展望 (43) 參考文獻 (45) 致 謝 (46) 附錄 A梯形圖 (47) 附錄 B PLC輸入/輸出端子接線圖…………………………………(55) 附錄 C氣動系統(tǒng)中執(zhí)行元件與控制信號 (56) 附錄 D 英語原文 (57) 附錄 E 中文翻譯 (73) 3 The Designing of the Overall Structure , Cleaning Device and Control System of the Climbing Robot Student name : Cai Xiwen Class: 030312 Supervisor: Yuan Kun Abstract：A climbing robot that provides cleaning service on the glass wall of high-rise buildings is a moving service robot which can do the cleaning job on the vertical walls . It is one of the limit operations that can relieve human beings from hazardous jobs, thus it has a wide range of applications and high value in the cleaning construction industry. Researching efficient, simple wall cleaning robot is the request of the subject. The use of wall-climbing robot for cleaning high-rise building walls automatic cleansing, its realization is the key to the way of move, adsorption and cleaning technology. The purpose of this paper is to design a cleaning system which is reliable, efficient, time-saving and safe. Therefore, how to reasonably achieve the three technologies of the wall-climbing cleaning robots is the key to the design. By the analysis and comparison to internal and external wall-climbing cleaning robot, the paper mainly discusses the way of move, adsorption, cleaning equipment, and control system. In the first place, it introduced the research status of the domestic and abroad wall-climbing cleaning robot and pointed out the purpose and significance of this paper. Then it informed us further of the overall structure of the cleaning of the wall-climbing robots, requesting to design a rational and efficient cleaning device as well. Based on it, it explained the main problems and solutions of the wall-climbing cleaning robot control system. The control system of the robot must be completed for the move of robot, adsorption, cleansing control, and simple, reliable, efficient and convenient features. Keywords: climbing robot cleaning move adsorption robot control Signature of Supervisor: 視覺傳感器在爬壁清洗機器人中的應(yīng)用 摘要 本論文描述了視覺傳感器在高樓幕墻清洗機器人中的應(yīng)用。該機器人利用真空吸盤吸附移動與于玻璃表面，并通過轉(zhuǎn)動機器人靈活的關(guān)節(jié)以調(diào)整機器人的方向。由一個CCD相機和兩個激光二極管組成的視覺傳感器通常是來測量機器人相對的窗框玻璃表面位置和方向。視覺傳感器也用于要定位的清洗位置。本文還討論了視覺傳感器中的數(shù)學(xué)模型和評價方法。通過實驗校準的傳感器用于測量機器人的位置和方向，并且測量需要定位清洗的位置。實驗結(jié)果證明了該方法的有效性。 關(guān)鍵字：爬壁機器人；視覺傳感； 玻璃清洗； 激光二極管 1.引言 為減輕人類從事危險的工作,如清潔高樓大廈的玻璃表面、消防搶救、及檢查高木板及墻壁等，研發(fā)各種服務(wù)機器人的需求不斷增加。 圖1可以表明我們最近開發(fā)的攀登機器人系統(tǒng)其目的是利用吸力杯和一個移動轉(zhuǎn)換機制來清潔高樓大廈玻璃。這種機器人最快速度能達到300米/分鐘，并有能力跨越裂縫和繞過小于35毫米高80毫米寬的障礙.機器人利用其靈活的腰部可輕易調(diào)整自己的方向。 要做好玻璃表面上的清潔工作，清掃機器人必須知道什么時候開始或停止的清潔工作， 如何控制方向(或移動方向),及如何越過窗框。因此，有必測量機器人的方向， 機器人和窗框之間的距離, 機器人與污垢處的距離。 最近在[7.8]中報道了一些關(guān)于工程傳感系統(tǒng)清洗機器人的文章。在[7]中，超聲波聲納被應(yīng)用于自動定位。在[8]中，所謂的‘合作定位系統(tǒng)’提出了重復(fù)搜索過程，直至達到目標位置。然而，在玻璃表面爬墻機器人中，許多利用激光和超聲波傳感器等傳統(tǒng)的探測方法，不適用于測量機器人和窗戶框的距離。 這是因為窗框的高度通常較低而傳感器發(fā)出的光柱是難以達到這一高度的，除非架梁正平行于玻璃表面。 由于難以避免的安裝錯誤，傳感器通常是很難確保光束平行于玻璃表面。因此，在機器人清洗玻璃表面的應(yīng)用中，這一問題需要得到解決。 1. X向氣缸 2. 清洗刷 3. 視覺傳感器 4. Y向氣缸 5. 吸盤 6. Z向氣缸 7. CPU 8. 旋轉(zhuǎn)氣缸 圖1. 爬壁機器人的主體結(jié)構(gòu) 攝像機常常用于機器人的定位，視覺伺服及視覺引導(dǎo) [9-15]。Malis [9]使用兩部相機來進行2-D及5/2-D的視覺伺服且提出了多攝像機視覺伺服方法。不過，使用的一些鏡頭可能不適合的爬墻機器人，這是因為（1）當(dāng)使用幾個鏡頭時，很難建立一個大區(qū)的交匯點，（2）使用一些相機增加了爬墻機器人的負荷重量,從而影響其安全?；谔卣骺臻g分析， 可以用一個相機從一個位置的多方向來確定機器人的位置。這種方法的缺點是測量結(jié)果可能隨環(huán)境變化而變化。 此外，深入的資料可能會遺失并且照相機和目標物體的距離不能用傳統(tǒng)的相機測出。 在這項研究中,視覺傳感系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于爬墻機器人，它是由一個能夠被定位的CCD相機和兩個固定在攝影機上的激光二極管組成。 使用單一相機有助于簡化安裝和減輕整個系統(tǒng)的重量。兩架輕型激光器則固定在相機上，是視覺傳感器的‘眼睛' 。相機可以調(diào)整,以確保發(fā)現(xiàn)窗框或污垢處。 有了一只這樣的‘眼睛',機器人和窗框及污垢處的距離就可以測量出來。 有兩只的話,就可確定玻璃表面機器人的位置.擬議視覺傳感系統(tǒng)有三重優(yōu)點：第一，視覺傳感器可以根據(jù)三角理論，輕易而有效地測量出機器人的位置和方向。第二，有兩束激光二極管固定其上的照相機使機器人重量增加不及10克，因為圖像處理系統(tǒng)安裝在地面上的主電腦上 。第三，它提供了電腦視頻,操作人可以直接監(jiān)督機器人的運動。 2.機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 清洗機器人系統(tǒng)包括一個移動式爬壁機器人,輔助車輛,壓縮機和一臺電腦,如圖2所示。攀登機器人貼在玻璃表面進行清潔工作， 配套機車為其提供電力及清洗液，壓縮機當(dāng)作氣源.由于機器人和電腦相聯(lián)結(jié),操作人可以檢查和控制機器人的運作。 圖2. 清洗機器人系統(tǒng) 圖3. 爬壁機器人的主要結(jié)構(gòu) 先進的爬墻機器人長1220毫米,寬1340毫米, 高370毫米,重量為30公斤. 機器人的身體主要是由兩個相互垂直桿缸組成, 如圖2所示。水平桿缸長400毫米，垂直的是500毫米。交替發(fā)動這兩個桿缸 ，機器人就會沿X或Y方向的運動 。如圖3所示，有四個較短z桿缸安裝在各桿缸兩端。伸縮或后退這四個桿缸的橫梁, 機器人就可以在z方向運動. 在兩桿缸交叉處, 安裝了一個轉(zhuǎn)動圓柱，被稱為機器人的腰，有了這個機器人就可繞Z支點左右旋轉(zhuǎn)。在水平桿缸的兩端安裝了兩個專門設(shè)計的刷子，它們都由一個擦吸系統(tǒng)構(gòu)成。 該擦拭裝置通過配套機車提供的清洗液擦洗臟黑的玻璃表面。吸收系統(tǒng)搜集污水并把它們返回至配套機車進行回收。 機器人用吸管袋進行粘連。在機器人的每只腳下都安裝了四個直徑為100毫米的吸管袋。這16個吸管袋足以承受15公斤的負荷。該機器人采用了平移機制的運動。 隨著運作模式的粘,機器人可以完成一系列的提案,包括移動,旋轉(zhuǎn)及穿越障礙。旋轉(zhuǎn)機器人受可調(diào)旋轉(zhuǎn)桿缸的控制。機器人每步可繞z支點轉(zhuǎn)動1.6度左右，直到達到預(yù)期的態(tài)勢。 該機器人的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是一個主輔電腦。 主計算機(見圖 2)總部設(shè)在地面并直接受人操縱。 輔計算機嵌于在機器體中如圖3所示。 利用安裝在機器人上的信號傳感器發(fā)出的反饋信息，輔助計算機控制機器人的移動和姿態(tài)來實現(xiàn)在玻璃表面上的自動導(dǎo)航。通過視覺傳感系統(tǒng)及主輔計算機與RS422的連接，主電腦可獲取信息，查明機器人的位置。 在緊急情況下,操作員可根據(jù)實際情況直接控制機器人。 圖4. 攀登機器人在商業(yè)大廈外的現(xiàn)場演示 機器人通過交替吸吮及釋放安裝在縱橫交叉桿缸上的吸管杯來實現(xiàn)移動的。輔助電腦打開或關(guān)閉信號來連接或拔下真空發(fā)生器的氣源, 實現(xiàn)吸吮或釋放相應(yīng)的吸管杯。真空公尺可衡量相關(guān)的真空吸管杯和檢查機器人的安全性。如果真空吸管杯指數(shù)少于40kpa, 主計算機 就收到一條警報信號。圖 4描繪了一架先進的清洗機器人攀爬坐落在香港城市廣場的一棟商業(yè)大廈。 3. 視覺傳感技術(shù) 3.1視覺傳感硬件系統(tǒng) 視覺傳感硬件系統(tǒng)包括一個型號為索尼EVI-d30(j)面向CCD相機, 兩根激光二極管及捕獲卡,如圖5所示. 照相機的控制弦接收來自計算機的指令。 照相機的視頻輸出舷將視頻信號發(fā)送到采集卡然后是顯示在電腦屏幕上,使操作人可以關(guān)注玻璃表面上機器人周圍的情況。固定在相機上的兩束激光二極管作為傳感系統(tǒng)的'眼睛', 會釋放出兩束激光以找到窗框并產(chǎn)生兩個激光點。相機和激光二極管的擺放姿態(tài)要隨電腦改變，確保光源能到達窗框。激光器的發(fā)射點是機器人的參考點。參考點到窗框的距離及機器人相對窗框的位置可以通過分析兩激光點在平面圖上的像素坐標U和V來確定。 3.2 位置測量 測量中將會運用到三角理論。 圖6（左視圖）說明了如何利用視覺傳感系統(tǒng)測量機器人的位置。 L表示激光器的發(fā)射點，L1是激光射在窗框的點， L2是L1在圖像平面上的對應(yīng)點, 此處就是I表示的中央圖形。把相機的焦點看作起點并用F表示，建立一個用F-xbybzb表示的基地坐標，此處xb坐標軸平行于玻璃表面，垂直于窗框, yb坐標軸則與玻璃表面和窗框都平行，zb坐標軸垂直于xb-yb平面，如圖6所示。把F為同一起點,可建立另一個被命名為照相機坐標的框架，用F-xyz表示,此處的x軸平行與直線I-F即相機的主要輕支點，y同yb一樣都是坐標框架的基礎(chǔ)，z垂直于x-y平面。 [x0,y0, z0]T、[x1,y1, z1]T [ x2,y2, z2]T分別表示點L, L1 L2的坐標。用U和V表示坐標在圖象平面上的坐標，u0,v0為像素中央點I的坐標。 因為焦點F位于線L1–L2上，則線L1–L2可用下式表示： （1） 定義為激光器相對照相機的傾斜角（繞y軸，逆時針）C為泛角（繞z軸，逆時針）。則線L–L1就可這樣表示： （2） 圖5 視覺傳感硬件系統(tǒng) 圖6 機器人位置的測量 從(1)和(2)中我們可以得出的坐標點L1像素坐標u, i.e。 [x1,y1, z1]T= +[x0,y0, z0]T （3） 其中 ， 其中dx和dy是兩個相鄰像素在兩個方向的圖像平面距離, 而F表示焦距。 L和L1的距離用|LL1|表示， （4） 定義a為相機在基地坐標框架上的傾斜角度。L–L1與L–L3（平行與xb軸）之間的角度為 （5） 那么,點L和窗戶框的距離為： （6） 把(3)–(5)代入(6)中得出像素坐標u,i.e中的d （7） 圖7. 機器人在玻璃面上 同樣的，如果機器人與兩窗框的距離d1和d2能用擬議視覺傳感方法測出，則d也可求出。值得注意是在測量距離時只需要一個激光二極管。 3.3 定位測量 圖8（視圖）描述了利用視覺傳感系統(tǒng)測量機器人的位置,此時需要兩個激光二極管。點A、B分別是激光二級光的發(fā)射點1和2。點A1和B1是窗框上相應(yīng)激光點。 C1和C2是激光二極管1和2相對相機的泛角。分別用[xL,yL, zL]T和[ xR,yR, zR]T表示左點A與右點B在相機坐標框架中的位置。在x–y平面上，A–A1可以用表示為： （8） 注意像素坐標的激光點A2在圖像平面上是ul和vl。在x-y平面, A2的坐標是(f,dx(u0-ul))。那么 ，線F–A1可表示為： （9） 結(jié)合(8)和(9),可導(dǎo)出點A1的坐標： （10） （11） 圖8. 機器人定位測量 圖9. 污垢位置的測量 同樣，假設(shè)xB1和 yB1,，可以推導(dǎo)出點B1的坐標。最后，機器人相對窗框的泛角可得為： （12） 圖8所示，h表示機器人在玻璃上的位置，基于此機器人才可轉(zhuǎn)動其腰部,以達成預(yù)期的態(tài)勢。 3.4 污垢位置的測量 圖 9(視圖)說明如何運用定位傳感系統(tǒng)確定污垢處。 首先,激光二極管掃描整個窗戶玻璃面。然后,利用相機和兩臺激光二極管找到污垢并記錄起圖象。不需要太多時間去完成這些步驟,因為操作人員可以幫助機器人很快找到污垢,然后向機器人發(fā)出進測量指令。二極管是固定在相機上的，它們的相對位置和姿態(tài)在獲取污垢位置的過程中不能改變。 用3.2部分的同樣方法，通過分析激光點在圖像平面上的U或V坐標可測出機器人和污垢處的距離。在得出機器人與污垢間距離及相機泛角的基礎(chǔ)上，就可確定污垢位置。 4.試驗 室內(nèi)實驗是測量機器人和窗框的距離，確定機器人位置；測量機器人相對窗框的泛角,以確定該機器人方向；確定污垢位置。在實驗中,相機的姿勢，泛度(-100度到100度)和傾斜角(-25度到25度),受主計算機的調(diào)控。用模式識別技術(shù)來確定是否光源到達了窗框以獲得對激光點在窗框的圖象。 4.1機器人位置的測量 首先，通過獲取機器人在玻璃表面不同標定位置的圖象及分析激光點U或V的座標可以標定視覺傳感系統(tǒng)。用最小二乘擬合 距離這次機器人和窗框可從刻度為2293mm u坐標左邊的激光點ul(像素)和傾斜角度的相機(deg)。 詳細的程序標定列在以下方面: 1. 讓機器人向任意位置移動，并測量機器人與窗框之間的距離 （例如距離D為100毫米) 然后用相機記錄下傾斜角a和像素坐標ur(和UL)。 2. 讓機器人移動到其他位置,并且并取得了一系列的校驗數(shù)據(jù)。 3. 從等式(7)中用最小二乘擬合方法得到系數(shù)a1、a2、a3和b 通過以上校準程序,我們得到a1=16.67、a2=185839.97和a3 = 1286.21。 （13） 用類似的方法, 距離D可轉(zhuǎn)換成激光點u坐標的功能，比如： （14） 兩束激光點v坐標的距離功能在不斷變化。通過對比，我們發(fā)現(xiàn)在這個實驗中用u坐標測出的距離比用更精確V坐標測出的更精確. 圖10 和11分別描述了等式(13)及(14)的 關(guān)系。 在隨后的實驗 ，等式 (13)被用來測量機器人在玻璃表面上的位置. 實驗結(jié)果即測量誤差與測量距離之間的關(guān)系如圖 12中所示，此處平方點代表不同距離的測量誤差, 而固體線指的是一種隨距離增加而產(chǎn)生的測量誤差趨勢. 當(dāng)照相機逆時針轉(zhuǎn)動90度時,機器人與左窗框之間的距離及像機傾角就可以測量出來。 為了解決這個測量距離誤差累積的問題，視覺傳感器在一系列測量后需要復(fù)位。值得注意的是相機畸變可能會影響測量d。從圖12可以看到當(dāng)距離不是很大(即<1000毫米)是測量誤差是很小的。在發(fā)生大的距離，鏡頭畸變就應(yīng)該加以考慮。 圖10 機器人與窗框距離---左側(cè)激光點u坐標及相機傾角 圖11 機器人與窗框距離---右側(cè)激光點u坐標及相機傾角 圖12 機器人測量誤差趨勢 4.2　機器人方向的測量 通過找到機器人方向和圖象中左右激光點的U坐標之間的關(guān)系，視覺傳感系統(tǒng)可得到進一步標定 。用最小二乘法,可以從標定中得出以下關(guān)系： ,　　　　 （15）　 圖13說明了泛角h與ul和ur坐標之間的關(guān)系，泛角與測量誤差之間的關(guān)系已在圖14中顯示。此處平方點代表不同距離的測量誤差, 而固體線指的是一種隨距離增加而產(chǎn)生的測量誤差趨勢。應(yīng)該注意泛角誤差對整個測量誤差可能會產(chǎn)生影響。然而在某些應(yīng)用方面，泛角誤差對距離測量誤差的影響不是很大。在我們的實驗中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)機器人在玻璃表面爬行超過水平方向2米時，機器人的泛角將會小于6度。 重力的作用將會影響機器人的位置，尤其是當(dāng)這個機器人在水平方向爬行時，在我們的實驗中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)機器人在玻璃表面爬行超過水平方向2米時，機器人的泛角將會小于6度。當(dāng)這個泛角按順時針測量時，機器人就會順時針旋轉(zhuǎn)它的腰，以達到預(yù)期的水平或垂直的位置。當(dāng)這個泛角按逆時針測量時，機器人就會逆時針旋轉(zhuǎn)它的腰，以達到預(yù)期的位置。 圖13 基于機器人位置的測量 圖14 位置測量誤差趨向 4．3 污垢位置的測量 模式識別技術(shù)用于找出污垢進行清理,然后獲取激光點的圖象。圖15描繪了圖象定位污垢處。等式（14)被用來測量機器人和污垢處的距離。在測量了距離及相機泛角度的基礎(chǔ)上, 才能確定污垢的位置。定位污垢處的實驗結(jié)果見表1 圖15 用于定位污垢的圖象 (deg) 傾斜角度 像素坐標u（piexl） D（mm） 測量錯誤（mm） 1 37 11 1364 798．2 （2.6,3.7） 2 65 17 1400 633.3 (3.2,1.6) 3 52 22 1410 577.0 (2.5,2.1) 4 53 11.6 1370 768.6 (3.5,2.6) 5 54 5 1325 1066.1 (7.1,3.4) 6 75 2.4 1311 1205.6 (10.3,2.0) 7 67 9 1348 890.3 (6.1,2.0) 8 65 5 1327 1050.1 (7.7,2.6) 9 78 10.4 1358 830.0 (5.9,1.4) 表一 用于定位污垢的試驗結(jié)果 5.結(jié)論 本文描述了視覺傳感應(yīng)用的爬墻機器人清洗玻璃的高樓大廈。機器人以黏附的方式吸附在墻面上，并可以方便地移動和轉(zhuǎn)動。在機器人上安裝的視覺傳感系統(tǒng)是由一臺已經(jīng)定位的CCD照相機，二個激光二極管和其他輔助部分組成?；谛蕦嶒灒呀?jīng)定位的機器人有其位置定向之間的關(guān)系， 在這幅圖像內(nèi)可以知道的兩個激光點的同等物，和照相機的傾斜角度。使用這些關(guān)系，可以方便地測量出機器人的位置和方向，并且要被清潔的臟的地方也可以找到。實驗結(jié)果證明這個視覺傳感系統(tǒng)應(yīng)用在爬壁機器人是有效的。