擦玻璃幕墻機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

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本頁為“1畢業(yè)論文封面（共1頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。(本行右側(cè)的紅色順序編碼制幾個字也是非打印信息) 順序編碼制 密級：__________ 本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 擦玻璃幕墻機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 題 目： ____________________________ 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）用A4紙雙面打印，封面采用學校下發(fā)的黃色封皮制作封面，并裝訂成冊。在答辯后提交正式稿時，須有學生和指導教師的本人簽字。不用此信息時，刪除此框。 ____________________________ 楊磊 作 者： ____________________________ 41240048 學 號： ____________________________ 機械工程學院 學 院： ____________________________ 機械工程及自動化 專 業(yè)： ____________________________ 成 績： ____________________________ 年 月 本頁為“2畢業(yè)論文扉頁（共1頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 擦玻璃幕墻機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 題 目: Construction Design of a Glass 英文題目： Cleaning Robot 機械工程學院 學 院: 機自1202 班 級: 楊磊 學 生: 41240048 學 號: 副教授 楊競 指導教師: 職稱： 指導教師: 職稱： 本頁為“3畢業(yè)論文聲明頁（共1頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得研究結(jié)果。論文在引用他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果時，已經(jīng)作了明確的標識；除此之外，論文中不包括其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，均為獨立完成。其它同志對本文所做的任何貢獻均已在論文中做了明確的說明并表達了謝意。 學生簽名：___________ 年 月 日 導師簽名：___________ 年 月 日 這里的日期為正式論文提交的日期，應(yīng)在規(guī)定的提交日期之前。 不用此信息時，刪除此框。 本頁為“4畢業(yè)論文任務(wù)書（共1頁或2頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書 _____________________________________________________________ 一、學生姓名：楊磊學號：41240048 二、題目:擦玻璃幕墻機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 三、題目來源：真實、自擬 四、結(jié)業(yè)方式：設(shè)計、論文 五、主要內(nèi)容： 1.國內(nèi)外機器人的發(fā)展概況及發(fā)展前景； 2.擦玻璃幕墻機器人的設(shè)計方案的確定與設(shè)計計算； 3.擦玻璃幕墻機器人的三維模型與工程圖繪制； 4.主要零件的強度剛度分析。 六、主要（技術(shù)）要求： 1、工作速度0.1~0.5m/s，工作最高高度0.3m，工作重量30kg； 2、設(shè)備裝置有足夠的機械強度和剛度，運動平穩(wěn)。 3、結(jié)構(gòu)簡單，維修方便； 4、工作量按學校統(tǒng)一要求。 七、日程安排： 第1-2周：資料準備、實習、實習報告、外文資料翻譯、開題報告； 第3-4周：方案比較、確定； 第5-7周：主要零件設(shè)計計算； 第8-11周：繪制三維模型零部件； 第12-14周：工程圖繪制； 第15-16周：撰寫論文；答辯。 八、主要參考文獻和書目： 1．劉極峰, 丁繼斌. 機器人技術(shù)基礎(chǔ) 北京:高等教育出版社,2012 2．李金泉, 楊向東, 付鐵.碼垛機器人機械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計 .北京:北京理工大學出版社,2011 3．日本機器人學會編 ,宗光華, 程君實等譯. 新版機器人技術(shù)手冊.北京:科學出版社,2007 4. 宋偉剛.機器人學:運動學、動力學與控制.北京:科學出版社,2007 5. 趙長明, 劉萬菊. 數(shù)控加工工藝及設(shè)備.北京:高等教育出版社,2008 6. 成大先.機械設(shè)計手冊.化學工業(yè)出版社 .2010 7.Houxiang Zhang, Jianwei Zhang, Guanghua Zong. Realization of a Service Climbing Robot for Glass-wall Cleaning. Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics and Biomimetics August 22 - 26, 2004, Shenyang, China, 0-7803-8641-8/04/ 2004 IEEE 8. Mohammad A. Jaradat, Mohammad Tauseef, Yousuf Altaf, Roba Saab, Hussam Adel, Nadeem Yousuf, and Yousef H. Zurigat. A FULLY PORTABLE ROBOT SYSTEM FOR CLEANING SOLAR PANELS . 978-1-4673-7797-3/15/ 2015 IEEE 指導教師簽字：年月日 學 生 簽 字：年月日 系（所）負責人章：年月日 本頁為“5畢業(yè)論文摘要（1頁或2頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 摘 要 隨著小型機械和控制技術(shù)的發(fā)展，機器人逐步走進了人們的生活。一些高危工作、重復(fù)性工作、工作環(huán)境惡劣的工作都將由機器人來代替人類執(zhí)行，如高空作業(yè)、粉塵含量高的工作環(huán)境等。機器人作業(yè)的優(yōu)點是在機器人不出故障的前提下可以連續(xù)作業(yè)、工作質(zhì)量均勻等。因此本文對涉及高空作業(yè)、重復(fù)性工作和大量灰塵的玻璃幕墻清潔工作提出了一種機器人作業(yè)方案。 本設(shè)計通過AUTO INVENTOR和AUTO CAD等計算機輔助設(shè)計軟件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用機械、氣動、電氣等復(fù)合設(shè)計，從而達到高效、高可靠性的要求。 本文通過對機器人常用吸附方式、載體結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式等的比較，確定了本文所研究的擦玻璃幕墻機器人的總體方案。本設(shè)計中的擦玻璃幕墻機器人是工作范圍較大的大型機器人，其中，機器人本體采用6061鋁合金型材組合機架，整個機體通過真空吸盤吸附在玻璃幕墻上。通過300mm的大行程氣缸推動機器人前進，通過50mm的小行程氣缸對機器人進行壓下，從而調(diào)節(jié)毛刷的壓下力。通過86系列步進電機帶動裝有三個圓盤刷的運動梁在機架上滑動進行掃刷，通過42系列直流電機帶動圓盤刷轉(zhuǎn)動，其中直流電機采用速比為27的行星減速器進行減速增矩。 該機器人的特點是效率高，清潔效率約為；越障性能好，采用框架結(jié)構(gòu)可以有效避免窗框?qū)C器人的阻礙；工作半徑大，機器人靜止時的工作范圍是 。 關(guān)鍵詞： 玻璃幕墻，清潔，機器人，真空吸附，氣動執(zhí)行機構(gòu) - I - 本頁為“6畢業(yè)論文Abstract（1頁或2頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) Construction Design of a Glass Cleaning Robot Abstract With the development of small machinery and control technology, the robot has gradually come into peoples life. Some works which are high-risk, repetitive and operating environment hostile will be performed by the robot, which replaces human implementation. such as high-altitude operations, high dust content of the work environment, etc.. The advantages of the robot is that the robot can work continuously and the quality of the work is even and so on. So this paper puts forward a kind of robot work plan for the cleaning work of the glass wall which involves aerial work, repetitive work and a lot of dust. This robot is designed by AUTO INVENTOR and AUTO CAD which is used for structural design. And it uses mechanical, pneumatic, electrical and other complex design, so as to meet the requirements of high efficiency and high reliability. Based on the comparison of the commonly used methods of adsorption, the structure and the driving mode of the robot, this paper determined the overall scheme of the glass wall robot. The design of clean glass wall robot is the scope of work of large robot. The robot uses frame combined by 6061 aluminum alloy profile, and the whole body adsorbs on the glass wall by vacuum sucker. Besides, the robot is propelled forward by the 300mm large stroke cylinder. The robot reduces the height by 50 small stroke cylinder, so as to adjust the brush pressure force. By 86 series of step motor drive with three disc brushes moving beam on the frame sliding brush, it uses 42 series DC motor which uses ratio 27 planetary reducer to decelerate and increase the moment to drive the circular disc brush, Key Words： Glass wall， Cleaning， Robot，Vac-sorb， Pneumatic actuator - III - 本頁為“7畢業(yè)論文目錄（1頁或若干頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 目 錄 摘 要 I Abstract III 附表清單 VII 插圖清單 VIII 注釋說明清單 IX 1 引 言 1 2 設(shè)計系統(tǒng)總體方案 2 2.1 吸附方式的比較 2 2.2 載體結(jié)構(gòu)的比較 2 2.3 驅(qū)動方式比較 3 2.4 總體方案簡圖 3 2.5 傳感器選擇（氣動擦窗機器人的控制和環(huán)境檢測） 4 3 選擇動力裝置 5 3.1 真空吸盤選型(真空吸盤的設(shè)計及應(yīng)用) 5 3.1.1 真空吸盤吸附原理 5 3.1.2 真空吸盤的吸附能力 5 3.1.3 吸盤安全性驗算 8 3.2 真空發(fā)生器選型(http://www.s-ns.com) 8 3.2.1 真空發(fā)生裝置選擇 8 3.2.2 真空發(fā)生器原理 8 3.3 氣泵選型 9 3.4 電動機選型 10 3.4.1 毛刷設(shè)計 10 3.4.2 運動梁步進電機選型 10 3.4.3 帶傳動設(shè)計 11 3.4.4 毛刷旋轉(zhuǎn)普通電機選型 14 3.5 減速器選型 16 3.5.1 真空吸盤的切換頻率 16 3.6 結(jié)構(gòu)件選型 17 4 選擇執(zhí)行機構(gòu) 18 4.1 推進氣缸選型 18 4.2 壓下氣缸選型 21 5 傳動裝置設(shè)計 25 5.1 圓盤驅(qū)動軸設(shè)計 25 5.1.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑 25 5.2 圓盤驅(qū)動軸承選型 25 5.2.1 初選軸承型號 26 5.2.2 計算當量動載荷 26 5.2.3 求壽命 26 5.3 帶輪驅(qū)動軸設(shè)計 26 5.3.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑 26 5.4 圓盤驅(qū)動軸承選型 27 5.4.1 初選軸承型號 27 5.4.2 計算當量動載荷 27 5.4.3 求壽命 27 6 受力分析 28 6.1 框架簡支梁受力分析 28 6.1.1 強度計算 28 6.1.2 剛度計算 29 7 重量校合 31 8 結(jié) 論 32 參考文獻 33 附錄A 外文文獻原文 35 附錄B 外文文獻譯文 37 附錄C 39 在學取得成果 40 致 謝 41 - VI - 本頁為“8畢業(yè)論文圖表清單頁（可選，1頁或若干頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 附表清單 表1.1 壁面移動機器人幾種吸附方式的比較 2 表1.2 壁面移動機器人幾種載體結(jié)構(gòu)的比較 2 表2.1 機器人三種驅(qū)動方式比較 3 表3.1 真空發(fā)生器技術(shù)參數(shù)1 8 表3.2 真空發(fā)生器技術(shù)參數(shù)2 9 表3.4 便攜式車載氣泵技術(shù)參數(shù) 10 表3.5 氣缸技術(shù)參數(shù) 11 提示信息：插圖或附表清單并非必要。論文中如圖表較多，可以有此頁。圖的清單應(yīng)有圖號、圖題名和頁碼。表的清單應(yīng)有表號、表題名和頁碼。 根據(jù)所列內(nèi)容，可將本頁標題分別更改為“插圖清單”、“附表清單”。 此頁并非必要。不用此頁時，請刪除此頁。 不用此信息時，刪除此框。 （鼠標移到此框四邊，鼠標變?yōu)槭旨^，點擊邊框選中此框，然后按Del刪除） 插圖清單 圖2.1 總體驅(qū)動方案 3 圖2.2 清洗驅(qū)動方案 4 圖2.3 吸盤吸附原理 5 圖2.4 吸盤剖視圖 7 圖2.5 吸盤配管 8 圖2.7 氣缸實物圖 11 圖2.8 鋁型材截面圖及工藝參數(shù) 13 圖3.1 真空發(fā)生器符號圖 8 圖3.2 真空發(fā)生器實物圖 8 圖3.3 便攜式車載氣泵實物圖 10 圖4.1 機器人每次向前推進爬行時的受力分析 12 - VIII - 本頁為“9畢業(yè)論文注釋說明清單頁（可選，1頁或若干頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 注釋說明清單 提示信息：此頁并非必要。符號、標志、縮略詞、首字母縮寫、計量單位等的注釋說明，如需匯集，可集中置于此頁。 根據(jù)所列內(nèi)容，將本頁標題分別更改為“符號清單”、“標志清單”、“縮寫清單”、“計量單位清單”等。 不用此信息時，刪除此框。 此頁并非必要，不用此頁時，請刪除此頁。 （鼠標移到此框四邊，鼠標變?yōu)槭旨^，點擊邊框選中此框，然后按Del刪除） - IX - 本頁為“10畢業(yè)論文正文頁（若干頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 1 引 言 2015年3月5日，十二屆全國人大三次會議在人民大會堂舉行開幕會，國務(wù)院總理李克強作政府工作報告上提出“中國制造2025”，這不僅是對我國工業(yè)下一階段發(fā)展的重要指導，也是向世界先進水平看齊的重要策略。因此機器人的發(fā)展必將成為歷史舞臺的主角，特別是特種機器人的發(fā)展，將會更受關(guān)注。 特種機器人包含一個重要的領(lǐng)域——生活服務(wù)類機器人。這也將成為極其重要的一個研究領(lǐng)域，從某種程度上講，生活服務(wù)類機器人不僅是一個國家科技水平的體現(xiàn)，也是人民生活水平的重要決定因素。 隨著建筑水平的提高，玻璃幕墻建筑在我們的現(xiàn)實生活中越來越多，因為它有光鮮亮麗的特點，所以被人們所青睞。但是，玻璃幕墻由于風吹日曬雨淋的緣故極容易結(jié)灰塵，因此擦玻璃幕墻機器人成了很多學者和企業(yè)研究的對象。 前人在擦玻璃幕墻機器人方面也做了一些研究，但是大多都受到工作效率低、不能連續(xù)工作，安全性差、容易傷人的限制。因此本文在前人的研究基礎(chǔ)上對擦玻璃幕墻機器人進行了較大的改進。基于安全性的考慮，該機器人采用安全繩懸掛，防止因機器人意外墜落砸到玻璃幕墻下方的人?；跈C器人本體重量的考慮，該機器人采用外部供水的方式對玻璃進行清洗?；跈C器人工作的連續(xù)性，該機器人采用外部供電的方式進行作業(yè)。因此該機器人可以在墻面上安全連續(xù)地工作而不需要考慮加水、充電等問題。 本文中設(shè)計的機器人機械結(jié)構(gòu)簡單，易于加工、裝配和維修，而且成本低、效率高。其中，機器人采用鋁合金型材框架，大大減輕了工作重量?？蚣艿耐七M采用4個大行程氣缸同時推動，不僅行進速度快而且清潔環(huán)保。同時框架的壓下也使用氣缸壓下，使得毛刷的壓下力更易于控制。毛刷裝在動梁上，與框架和墻壁垂直，動梁可以在框架上來回移動，使得玻璃清潔的更干凈。 2 設(shè)計系統(tǒng)總體方案 機器人的總體機械結(jié)構(gòu)方案多種多樣，有連桿式、框架式、箱體式等；執(zhí)行機構(gòu)也是多種多樣，有電動馬達執(zhí)行機構(gòu)、液壓馬達執(zhí)行機構(gòu)、氣動執(zhí)行機構(gòu)，甚至有現(xiàn)在流行的直線電機執(zhí)行機構(gòu)等。本節(jié)通過對常用設(shè)計方案進行比較，確定本文設(shè)計的機器人的總體方案。 2.1 吸附方式的比較 表2. 1 壁面移動機器人幾種吸附方式的比較[1] 吸附方式 優(yōu)點 缺點 真空吸附 單吸盤 易實現(xiàn)小型化，輕量化，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。 要求壁面有一定的平滑度，越障能力低，對于復(fù)雜壁面不適應(yīng)，遇到縫隙或凹凸面，負壓難以維持。 多吸盤 吸盤尺寸小，密封性較好，吸盤吸附穩(wěn)定可靠，越障能力和帶負載能力均較強。 吸盤增多會使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，控制難度增加。 磁吸附 永磁體 能產(chǎn)生較大的吸附力，不受壁面凹凸或縫隙的限制，不消耗電能，不受斷電的影響。 只能在導磁壁面上爬行，步行時磁體與壁面難脫離。 電磁體 能產(chǎn)生較大的吸附力，不受壁面凹凸或縫隙的限制，控制較方便。 只能在導磁壁面上爬行，維持吸附力需要耗能，電磁體本身很重。 推力吸附 對壁面形狀材料適應(yīng)能力強。 負載小，難控制，噪聲大，體積大，效率低。 綜合以上，選擇多吸盤真空吸附式機器人。 2.2 載體結(jié)構(gòu)的比較 表2. 2 壁面移動機器人幾種載體結(jié)構(gòu)的比較[1] 載體類型 優(yōu)點 缺點 車輪式 移動速度快，行走控制簡單 著地面積小，維持吸附力比較困難 履帶式 對壁面適應(yīng)能力強，著地面積大 體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)彎較為困難，重量較大 腳步式 對壁而適應(yīng)能力強，越障能力和帶負載能力均較強 移動速度慢，動作有間歇性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大 框架式 結(jié)構(gòu)簡單，剛性較好，控制方便，越障能力和帶載能力均較強 移動速度慢，有間歇性 綜合以上，選擇框架式結(jié)構(gòu)。 2.3 驅(qū)動方式比較 表2. 3 機器人三種驅(qū)動方式比較 特點 液壓傳動 氣壓傳動 電機傳動 結(jié)構(gòu)重量 輕 重 一般 控制距離 中短 短 不限 信號轉(zhuǎn)換 容易 較難 很容易 技術(shù)成熟性 好 好 好 構(gòu)造難度 方便 一般 一般 負載能力 一般 較大 較大 可靠性 好 好 好 可控性 一般 好 好 綜合以上，選擇氣壓傳動驅(qū)動方式。 2.4 總體方案簡圖 綜合以上方案比較，機器人的總體驅(qū)動方案簡圖如下： 1 2 3 4 5 6 7 圖2.1 總體驅(qū)動方案 1—清洗機構(gòu)運動梁 2—同步帶輪 3—壓下機構(gòu) 4—滑塊 5—吸盤固定板 6—吸盤 7—步進電機 1 2 3 4 圖2.2 清洗驅(qū)動方案 1—電機 2—諧波減速器 3—聯(lián)軸器 4—清洗圓盤刷 3 選擇動力裝置 3.1 真空吸盤選型(真空吸盤的設(shè)計及應(yīng)用) 3.1.1 真空吸盤吸附原理 真空吸附裝置是依靠真空源產(chǎn)生的真空吸力來對物體進行起吊、搬運及夾持的一種省力機械。和機械、電磁起吊裝置相比，具有以下特點：(1)結(jié)構(gòu)簡單、成本低；(2)安裝方便、操作容易，(3)維修費用少；(4)不損傷工件；(5)吸附、放開工件迅速，(6)工件材料的種類不限，(7)最大吸附力有限，(8)難以得到準確的位置精度。真空吸盤是真空吸附裝置的執(zhí)行元件，它將真空能轉(zhuǎn)化為機械能。真空吸盤設(shè)計的合理程度直接影響著真空吸附裝置的工作性能。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，有效地選擇、設(shè)計真空吸盤是成功地應(yīng)用真空吸附技術(shù)的關(guān)鍵之一。 圖2.3 吸盤吸附原理 3.1.2 真空吸盤的吸附能力 根據(jù)實際情況，真空吸盤最大真空度取-0.08Mpa，由于工作表面是玻璃，工作過程中取摩擦系數(shù)為【8真空吸附式壁面清洗機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究_田靜眉】 (3- 1) 真空吸附技術(shù)是以大氣壓為作用力。在吸盤與工件形成的密閉容積內(nèi)(圖1所示)，通過真空源抽出一定量的氣體分于來使壓力降低，使吸盤的內(nèi)外形成壓力差。在這個壓力差的作用下把吸盤壓向工件，從而把工件吸起。吸盤所產(chǎn)生的吸附力為： (3- 2) 式中：—吸附力，； —吸盤內(nèi)真空度(相對壓力)，； —吸盤的有效吸附面積，； —安全系數(shù)。 通常取吸盤的有效吸附面積為吸盤面積的80%左右，真空度取最大值的90%左右。安全系數(shù)隨使用條件而異，水平吸附時取，垂直吸附時取。安全系數(shù)除上述條件外，還應(yīng)考慮以下因素：(1)工件吸附表面的粗糙度；(2)工件表面是否有油份附著；(3)工件移動的加速度，(4)工件重心與吸附力作用線是否重合；(6)工件的材料。要根據(jù)實際情況再增加1-2倍。 由于該機器人要求的最大工作質(zhì)量是，機器人本體的質(zhì)量預(yù)估是，故則該機器人工作時的總質(zhì)量為，總重力是，依據(jù)圖2.1，爬行時，最少只有4條腿（20個吸盤）處于工作狀態(tài)，記單個吸盤與墻壁的摩擦力為，故 (3- 3) 摩擦力 (3- 4) 真空度 (3- 5) 由式(3- 6) 吸盤有效面積 吸盤面積 吸盤直徑 因此，選取SMC公司的丁睛橡膠吸盤ZPT125HNA16，其剖視圖和配管分別是圖2.5和圖2.6。 圖4.4 吸盤剖視圖 圖4.5 吸盤配管 3.1.3 吸盤安全性驗算 由《第五章 玻璃的力學性能》得玻璃強度，取玻璃強度為，吸盤面積為，玻璃可以承受的最大吸盤力，故此時玻璃足夠安全。 3.2 真空發(fā)生器選型(http://www.s-ns.com) 3.2.1 真空發(fā)生裝置選擇 真空發(fā)生裝置一般有兩種：真空泵和真空發(fā)生器。真空發(fā)生器和真空泵有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝維修方便、真空產(chǎn)生解除快的優(yōu)點，但消耗功率大，要不間斷的供應(yīng)壓縮空氣。由于本機器人是全氣動的，必須有一個連續(xù)供氣的氣源，從各個方面綜合考慮選擇真空發(fā)生器作為真空發(fā)生裝置。 3.2.2 真空發(fā)生器原理 真空發(fā)生器是利用文丘利原理工作的，它利用空氣射流的卷吸現(xiàn)象，在噴管兩端壓差高于定值后，噴射管射出高速射流，將擴散腔的氣體抽走，使該腔形成很低的真空度。在吸附口裝上吸盤就可以形成一定的吸力而工作。圖3.1所示為真空發(fā)生器符號圖，P為進氣口，右側(cè)為出氣口，V為真空口。高速氣流從P口入右側(cè)口出，將擴散腔V中的氣體抽走，使V中形成一定的真空度。 圖3.1 真空發(fā)生器符號圖 根據(jù)技術(shù)參數(shù)見表3.1，真空發(fā)生器選擇SMC公司的ZH系列盒式標準型真空發(fā)生器ZH07BS-06-06，其中供氣口和真空口的直徑均為，節(jié)流口的直徑為0.7mm，真空度為-88kPa，質(zhì)量28g。其實物圖見圖3.2。 圖3.2 真空發(fā)生器實物圖 表3.1 真空發(fā)生器技術(shù)參數(shù)1 3.3 氣泵選型 （https://detail.tmall.com/item.htm?id=19528816429&ali_refid=a3_430583_1006:1104582329:N:%E6%B0%94%E6%B3%B5%E8%BD%A6%E7%94%A8:b8b5c499930228b0550bc0469302c749&ali_trackid=1_b8b5c499930228b0550bc0469302c749&spm=a230r.1.14.1.k0QAhQ） 由于選取的真空發(fā)生器入口壓力為0.5MPa，氣缸由于其工作壓力較?。?.4~0.6MPa）(《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》p112)，故選用如圖3.3所示的便攜式車載氣泵，表3.4為其技術(shù)參數(shù)表。由于 ，該泵的壓力是0.9653MPa，約為1MPa，符合使用要求。 圖3.3 便攜式車載氣泵實物圖 表3.2 便攜式車載氣泵技術(shù)參數(shù) 3.4 電動機選型 3.4.1 毛刷設(shè)計 毛刷的設(shè)計直徑為，機器人工作過程中共使用3個毛刷，其與玻璃接觸的總面積為。 3.4.2 運動梁步進電機選型 取清洗毛刷與玻璃的動摩擦系數(shù)【機器人壁面自動清洗系統(tǒng)的工程研究_張海洪】，考慮到滑動導軌采用鋁合金材料，并采取潤滑措施，故取其摩擦系數(shù)【各種材料摩擦系數(shù)表】。根據(jù)以往實驗推算，清洗毛刷與玻璃的正壓力和滑動導軌上的正壓力為?！静┦空撐摹? 故清洗毛刷與玻璃的摩擦力 （5- 1） 滑動導軌的摩擦力 （5- 2） 工作機受到的總阻力 電動機功率 ——工作機實際需要的電動機輸出功率，; ——工作機需要的輸入功率，; ——電動機到工作機之間傳動裝置的總效率。 由于工作機采用2級同步帶傳動，同步帶傳動效率【同步帶傳動_百度百科】，故 ——工作機阻力，; ——工作機線速度，; ——工作機的效率。 取， 3.4.3 帶傳動設(shè)計 計算項目 代號 公式及數(shù)據(jù) 單位 說明 設(shè)計功率 取 帶型 由于，選擇帶輪轉(zhuǎn)速 ，故選擇L型帶。 節(jié)距 9.525 帶速 帶輪節(jié)徑 ，取 傳動比為1，， 帶輪齒數(shù) ，取 節(jié)線長 ，取 ——初定中心距（），取 ， ——取括號內(nèi)的整數(shù)部分 故一條帶即可滿足設(shè)計要求。 查表得基準寬度同步帶的許用工作拉力， 單位長度的重量 故電機的阻力矩。 根據(jù)圖3-4，選擇中國米思米公司86系列HSTM86型保持力矩為步進電機，重量1.7kg。 注： 圖3.4 電機參數(shù)1 圖3.5 毛刷受力分析1 3.4.4 毛刷旋轉(zhuǎn)普通電機選型 圖3.6 毛刷受力分析2 每個毛刷受到玻璃的摩擦阻力所產(chǎn)生的阻力矩為 其中R為圓盤毛刷的半徑 故 每個工作機功率 ——工作機阻力矩，; ——工作機轉(zhuǎn)速，; ——工作機的效率。 取， 每個電動機功率 ——工作機實際需要的電動機輸出功率，; ——工作機需要的輸入功率，; ——電動機到工作機之間傳動裝置的總效率。 由于工作機最多采用2級同步帶傳動，同步帶傳動效率【同步帶傳動_百度百科】，故 根據(jù)圖3-7，選擇中國米思米公司42系列FBLM42型52.5W無刷直流電機，重0.45kg。 圖3.7 電機參數(shù)2 3.5 減速器選型 選擇普菲德數(shù)控公司的SEN SUDRIVE 42行星減速機，減速比27：1。https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a220o.1000855.1998025129.1.KtoNZ7&id=40878818063&pvid=0e473e96-c5a6-4f67-aef4-0e0f24478098&abbucket=_AB-M32_B15&acm=03054.1003.1.587829&aldid=fyLpw8rI&abtest=_AB-LR32-PR32&scm=1007.12559.21524.100200300000000&pos=1 https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a220o.1000855.0.0.sCXJRl&id=521020539909&rn=c070de9b70e07c78c01e0c0d0a6e0d9a&abbucket=14 https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a220o.1000855.0.0.sCXJRl&id=40864331500&rn=a207f17d153b5d2105c776ada3da5ef1&abbucket=14 3.5.1 真空吸盤的切換頻率 對于固定的吸盤容積，其內(nèi)真空達到所需值的時間t1和解除真空的時間t2之和，稱為該吸盤的切換周期。切換周期的倒數(shù)稱為吸盤的切換頻率。切換頻率的大小反映了吸盤的動作快慢程度，在實際工作中，需滿足機器的整個工作循環(huán)時間對該項技術(shù)指標的要求。 真空形成時間t1受兩個因素的影響：(1)真空源本身的抽吸能力；(2)管道對氣流的阻礙作用。 對于真空發(fā)生器，則 (3) 式中， V—真空系統(tǒng)的容積，(L)； C—由真空度而定的常數(shù)， α—真空發(fā)生器的型式指數(shù)。 其中C、α是生產(chǎn)廠家給定的參數(shù)，在真空發(fā)生器的產(chǎn)品樣本或說明書中可以查到。 3.6 結(jié)構(gòu)件選型 圖4.6 鋁型材截面圖及工藝參數(shù) 結(jié)構(gòu)件選擇上海澳宏金屬制品有限公司的鋁型材。 4 選擇執(zhí)行機構(gòu) 4.1 推進氣缸選型 （http://www.smc.com.cn/cnnew/index.aspx?Htype=In） 圖4.7 機器人每次向前推進爬行時的受力分析 假設(shè)機器人每次向前推進爬行時作初速度為零的勻加速直線運動，則初速度，由于機器人要求的工作速度范圍是，取最大值作為勻加速直線運動的末速度，則末速度為 。機器人每次向前推進爬行的設(shè)計行程是 ，由 （4-1） 機器人向前推進爬行時，在豎直方向爬行時，所需推動力最大，記最大推動力為F，虛加慣性力為 ，氣缸導向?qū)к壸枇椋渲惺菣C器人向前推進爬行時氣缸導向?qū)к壴诖怪庇诒诿娣较蛏系恼龎毫?，由于此時清潔毛刷不工作，故此時正壓力可忽略不計。由達朗貝爾原理可得 （4-2） 根據(jù)《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》p101，選用雙作用氣缸， 其中D—活塞直徑（m） d—活塞桿直徑（m） p—氣缸工作壓力（Pa） Fz—氣缸工作時的工作總阻力（N） 氣缸工作時的總阻力Fz與眾多因素有關(guān)，如運行部件慣性力、背壓阻力、密封處的摩擦力等。以上因素可以用載荷率 計入公式。則氣缸的靜推力F1和靜拉力F2為 （4-3） （4-4） 由圖4.1機器人每次向前推進爬行時的受力分析可得 （4-5） 由于該機器人的氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，其載荷率可取。此處取。 當推力做功時 （4-6） 當拉力做功時 （4-7） 用式(4-7)計算時，活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定。估定活塞桿直徑可用計算。將代入式（4-7），則可得 （4-8） 由式(4-3)，(4-4)，(4-5)，(4-8)可得 由《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》p112，取氣缸工作壓力p=0.5MPa，由式(4-6)，(4-7)可得 因此，根據(jù)表4.1的標準氣缸參數(shù)圓整后，取。故驅(qū)動氣缸選擇SMC公司CM2系列帶磁性開關(guān)的單桿雙作用標準型氣缸CDM2L32-300 Z- V-M9BW2，其中驅(qū)動氣缸選擇帶2個磁性開關(guān)，缸徑32mm，根據(jù)表4.2確定行程為300mm，安裝形式選擇圖4.8紅色箭頭所指，桿端外螺紋，桿端支件選擇單肘節(jié)。根據(jù)表4.3確定單個氣缸的質(zhì)量 根據(jù)圖4.9和表4.4可得氣缸的管接口是1/8管螺紋。 4.2 壓下氣缸選型 根據(jù)前述設(shè)計，機器人工作時的極限壓下力為， 根據(jù)《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》p101，選用雙作用氣缸， 其中D—活塞直徑（m） d—活塞桿直徑（m） p—氣缸工作壓力（Pa） Fz—氣缸工作時的工作總阻力（N） 氣缸工作時的總阻力Fz與眾多因素有關(guān)，如運行部件慣性力、背壓阻力、密封處的摩擦力等。以上因素可以用載荷率 計入公式。氣缸壓下使用氣缸的靜拉力F2，故 （4-9） 由于該機器人的氣缸動態(tài)參數(shù)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，其載荷率可取。此處取。 當拉力做功時 （4-10） 用式(4-7)計算時，活塞桿直徑d可根據(jù)氣缸拉力預(yù)先估定。估定活塞桿直徑可用計算。將代入式（4-7），由《機械設(shè)計手冊氣壓傳動與控制》p112，取氣缸工作壓力p=0.5MPa，則可得 （4-11） 因此，根據(jù)表4.1的標準氣缸參數(shù)圓整后，取。故驅(qū)動氣缸選擇SMC公司CM2系列帶磁性開關(guān)的單桿雙作用標準型氣缸CDM2L40-25 Z- V-M9BW2，其中驅(qū)動氣缸選擇帶2個磁性開關(guān)，缸徑，根據(jù)表4.2確定行程為，安裝形式選擇圖4.8紅色箭頭所指，桿端外螺紋，桿端支件選擇單肘節(jié)。根據(jù)表4.3確定單個氣缸的質(zhì)量 根據(jù)圖4.9和表4.4可得氣缸的管接口是1/8管螺紋。 圖4.8 氣缸實物圖 表4.1 氣缸技術(shù)參數(shù)1 表4.2 氣缸技術(shù)參數(shù)2 表4.3 氣缸技術(shù)參數(shù)3 圖4.9 氣缸外形圖 表4.4 氣缸外形參數(shù) 5 傳動裝置設(shè)計 5.1 圓盤驅(qū)動軸設(shè)計 5.1.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑 該軸設(shè)計為實心軸，則，其中軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩，軸傳遞的額定功率，軸的轉(zhuǎn)速， 選擇鍛鋁6A02作材料，鋁合金以屈服極限為基準，除以安全系數(shù)后得許用應(yīng)力，即，許用切應(yīng)力。【百度百科——許用應(yīng)力】查機械設(shè)計手冊得鍛鋁的，取，，則取軸的許用切應(yīng)力。 故圓盤驅(qū)動軸軸徑，取。 鍛鋁6A02力學性能： 抗拉強度 條件屈服強度 伸長率 注：棒材室溫縱向力學性能試樣尺寸 棒材直徑(方棒、六角棒內(nèi)切圓直徑)≤25。 （http://www.baogub2b.com/sell/201603/04/1471648.html） 5.2 圓盤驅(qū)動軸承選型 5.2.1 初選軸承型號 由于該處軸承承受軸向中載荷和徑向輕載荷聯(lián)合載荷，故初步選擇70000AC型軸承，其主要數(shù)據(jù)如下： 。 5.2.2 計算當量動載荷 取毛刷的壓下力為軸承軸向載荷，，徑向載荷，查表9-7【機械設(shè)計教程】，取。由于，查得，由下式計算當量動載荷 5.2.3 求壽命 由于毛刷運行載荷平穩(wěn)，查表9-6故取。工作溫度在以下，查表9-5，取。對于球軸承，于是 故該軸承可使用約529年。 5.3 帶輪驅(qū)動軸設(shè)計 5.3.1 按轉(zhuǎn)矩估算軸徑 該軸設(shè)計為實心軸，則，其中軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩，選擇鍛鋁6A02作材料，鋁合金以屈服極限為基準，除以安全系數(shù)后得許用應(yīng)力，即，許用切應(yīng)力?！景俣劝倏啤S用應(yīng)力】查機械設(shè)計手冊得鍛鋁的，取，，則取軸的許用切應(yīng)力。 故帶輪驅(qū)動軸軸徑，取。 鍛鋁6A02力學性能： 抗拉強度 條件屈服強度 伸長率 注：棒材室溫縱向力學性能試樣尺寸 棒材直徑(方棒、六角棒內(nèi)切圓直徑)≤25。 （http://www.baogub2b.com/sell/201603/04/1471648.html） 5.4 圓盤驅(qū)動軸承選型 5.4.1 初選軸承型號 由于該處軸承主要承受徑向輕載荷，故初步選擇61800型球軸承，其主要數(shù)據(jù)如下： 。 5.4.2 計算當量動載荷 由于軸承軸向載荷，取帶傳動的預(yù)緊力為徑向載荷，，，查表9-7【機械設(shè)計教程】，取。由于，查得，由下式計算當量動載荷 5.4.3 求壽命 由于機器人運行有中等慣性力，查表9-6故取。工作溫度在以下，查表9-5，取。對于球軸承，于是 故該軸承可使用約1.25年。 6 受力分析 6.1 框架簡支梁受力分析 6.1.1 強度計算 假設(shè)機器人工作時，玻璃對毛刷的極限壓力，則根據(jù)彎矩圖6-1得出毛刷運動到梁的中點時彎矩最大，記梁總長為，且 ， ， 故 ， 查詢機械設(shè)計手冊，硬鋁2A11的抗拉強度為370MPa，顯然，滿足強度要求。 圖6. 1 6.1.2 剛度計算 ， 撓度 7 重量校合 8 結(jié) 論 提示信息：論文應(yīng)有結(jié)論。論文的結(jié)論是最終的、總體的結(jié)論，不是正文中各段的小結(jié)的簡單重復(fù)。 結(jié)論應(yīng)包括論文的核心觀點，列出論文的創(chuàng)新之處，交待研究工作的局限，提出未來研究工作的意見或建議。 結(jié)論應(yīng)該觀點明確、嚴謹、完整、準確、精煉。文字必須簡明扼要。如果不可能導出應(yīng)有的結(jié)論，也可以沒有結(jié)論而進行必要的討論。 結(jié)論是論文的“收尾之筆”，應(yīng)是“點睛之筆”，應(yīng)認真闡明本人在科研工作中創(chuàng)造性的成果和新見解，在本領(lǐng)域中的地位和作用，新見解的意義。結(jié)論中不要簡單重復(fù)羅列實驗結(jié)果，要對存在的問題和不足作出客觀的敘述，并提出進一步的設(shè)想。應(yīng)嚴格區(qū)分自己的成果與他人（特別是導師的）科研成果的界限。 不用此信息時，刪除此框。 （鼠標移到此框四邊，鼠標變?yōu)槭旨^，點擊邊框選中此框，然后按Del刪除） - 41 - 本頁為“11畢業(yè)論文文獻列表頁（若干頁）”，點擊菜單“USTB本科論文各部分”中的本部分菜單進行相應(yīng)操作。本提示信息為非打印信息，可一直保留，不影響打印。 北京科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計(論文) 參考文獻 [1] 田靜眉．真空吸附式壁面清洗機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究[D]：學位論文．四川：西南交通大學，2013． [2] 武麗君．間隙式單吸盤爬壁機器人系統(tǒng)的研究：學位論文．浙江：中國計量學院，2013． [3] 此處的文獻列表是給出的各種文獻示例，請在你的畢業(yè)論文中替換成你的文獻。并按照文獻著錄的規(guī)定予以著錄和標注。 不用此信息時，刪除此框。 [4] 趙凱華，羅蔚茵．新概念物理教程：力學[M]．北京：高等教育出版社，1995． [5] CRAWFPRD W,GORMAN M. 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