基本信息
- 項目名稱：
- 豎直玻璃幕墻清洗機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該爬壁機器人采用兩個伸縮氣缸呈十字型交叉，分別固定到中間連接板，行走時采用十字交叉原理進行上下及左右移動，該機器人靠其十字的四只腳部吸盤組產(chǎn)生的吸力緊貼玻璃，吸盤組帶起升氣缸。機器人上下行走的后部連接清洗裝置，清洗裝置由滾刷和雨刷組成，滾刷由一個電機驅(qū)動進行清洗工作，雨刷安裝在清洗裝置底部的四周，使清洗裝置密閉不漏水，同時起一定的清洗作用。
- 詳細介紹：
- 該爬壁機器人總長為800mm，總寬為700mm，總高為230mm?？傊亓繛?8KG。行程175mm。 為實現(xiàn)高空清洗作業(yè)的目的，機器人首先必須具有在壁面上的吸附和移動功能，此外還應該有相應的清洗作業(yè)功能、控制功能、供應功能等。所以壁面清洗機器人系統(tǒng)包括機器人本體、控制系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、供應保障系統(tǒng)四大部分。 1.機器人本體主要包括吸附和移動兩大部分。 吸盤部分，可以產(chǎn)生足夠大的吸附力使機器人本體安全可靠地吸附在工作壁面上。 移動部分，包括直線行走機構和轉向機構（本次設計只實現(xiàn)直線行走），直線行走部分靠一個雙作用氣缸的伸縮來完成。 2.控制系統(tǒng)的主要任務是通過控制盒完成機器人在壁面上的作業(yè)功能。它主要由控制盒和可編程控制器構成?？刂葡到y(tǒng)設計遵循可靠、小型、輕量、便于維護的思想，直接安裝在機器人本體上，結構上防水密封。 3.清洗系統(tǒng)的主要任務是清洗壁面，同時還要做到廢水的回收。主要實現(xiàn)方式的通過電機帶動滾輪轉動達到清洗目的，滾輪四周用雨刷封閉并帶有回水管到，從而達到清洗壁面和廢水回收的目的。 4.供應保障系統(tǒng)主要實現(xiàn)供氣、水、電等作業(yè)所需的東西。由空壓機、水泵和電源組成。它們由專門的管路送至機器人本體，實現(xiàn)作業(yè)功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 為了有效地在豎直玻璃幕墻上進行清洗作業(yè)，我們在總結和借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有爬壁清洗機器人的基礎上，提出了一種采用多吸盤組交替吸附工作、本體框架式移動并附加高效清洗裝置的爬壁清洗機器人，主要創(chuàng)新點在于爬壁機器人的本體設計利用真空吸附原理，采取一套完整的氣壓控制系統(tǒng)，這使得整個機器人功率體積比大；另外在機器人前部位安裝了一臺攝像頭，能及時能將壁面信息傳送到接收平臺上，有利于提高工作效率。技術關鍵在于機器人在玻璃壁面上行走時吸附系統(tǒng)吸力大小的確定、吸盤的最有效布局方式的安排、吸盤組交替工作的實現(xiàn)以及高效清洗裝置的設計。主要技術指標包括吸盤吸力的冗余量F，機器人壁面移動的速度V,以及清洗裝置單位時間內(nèi)清洗的有效面積S。
科學性、先進性
- 該爬壁清洗機器人利用真空吸附原理，將氣壓控制與單片機控制有效地結合起來，自動化程度較高。該爬壁機器人采取多吸盤框架式移動，與現(xiàn)有爬壁清洗機器人技術相比，吸盤吸附穩(wěn)定可靠，整體剛性較好，越障能力和帶負載能力均較強。經(jīng)過計算，采用四組吸盤，共20個，兩組吸盤交替工作，單個吸盤直徑為80mm，則每組吸盤吸力冗余量可達到200N。若考慮清洗裝置產(chǎn)生的力矩對吸盤組吸力的影響，將使每組吸盤冗余量降低15N，影響不大。
獲獎情況及鑒定結果
- 該作品在于2010年10月代表學校參加了第十一屆中國西部國際博覽會
作品所處階段
- 實物已經(jīng)制作完成，正在調(diào)試中，通過調(diào)試來檢驗作品設計的合理性、可行性，評估作品具有的市場前景
技術轉讓方式
- 未轉讓
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、錄像
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 爬壁清洗機器人系統(tǒng)包括壁面吸附、移動、清洗以及水、電、氣的供應。由空氣壓縮機提供高壓氣體，真空發(fā)生器產(chǎn)生真空負壓，確保吸盤的吸附。可通過手動遙控和上位機操作控制機器人在壁面上的作業(yè)。氣壓控制和單片機編程控制的運用使得機器人具有較大的功率體積比的同時，也使得整個機器人控制方便，并有攝像頭的實時圖像的傳送，機器人工作效率高。通過實驗調(diào)試，觀察該爬壁清洗機器人在玻璃壁面上的行走適應情況以及壁面清洗效果。實驗表明該爬壁清洗機器人在豎直玻璃壁面上行走穩(wěn)定，具有較好的清洗效果，并具有一定的越障能力，具有較強的壁面適應能力。該爬壁清洗機器人，尤其適用于低矮豎直幕墻的壁面清洗工作，效率高，能在一定程度上能取代人工清洗作業(yè)，鑒于目前國內(nèi)在高空壁面清潔領域，仍沒有較成熟的清洗服務機器人，繼續(xù)完善該爬壁清洗機器人，必將具有廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 壁面移動機器人是一種能夠在垂直壁面進行移動作業(yè)的極限作業(yè)機器人，世界機器人大國日本在極限作業(yè)機器人研究方面尤為積極。早在1966年，在大阪府立大學工學部任講師的西亮利用電風扇進氣側低壓空氣產(chǎn)生的負壓作為吸附力制作了一臺垂直壁面移動機器人的原理樣機。1975年，已經(jīng)身為宮崎大學工學院部教授的西亮又制作了以實用化為目標的二號樣機，這是個單吸盤結構，靠輪子行走的壁面移動機器人。從此以后各國著名的大學、研究所、公司紛紛投入力量廣泛開展用于極限作業(yè)的壁面移動式機器人的研究 1978年，化工機械技術服務株式會社制作了一種叫Walker的壁面移動機器人。該機器人采用了單吸盤結構。用真空泵產(chǎn)生負壓，行走機構采用上下兩個行走滾子和左右兩條行走皮帶的驅(qū)動。滾子和皮帶自然組成一個真空腔體。轉向通過左右滾輪和皮帶的速度差來實現(xiàn)。Walker既有吸附功能又有行走功能。但它有一個嚴重的缺點，即壁面上有裂縫時，真空難以維持。 英國的樸次茅斯大學設計了一種稱作Robug的機器人，有類似蜘蛛的腿腳，腳部帶有吸盤，也可以沿壁面爬行，其中RobugⅢ型是由八只腳組成的，每只腳都有自己的微處理器，都是由氣驅(qū)動，每個腳的根部都有一個吸盤。機械上同步的4條腿作為一組，由兩組氣缸驅(qū)動，反復地起著支撐和復位的作用。與以往不同的是機器人控制其裝在每條腿上，通過遙控機器人可沿任意方向行走。 我國研究和開發(fā)機器人始于七十年代初期。1975年在北京舉辦的日本科技展覽會上，川崎重工業(yè)公司首先在中國展出了工業(yè)機器人（Unimate-2000型搬運機器人），以此為起點，我國掀起了第一個研制機器人的浪潮。 我國自行設計并研制的第一臺壁面爬行式遙控檢查機器人（BH-1型）誕生在哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所，它是為我國的核電事業(yè)而研制廢料儲罐進行安全情況檢查（檢查方法為超聲波探傷及測厚）。BH-1型爬壁機器人的特點是它的行走機構采用了一種新結構的輪子—全方位輪，這是瑞典MECANUM公司的新技術。哈爾濱工業(yè)大學從1988年開始在國家“863”高技術的支持下先后研制了兩種爬壁機器人。哈工大研制出單吸盤輪式驅(qū)動爬壁機器人，該真空吸附式機器人采用全方位車輪機構，實現(xiàn)了在機器人本體方位保持不變的情況下，機器人能夠沿任意直線方向移動，該機器人自重20千克，負載能力15千克，移動速度0-2米/分鐘，采用微機控制和有線遙控。
