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基本信息
- 項目名稱：
- 豎直玻璃幕墻清洗機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 該爬壁機(jī)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(jìn)行上下及左右移動，該機(jī)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(jī)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(jī)驅(qū)動進(jìn)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(xì)介紹：
- 該爬壁機(jī)器人總長為800mm，總寬為700mm，總高為230mm。總重量為18KG。行程175mm。 為實現(xiàn)高空清洗作業(yè)的目的，機(jī)器人首先必須具有在壁面上的吸附和移動功能，此外還應(yīng)該有相應(yīng)的清洗作業(yè)功能、控制功能、供應(yīng)功能等。所以壁面清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、供應(yīng)保障系統(tǒng)四大部分。 1.機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)（本次設(shè)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(wù)是通過控制盒完成機(jī)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(gòu)成。控制系統(tǒng)設(shè)計遵循可靠、小型、輕量、便于維護(hù)的思想，直接安裝在機(jī)器人本體上，結(jié)構(gòu)上防水密封。 3.清洗系統(tǒng)的主要任務(wù)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(jī)帶動滾輪轉(zhuǎn)動達(dá)到清洗目的，滾輪四周用雨刷封閉并帶有回水管到，從而達(dá)到清洗壁面和廢水回收的目的。 4.供應(yīng)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(jī)、水泵和電源組成。它們由專門的管路送至機(jī)器人本體，實現(xiàn)作業(yè)功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 為了有效地在豎直玻璃幕墻上進(jìn)行清洗作業(yè)，我們在總結(jié)和借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有爬壁清洗機(jī)器人的基礎(chǔ)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(jī)器人，主要創(chuàng)新點在于爬壁機(jī)器人的本體設(shè)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(jī)器人功率體積比大；另外在機(jī)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(shù)關(guān)鍵在于機(jī)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(shè)計。主要技術(shù)指標(biāo)包括吸盤吸力的冗余量F，機(jī)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(xué)性、先進(jìn)性
- 該爬壁清洗機(jī)器人利用真空吸附原理，將氣壓控制與單片機(jī)控制有效地結(jié)合起來，自動化程度較高。該爬壁機(jī)器人采取多吸盤框架式移動，與現(xiàn)有爬壁清洗機(jī)器人技術(shù)相比，吸盤吸附穩(wěn)定可靠，整體剛性較好，越障能力和帶負(fù)載能力均較強(qiáng)。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(dá)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(jié)果
- 該作品在于2010年10月代表學(xué)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(shè)計的合理性、可行性，評估作品具有的市場前景
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 未轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 爬壁清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括壁面吸附、移動、清洗以及水、電、氣的供應(yīng)。由空氣壓縮機(jī)提供高壓氣體，真空發(fā)生器產(chǎn)生真空負(fù)壓，確保吸盤的吸附?？赏ㄟ^手動遙控和上位機(jī)操作控制機(jī)器人在壁面上的作業(yè)。氣壓控制和單片機(jī)編程控制的運用使得機(jī)器人具有較大的功率體積比的同時，也使得整個機(jī)器人控制方便，并有攝像頭的實時圖像的傳送，機(jī)器人工作效率高。通過實驗調(diào)試，觀察該爬壁清洗機(jī)器人在玻璃壁面上的行走適應(yīng)情況以及壁面清洗效果。實驗表明該爬壁清洗機(jī)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(qiáng)的壁面適應(yīng)能力。該爬壁清洗機(jī)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(lǐng)域，仍沒有較成熟的清洗服務(wù)機(jī)器人，繼續(xù)完善該爬壁清洗機(jī)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(jī)器人是一種能夠在垂直壁面進(jìn)行移動作業(yè)的極限作業(yè)機(jī)器人，世界機(jī)器人大國日本在極限作業(yè)機(jī)器人研究方面尤為積極。早在1966年，在大阪府立大學(xué)工學(xué)部任講師的西亮利用電風(fēng)扇進(jìn)氣側(cè)低壓空氣產(chǎn)生的負(fù)壓作為吸附力制作了一臺垂直壁面移動機(jī)器人的原理樣機(jī)。1975年，已經(jīng)身為宮崎大學(xué)工學(xué)院部教授的西亮又制作了以實用化為目標(biāo)的二號樣機(jī)，這是個單吸盤結(jié)構(gòu)，靠輪子行走的壁面移動機(jī)器人。從此以后各國著名的大學(xué)、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(jī)器人的研究 1978年，化工機(jī)械技術(shù)服務(wù)株式會社制作了一種叫Walker的壁面移動機(jī)器人。該機(jī)器人采用了單吸盤結(jié)構(gòu)。用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，行走機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)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(yán)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(xué)設(shè)計了一種稱作Robug的機(jī)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(jī)械上同步的4條腿作為一組，由兩組氣缸驅(qū)動，反復(fù)地起著支撐和復(fù)位的作用。與以往不同的是機(jī)器人控制其裝在每條腿上，通過遙控機(jī)器人可沿任意方向行走。 我國研究和開發(fā)機(jī)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(jī)器人（Unimate-2000型搬運機(jī)器人），以此為起點，我國掀起了第一個研制機(jī)器人的浪潮。 我國自行設(shè)計并研制的第一臺壁面爬行式遙控檢查機(jī)器人（BH-1型）誕生在哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所，它是為我國的核電事業(yè)而研制廢料儲罐進(jìn)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(jī)器人的特點是它的行走機(jī)構(gòu)采用了一種新結(jié)構(gòu)的輪子—全方位輪，這是瑞典MECANUM公司的新技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)從1988年開始在國家“863”高技術(shù)的支持下先后研制了兩種爬壁機(jī)器人。哈工大研制出單吸盤輪式驅(qū)動爬壁機(jī)器人，該真空吸附式機(jī)器人采用全方位車輪機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了在機(jī)器人本體方位保持不變的情況下，機(jī)器人能夠沿任意直線方向移動，該機(jī)器人自重20千克，負(fù)載能力15千克，移動速度0-2米/分鐘，采用微機(jī)控制和有線遙控。
