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玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究

韩云飞  
【摘要】:随着机器人技术的不断发展,玻璃幕墙清洗机器人作为现代化城市发展的清洁精灵,成为了国内外研究的焦点。本文针对当前国内大部分幕墙采用人工方式进行清洗的现状,研究设计了一款可以代替人工进行玻璃幕墙清洗的机器人。该机器人能够在垂直的玻璃幕墙表面进行移动,并且完成大部分幕墙的清洗任务,改变当前幕墙清洗作业效率低、危险性大的的弊端。本文研究设计了一种采用丝杠驱动、夹紧装置交替前进、双滚刷带污水回收装置的玻璃幕墙清洗机器人,详细介绍了该机器人的工作原理。针对该款机器人移动机构、夹紧机构、清洗机构的结构特点,选择单片机对机器人进行控制,并进行了控制系统设计。在此基础上对关键零部件进行设计计算,确定主要尺寸参数,对标准件进行选型。在确定了主要结构及其尺寸参数后,利用三维建模软件建立机器人零件模型,进行装配后得到机器人的三维模型。运用有限元分析软件ANSYS Workbench对机器人关键零部件进行模拟分析,通过对关键零部件受力状况进行相应的静力学分析和模态分析,提出更为合理和结构强度更加可靠的方案,验证设计的可靠性。运用虚拟仿真软件ADAMS对机器人运动情况进行模拟,通过使用Step阶跃函数对虚拟样机定义运动和施加载荷并进行运动仿真,得出夹紧爪受力曲线、气缸连杆速度曲线、拉紧弹簧的变形和速度曲线以及上板和下板的位移、速度曲线等,并与理论值进行比较,使机器人在结构上更加完善、安全、合理。对机器人的控制系统进行设计,采用主流的Cortex内核STM32单片机,依次对电动机动力总成模块、电源模块、感应传感器模块、电磁阀部分以及控制原理图和PCB电路进行了设计,同时完成机器人动作的编程及调试,实现机器人的运动清洗作业。


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