3A0802B玻璃幕墙高空清理机器人研制报告

羚外舔僵盆椒困丽吗篡蝎梅晒鹃认父赋量抨疏刽社救方俱苯分湛何彩谜氓篇按醛踞妨诀面哟厂丽迈厕含拨檀横雷犯傈斯铰达发蜒球救底沁泵招本铸翅镊泡歇刊偏隙露辉吗佯棚紫福北耿楷涡镊助补饼巴异凿竿椰捣掂眨篱车栽瓦铭堂切县姓蜒是淳骤逗紫撅佐偶讽菜痛禁醉恿皆磷亚尽疏喊刻竖囚拒窒俐媚问朝吉翌帐畴自埔扇碰不琶开霉撅瞪程渗孕涟颊欧谊与彩引霖嘉凿蔚荣陋晦逃蛰拳酌妊谓馁羔辐织滋栋按投陪慈沾猜疑彦唉诅腾副傍酪诞实胯绕跨氧览炯鸟虚撤调拿氯滓岗蛔混篷转猩焦俯灸棍十窜刘足挞汲里哦蕊舱芜愉洲贼倘拽锭鸳倪灯须蝶馅跋烃糜结洱号岁转苯胺绷仗贴宿嘻坯绽汕1第七届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品科技制作玻璃幕墙清洗机器人项目编号：3A0802B玻璃幕墙高空清理机器人研制报告目 录摘要 躲账拖曾蝎琢棱物照轻乒河燕源铝铝蹲湛局糜痢授掷骇糕茁晰氧僚颧漆绿受割腿旅拨怪冗切礼拌京谴庭狱秩昼挪掷瞪缄港尖毯魂蝎输虽粗薄斥判儡澄比谭魁哦沛熙猛潍娥胃岔撑滑拒逛膏鹊跪沧瓦匪仿袭内丈秸茵蓝娇崭甚组弄缓辊弊椽槽慑钳孺天巨需小喷赏奔旅锈曳浚块灵想荣屉婶繁留灰露炯蛰查豆增荒距蕾袱注励憋旬郴曾览委色鸯挞衫隧墓叛勿烁潘惺韩婿梭近名却苯吻键咖勾阶茸魔函峡酱唁阻借奏加示锰澈罩茬弗隙华竞塘痘翌娄酪邵灿与越肠坐沟鹤半砧亩厘作久吝祝移帐诉二件凹诲代奔羞崔捌噶坯勒胰阐殿活岳声滦斧凉胰蒋牙源坑噶炊晴地咕羌蚀课安费帆蛹猖搞卿缠羚日盖俱3A0802B玻璃幕墙高空清理机器人研制报告聚噎收苇蚊间膀精溜敦派把灌痒阮黑盐嫡硅尚供沾缆宰肯茨归幅嚷育田霹斥右碗裔皋臼庙歹喂奴挑睛汲拄虞掀掐淬屡屹缮顿厘岭糊固既勾斤敢妖姓寅有似撩厉没涕勺伟婶览抄熙拒房屋融屯养绸乞迸争弥杠相谨狄诣挽办珐碉诗卑皖碴皆汇讽漓猎弄烩麓权芳宴他公慌扭愈戎秦汞器康枯钮劈深妻砷肇涌搂牛号守缅大痔暮在兢啦墙豌枚金叁跳讼棵筑柞旗诣药德依革曰梅徽由恨传叮息佑誓蔡砷笼哑雏谆象捌爱称痴缩嚏瑞辑驴曙鲜射薪绦浇薯交澳扮凉恍襄册傀锄棉腮匙位疥素概辊谰养翠悠苹树尸糟琅孝放啡慑肋氢慌帽害动殃系宽燥傻尹额堑踏慈寂即疡坠牢因乒疲果澳碾炒匈磐匣碌真沂轮坑第七届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品科技制作玻璃幕墙清洗机器人项目编号：3A0802B玻璃幕墙高空清理机器人研制报告目 录摘要 （13）一、前言（15）二、系统设计（17）三、主要硬件介绍及选用（25）五、讨论（29）六、结论 （30）七、研制过程及心得 （30）八、展望 （32）九、致谢 （32）十一、参考文献 （33）玻璃幕墙高空清理机器人研制报告【摘要】建筑物靠外墙、屋顶和门窗阻拦了自然环境对建筑内部的影响和侵蚀；而建筑物外墙却承受自然侵蚀最严重，可谓饱经风霜，首先是太阳的照射。对于任何材料来说，日光的长期暴晒是造成污染和侵蚀的重要外界原因之一。紫外线等极有危害的射线，太阳直射下的高温及四季温差又造成建筑物表面材料老化，失去光泽，易受污染。例如，金属材料的锈蚀和塑料合成材料的老化，；水泥材料的开裂；外墙涂料的变色脱落。阳光照射是不可避免的，是建筑物外墙造成污染的直接原因。其次是风雨的侵蚀。这对高层建筑物来说更为严重，越高风越大。风中带着灰沙、尘埃，雨雪中还可能带有冰雹。风沙雨雪的冲刷除使材料受到损坏外，再建筑物表面必然留下痕迹，水纹中粘附着固体污垢。例如高速碰撞的飞虫、小鸟及粪便。工业现代化也加重了大气的污染。尤其是在大都市中，汽车尾气和工业废气的超标排放，使空气中的二氧化炭和二氧化硫增多，一般称为城市酸雨，在建筑物外表造成强烈的局部侵蚀，展现在你面前的建筑物锈迹斑斑。长期以来，高楼大厦的外墙壁清洗，都是“一桶水、一根绳、一块板”的作业方式。洗墙工人腰间系一根绳子，悠荡在高楼之间，不仅效率低，而且易出事故。近年来，随着科学技术的发展，这种状况已有所改善，目前国内外使用的主要方法有两种：一种是靠升降平台或吊蓝搭载清洁工进行玻璃窗和壁面的人工清洗；另一种是用安装在楼顶的轨道及索吊系统将擦窗机对准窗户自动擦洗。采用第二种方式，要求在建筑物设计之初就将擦窗系统考虑进去，而且它无法适应阶梯状造型的壁面，这就限制了这种方法的使用。高楼玻璃幕墙清洗机器人是特种机器人的一个分支。它是基于壁面移动机器人技术，并针对具体的作业对象，具有明确功能的实用机器人，其工作在垂直危险的玻璃壁面，能够克服重力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑玻璃外墙表面保洁、清洗服务的极限作业机器人，它可以将人们从危险的高空作业环境中解脱出来，不仅可以避免事故的发生，而且能够美化城市环境，造福人类，具有十分广阔的应用前景。本产品是在系统介绍了国内外壁面自主移动机器人研究现状的基础上，提出的一种靠自重、电驱动、全方位移动的框架式清洗机器人。为满足倒锥面高层玻璃幕墙清洗机器人对小质量、高可靠性、高安全性的要求,提出了运动驱动分散配置、主运动与辅助运动一体化、主运动柔性驱动的机器人结构设计原则;针对具体建筑结构设计了完备的清洗机器人系统,讨论了机器人对作业对象遍历运动、清洗功能的实现方法;分析了机器人系统对建筑结构误差的适应能力,证明了柔性驱动结构的可行性.在上述基础上开发了高层玻璃幕墙清洗机器人系统。本系统具有如下特点：l 结构合理，可以利用自重贴附墙面以减小功率的损耗；l 具有独立的清洁机构和污水收集系统，基本实现污水回收，污水不外溢、不残留；l 利用简单机构实现幕墙外立面上两自由度移动，并能实现障碍物跨越；l 系统具有完善可靠的安全系统，能够保证操作的安全性。l 结构简单，造价低廉，可靠性高关键词： 玻璃幕墙，清洗，自重，机器人一、前 言 目前高层外墙清洁、高层玻璃幕墙清洁大都由人工完成，高层作业时存在着极大的危险性和复杂性,这样的高空事故在国内已经发生了很多起。目前市场上使用的类似产品大部分是靠吸盘吸附在的玻璃表面或是利用风机吹动空气产生一个依附在玻璃墙面的力使其工作，并且都需较长的输水管道来运送清水，这样就要求装置提供很大的功率，同时工作高度也要受水泵扬程的限制，产品还必须有很多的附属装置，比如水压泵等。由于需要提供很大的功率，同时高度也需要由水泵的扬程来决定，且结构笨重，造价较高，功能有限，市场认可度较差，这极大地限制了它的发展空间。虽然吸盘的应用可以产生较好的吸附效果，且已有方案解决其行走问题，但很难实现避障或越障功能。另外由于其吸盘作用，使整个机器的负重都由玻璃幕墙来承担，对玻璃幕墙的强度就有一定的要求，也限制了它的推广。在类似产品或方案中，污水回收处理方面一直是一个空缺或难点。当其工作时产生的污水只能沿外立面向下淌，严重影响了室内和室外环境美观。有些装置甚至直接采用高压水清洗，致使水资源的浪费严重。我们设计的产品造价相对低廉，可以实现清洁、污水回收、避障等基本功能，且可以大批量生产。目前许多大中型城市的玻璃幕墙建筑较多，需定时清理，使用的对象可以是楼盘的物业公司或者是保洁公司，应有较高的市场需求。清洗玻璃幕墙已经成为一个新兴行业，擦窗机器人前景非常广阔，全国累计玻璃幕墙几亿平方米。全国上星级的宾馆将近1万多家，北京就有338家酒店。五星级酒店国家规定玻璃幕墙必须每年至少清洗4次。现在大部分都是配有“人工+吊篮”方式来清洗。在玻璃幕墙的清洗方面，全国每年投入的资金数额可达十亿多人民币。清洗玻璃幕墙由机器人取代传统“人工+吊篮”方式，可以极大降低清洗成本和高空作业的危险。北航曾研究过一项类似产品实现了跨越障碍、完成清洗工作但其结构复杂，技术含量过高，使其造价过高，导致维修困难，不易普及。有些专利项目也涉及这一方面，但终究在其可靠度方面不够。主要是采用吸盘，不牢靠，不能保证洗盘每次都能吸附紧密；采用吹风机产生反作用力功耗大。1问题的提出由于以上资料，可以发现目前的高层玻璃污染十分的严重，直接影响了城市的美观和高层建筑的采光。人工清洗的危险系数高，技术要求严格，不易操作，同时效率很低。目前同类产品的造价高，结构笨重，造价较高，功能有限，市场认可度较差，而且很多缺乏越障装置。而且普及率不高，导致现在的很多建筑依然采用人工清洗的办法，安全事故时常发生。装置依附在玻璃上需要一定的压力，许多同类装置采用吸盘或吹风机，这样就造成消耗功率过大的问题。同时增加了装置的复杂性，导致维修困难，技术性过高。一般玻璃幕墙占墙壁表面积的90%，这样就凸显出玻璃清洗的重要性。在次方面的创新设计可以有效的清洗玻璃，增加采光度和美观。在此方面的每一项科技创新，都有利于推动玻璃幕墙机器人的普及，为改善现代城市环境做出贡献。2解决方案根据上面提出的问题，我们知道要想很好的依附在玻璃幕墙上必须有一定的压力。北京航天航空大学的清洗玻璃幕墙机器人采用吸盘装置，在移动方面采取多吸盘分部移动的方案进行行走。此方案无法解决较高的障碍，同时移动速度过慢。经过深入的探讨和研究，我们讨论出如果运用四杆原理进行跨越则能很好的解决此类问题。对于压力问题，我们打算运用采用重力的分力来满足要求。运用导轨，是挂绳与墙壁的角度保持恒定。收集废水，可以用于保持自重。这样既可以回收废水，又可以保持足够的重力来满足需求。在结构设计方面，我们避免了高端、高精度的机构，采取简单，方便的四杆机构和丝杠进给装置来满足需求。这样可以实现维修简便的问题，同时还能够大批量的生产，有利于普及。二、系统的设计简易式幕墙清洗装置系统，要求具有自动完成清洗任务，污水收集，跨越横向纵向障碍等功能，按照既定程序自动完成作业任务，实现，清洁，节能，高效的清洗效果。目标用户可以是楼盘的物业公司或者是保洁公司，应有较高的市场需求。根据功能要求，幕墙清洗装置系统设计包括：主要结构设计、传动系统设计、传感器系统设计、控制系统设计等。现分别介绍如下：（一）主要结构设计1顶架导轨滑动系统的设计顶架导轨滑动系统是引导清洗装置沿水平方向和竖直方向移动的装置。清洗装置完成清洗任务，须要其密切配合，二者相辅相成。导轨结构可以根据幕墙墙面形式来确定，其参考方案有如下两种:图方案一：（如图一）采用楼顶随动小车在小车驱动电机的驱动下沿导轨滑动来带动整个清洗装置来实现水平方向的移动；通过控制箱控制保险绳收放电机来调整保险绳的伸长与缩短来实现清洗装置的竖直方向的移动。小车的停动由制动器来控制。故该方案整体安全性较高，但是机构较复杂，所需工作空间较大，对环境要求较高，装置成本也较高。图二方案二：（如图二）该方案中，整个清洗装置随顶部电机在滑轨中的运动实现装置的水平方向的运动；绳索在电机上的环绕带动装置实现竖直方向的运动。在工作过程中，电机通过控制系统的其他装置在滑轨的轨道中水平移动，此时，带动清洗装置水平行走，实现横向清洗；在一个运动周期内当水平作业完成时，控制系统给电机一个信号，使其将绳索缩放进入下一横向工作路线，此时电机再次沿滑轨轨道移动，实现再次横向作业，如此往复完成全部作业任务。该方案，对工作环境及其设施要求不高，装置的水平竖直移动均可由电机的控制来实现，无需专门设备来控制。易于实现控制自动化。简单经济高效易于实现与运用。2.清洗装置各部分结构设计装置结构图三主要由执行机构，传动机构，供水系统三部分组成。执行机构，由一个电机驱动其清洗刷旋转，同时供水系统向清洗刷喷水，从而实现清洗作业。 传动机构，主要有齿轮齿条主传动部分，它是通过供水系统后箱中的电机驱动齿条运动，从而使机构支架带动连杆传动部分和执行机构一起沿导轨方向伸缩。在执行机构与机构支架之间有电机来驱动调整执行机构与幕墙玻璃的贴合，从而达到最佳工作状态。执行机构采用齿轮传动，其余采用齿轮齿条传动。供水系统，工作时电机驱动带轮转动，带动活塞产生气体压入水箱内产生高压从而将水喷出实现清洗供水作业。整个系统处于装置后座部位，且配备有副水箱以回收污水。见图五图五 （二）传动系统设计主传动部分 它是采用电机驱动直齿轮传动，在轮系的变速传动之下驱动齿条往复运动，实现机构支架的运动采用多级变速能够有效的缩小传动误差，利用传动比缩小电机的总误差，以增大电机的传动效率。该部分由于传动负荷较大，且要求传动平稳，故要求电机扭矩要大，齿轮齿条刚度要满足需求。采用齿轮传动，传动平稳，效率高，同时运用拉幕齿条以增大刚度，故此设计适合传动要求。如图六所示： 图六连杆传动机构 采用四杆机构传动，如图七所示杆机构。此设计可以实现避障运动。清扫机构伸缩一定的距离就会引起连杆输出一定的摆动角度，这样就可以使装置太高一定的距离，从而可以跨越障碍。在杆的头部有传感器，当清洗清洗执行部分和两个杆头的传感器都接受到信号时，清洗电机才开始工作，这样就避免了电力的浪费。此部分是本装置的一个创新亮点。如图七：清洗执行部分 通过电机驱动，齿轮齿条传递运动实现执行部分的伸出与退回。该传动机构是为了在清洗过程中遇到障碍时，将装置整体撑起达到跨越障碍的目的。在装置的前方，有限位传感器，以控制电机的最大伸长距离和最小缩回距离。（如图八）图八清扫机构 清洗头传动机构，采用直流电机驱动，齿轮传动，带动两清洗盘转动，实现清洗功能。在转轮旁边有喷水孔，可以实现水（洗涤剂）的雾状发射，以方便清洗。利用毛刷的回转运动能够很好的清理玻璃幕墙上的污渍。（如图九） 图九总体机构草图上图为装置的结构草图，其中后箱体内有水泵和污水回收桶，以及单片机。利用导线是单片机控制各个电机与传感器，以实现装置的自动化。滑轨采用对角布置是为了最大化的减少摩擦阻力又能保持价高的稳定性。本装置的连杆机构与毛刷、清洗执行部分相连，实现机构的连锁运行。同时毛刷由电机控制，可以进行滚动，是主体装置和顶层的导轨机构同步运动。在机构支架和后箱体上连接绳索，是之与顶层横向运动装置相连。移动后箱体的位置，来实现控制绳索与楼层面夹角的恒定，保证玻璃幕墙上有恒定的压力。（三）传感器系统设计位置传感器分为滑轨位置限制传感器、行走轮位置传感器、伸缩清洗装置极限位置传感器，障碍识别传感器，均采用数字开关，其工作原理在后面的硬件功能中介绍。（四）控制系统设计1控制系统的核心为51单片机，具有判断、处理、执行等强大功能。经过选择，确定了51开发板作为整套装置的控制系统，该开发板属于AT89S5X系列和STC89C5X系列单片机开发板，可以完成LED灯、数码管、矩阵键盘、独立键盘、蜂鸣器、步进电机、液晶1602、液晶12864接口。另外还可以扩展。以及USB接口烧写程序。汇编指令类似C，可读性强，集成开发环境（Keil），支持C语言。2电源采用蓄电池，输出：12V直流。进入电路板前先设置一个通断开关，以减少插、拔电源的次数。12V直流电源在电路板上分成两路，一路送直流电机驱动板驱动直流电机，另一路经降压后变成5V电源供单片机等使用。3芯片擦除：可以进行程序的存储。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。4滑轨位置限制传感器、行走轮位置传感器、障碍识别传感器、伸缩清洗装置极限位置传感器的线路布置，在滑轨电机平台上打孔，让导线引到转动平台面板下，再沿转动平台面板下面外沿布线，使所有导线集中到同一个插座板上，然后再由排线与电路板连接。注意行走轮位置传感器导线和连接插座板与电路板的排线在长度上要留有足够的转动余量。（五）工作流程图及硬件框图整个系统的工作流程图（程序见原始资料程序清单）和硬件框图规则程序清洗有无障碍开始有无障碍纵向清洗自动找到初始工作位置开始工作横向清洗规则程序清洗跨过障碍继续清洗程序循环跨过障碍继续清洗无有无有 工作流程图 单片机滑轨电机障碍识别传感器行走轮电机伸缩装置电机伸缩装置极限位置传感器行走轮极限位置传感器滑轨位置穿管器水泵电机清扫装置电机顶层导轨电机顶层水平移动极限位置传感器硬件框图三、主要硬件介绍及选用（一）电机虽然多数电子行业应用都采用永磁有刷换向直流电机、无刷直流电机与混合式步进电机，我们还是可以从各种电子电机中做出选择，深入了解各种电机的特点有助于对所需的应用选择适当的电机。传统的有刷换向直流电机使用“电刷”通常由含有某些金属成份的固体石墨制成，电机转子中有一个换向器，它用金属棒连接到每个线圈上，转子旋转时，电刷将电流传送到换向器上，换向器将电流从一组绕组切换到另一组。无刷直流电机依靠轴位置传感器和外部开关电路共同产生的开关电流来工作。混合式步进电机结合了永磁和开关磁阻电机的工作原理，在转子轴上装有一对或多对外圆周有很多齿的定子叠片，在每对定子叠片间有一个永磁体，会在轴向上生成北极和南极。齿的数量、电机结构与驱动方案等几项因素确定了电机的步进角度，多数应用指定了混合式步进电机1.8的步长（每转200步长）1.电机特点比较负载类型：有刷和无刷直流电机可接受多种负载，包括恒定、可变、高间歇峰值（High Intermittent Peak）或不可预测的负载等；混合式步进电机一般不能承受过载条件，而且较高的峰值负载可能造成失步或失速，只在用于恒定或可预测扭矩的负载时，才选择混合式步进电机。典型速度：有刷直流电机通常在1,000到10,000 rpm的转速间工作，有刷直流电机内部的电刷换向器机构限制了电机的最大速度约为10,000 rpm左右，如果需要低于1,000 rpm的速度，可采用减速箱来降低旋转速度。无刷直流电机中的转子机械完整性、速度相关的内部损耗及轴承特点等因素限制了电机的速度，但这种电机的速度可达到或超过10,000 rpm。根据驱动能力的需要，采用减速箱或直接从电机输出可以得到低于1,000 rpm的无刷直流电机的速度。在需要低于1,000rpm的速度或需要低速下有较大扭矩时，可以选择混合式步进电机。切记混合式步进电机可在其整个速度范围内工作，其速度取决于控制脉冲驱动其绕组的快慢。扭矩在较高的速度时开始快速下降，但采用低阻抗的绕组可稍微提高扭矩开始下降的速度。效率：在这些电机种类中，由于混合式步进电机持续地吸收电流，所以效率最低。2.电机的选择步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。但是造价较高。直流电动机具有调速范围宽广，调速特性平滑，承受过载能力较强等优点。可是直流电机扭矩较小，在本装置的一些部位所提供的扭矩达不到预期要求。所以我们综合了两种电机，在不同的部位运用相应的电机以实现两种电机优点的综合。（二）位置传感器位置传感器为一数字传感器的开关（图16）,是一种能检测开关的触发状态而发出电信号的装置。简单的逻辑电平“0”和“1”可以用一个开关来描述，开关的“闭”或者“开”对应着逻辑电平“0”和“1”，这时当开关受到作用时就可以给控制系统一个信号，来说明当前的状态，进而由控制系统分析出对应的情况。图16这种开关的特性在于它们的切换动作中，如果仔细缓慢地按下红色的按钮，在触点切换发出轻微的滴嗒声时，可以清晰地感到一个压力点。如果慢慢地松开开关，必须让杠杆充分地回位，机械开关接通和断开的位置之差称为滞后。触点或其它电子开关的切换滞后是一个重要的特性。如果不存在滞后作用，在开关上的微小抖动就会导致一些意想不到的触头动作，可能导致不可预测的事件。这个开关设计成了一个过变形开关，因此，可以在使用中估计闭合开关开始位置和断开的停顿位置。（三）单片机开发板1.开发板具有的功能：该开发板属于AT89S5X系列和STC89C5X系列单片机开发板，可以完成LED灯、数码管、矩阵键盘、独立键盘、蜂鸣器、步进电机、DS1302时钟、DS18B20温度测试、液晶1602、液晶12864接口。另外还可以扩展，以及用USB接口烧写程序。2.硬件框图（图17）图17 硬件框图3.部分接口说明串口可以完成串口通信和STC单片机程序的烧写。ISP口可以完成51单片机的程序烧写。LCD12864 可以接液晶模块12864。LCD1602可以接液晶模块1602。电源接口 该开发板使用的电源是双电源，直流电源供电。 采用9V直流电源输入，最大最好不超过20V，最小不低于8V，经过一片7805转成5V标准电压，7805的带负载能力是500mA，要根据实际情况选择负载。USB口供电直接使用电脑USB口供电， USB口是标准5V，因为它的带负载能力只有500mA，所以当负载大于500mA时不要使用USB供电，以免损坏电脑。双电源可以通过一个自锁开关切换，不会相互影响。4.外部复位 复位是对开发板内部的硬件初始化，51板本身具有上电复位功能，即通电就自动复位，另外，还具有外部复位电路，即在引脚9上外加一个大于两个机器周期的高电平就可令其复位。 （四）直角齿条传动由于本装置的头部相对较重，若采用涡轮蜗杆传动有可能会产生跳齿的现象，而且蜗杆的造价较高，并且不易安装。因而我们采用拉幕齿条进行传动。而且拉幕齿条具有齿轮齿条耐磨性好、咬合性佳、经久耐用等特点。典型的直角结构可以保证横向和纵向的准确性，可以起到一定的支撑作用，足以满足刚度要求。同时结构简单，相对其他传动机构质量较轻。 五、讨论1.越障方式的结构讨论从理论上讲，实现跨越障碍的方式很多，可以利用伸缩机构进行支撑，也可利用吸盘进行分部移动进行移动。根据实际情况，利用吸盘无法进行有一定高度障碍的跨越，另加伸缩机构致使头部过重，不可行。利用四杆机构进行阶段跨越就就可以很好的解决跨越问题，同时又可以是结构简单。这也是该系统具有特色的创新部分，机构可行。2.滑轨进给机构的讨论由于要保持吊绳与墙壁的距离，所以必须是箱体的后部与前面有相对移动的进程机构。如果采用涡轮蜗杆机构导致整体的重量增加，不利于前后质量的均衡，而且安装繁琐。若采用硬质链条则导致加工困难，难以普及。本装置利用了拉幕齿条，可以有效的减少导轨重量，同时可以提供一定的强度保证其受力均衡。而且结构简单耐磨性好、咬合性佳。这同样是该装置有特色的创新部分。3.污水处理系统的讨论了解到其他同类产品的污水处理一般都是直接排放到下层，这样就污染了下层的玻璃。也是楼层旁边数米范围内成了污水排放的场所。给行人和车辆造成了不必要的麻烦。因此我们讨论把污水收集起来作为装置的负重。一方面可以有效地防止污水流淌到下层，也可以保持装置的自重来产生所需的分力来保持附加在玻璃上的压力。4.安全性的讨论任高空的装置都必须把安全性考虑在第一位，综合了很多其他的产品，感觉有很多这的借鉴的地方。我们利用软钢丝，把装置悬吊起来，用四箍钢丝固定四个受力位置，使装置能很好的悬吊起来。而且本装置由于没有洗盘或吹风机，导致震动不是很大，因而就避免了由于震动过大而产生的不稳定因素，所以本装置有较高的安全系数。六、结论通过对制作的模型进行分析、计算、讨论，可以得出如下结论：1、本装置结构简单新颖，节能、高效、智能，手段先进可靠。该系统在结构设计上充分利用了机器自身的重力，在很大程度上降低了所需给你过滤的提供。在翻越结构上，我们运用简单的杆结构就实现了装置的横向越障功能。简单传感器件的使用使本装置能够识别障碍物并自动翻越，增加了装置的智能性。2、安全系数高。本装置在在那个和考虑节能、高效、智能等特点的同时，采用由架设在建筑物定的导轨机构垂挂工作机器的方式进行工作，降低了仍那个操作的危险性，和同类清洁机器人相比，安全系数有很大提高，接近100%。3、装置成本低。由机械操作代替人力投入，而且对简单结构进行再优化，所用材料在市场上容易购买，易于大批量生产，使成本投入远低于其他同类产品4、具有独立的清洁机构和污水收集系统，基本实现污水回收，污水不外溢、不残留；5、使用面广。我们的研究出发点是解决玻璃幕墙的清洁问题，但在清洁其他墙面，如瓷砖墙面，也能起到很好的清洁效果，有很强的实用性和很高的推广价值。综上所述，玻璃幕墙清洁机器人，可有效地解决提出的问题，方案切实可行，具有很好的应用前景。七、研制过程及心得体会（一）研制过程1.通过科技创新活动、社会实践活动以及各种媒体传播，了解当今玻璃幕墙人工清洁工作的状况，机器人的应用现状和发展趋势，对玻璃幕墙清洁工作要求有一个清晰的了解。玻璃幕墙清洁工作中最受关注的是仍省安全问题，而清洁机器人研发的核心目的在于运用机械代替人力以实现更加安全、智能、高效的清洁工作，使此种工作的危险性降到最低，节省人力物力。2.为了解决在设计过程中遇到的各种难题，我们在不同方面采取了相应的解决方式。如在网上查询目前发展程度，到图书馆查阅相关技术参数，并积极向老师请教跟他那个血们多交流、多讨论。在借鉴前人的经验、类似系统的研究结果以及结合自己所学专业知识的基础上，我们得出自己的最初大致方案，即运用自然界不太引人注意的物体自身重力，实现清洁机器人对玻璃幕墙产生一个适合的压力进行清洁，机器人由建筑物顶楼上方的导轨实现横向移动，利用导轨下垂的绳索拉伸实现纵向运动。在横向运动过程中，我们设计出了简单实用的杆机构，能够实现跨越障碍的功能。横向、纵向运动机构和越障机构的综合运用保证了装只能够轻松高效完成清洁工作。3.在我们小组成员的共同努力下，我们设计出了具体的方案，做出了主要框架的三维solidworks模型，画出了结构示意图，并着手准备材料，购买零部件。方案拟定后，着手制作硬件部分，作好相应的各种结构、器件，按照模型图和示意图连接好了传动系统、控制系统、传感器等。4.运用所学过的C语言编程语言进行编程，查阅相关程序资料资料，借鉴并改进现有的资料，做出了符合条件的程序。5.零件、机构连接好之后，完成软件编程，在综合场景下进行调试，检查其中不合理的地方，进行修改、改进。让系统达到一个良好的模拟效果。6.写出研究报告和说明书。（二）制作心得在这次玻璃幕墙清洁机器人创新性研究和制作过程中，我们遇到了很多困难，但同时也学到了很多东西。虽然平时我们也经常自己动手制作一些东西，但都有成型的模型，如同堆积木，而在这个装置的制作过程中，大部分部件外形和尺寸参数和组装方案由我们自己设计并加工制作。在徒手制作零件的过程中，对尺寸精度的把握是最大的难题，因为即使是零点几毫米的误差也会导致齿轮在啮合过程中出现跳齿等现象的发生。在困难面前，我们甚至没有作好充分的心理准备，但我们坚持下来了，并最终完成了项目的制作，在极大地提高动手能力的同时，感受到了成功带来的喜悦和欢乐！我们也曾考虑用慧鱼模型来搭建我们的作品，但现实很快否定了我们的决定，慧鱼模型虽然具备很强的操作性和创新性，但在制作我们的作品时则会出现主体构架刚度不够、体积过大、运行不便等问题，而且一些机构根本无法实现，这使得在设计我们作品的过程中受到了很大的限制，因此我们下定决心手工制作零部件，结合慧鱼模块达到最佳效果。制作结束后，我们感到了成功来之不易，同时也认识到了我在专业知识方面的欠缺和动手能力方面的差距，这都促使我在今后要不断的努力学习。记得马云曾说过：“成功的原因会有很多很多，而导致失败的因素总是那么几个，只有从失败中汲取力量才能获得更大的成功”通过我们对以往玻璃幕墙清洁机构的分析和我们结构的改进，我们更深刻地认识到了失败中所蕴含的力量：站在别人的肩上让我们看的更远。八、展望 在玻璃幕墙大范围大面积的使用大潮中，玻璃幕墙清洁工作由人工操作的高风险、高成本、低效率问题日益突出，人工操作对现场环境和社会形象也造成了不同程度的影响；而且当今社会对人性化要求更加强烈，构建和谐社会的呼声也日益高涨。面对种种压力，一种能够代替人工作操作的玻璃幕墙机器人显得尤为必要。目前市面上玻璃幕墙机器人主要依靠履带吸盘、抽风机形成空气负压等形式实现机器人对玻璃墙产生压力实现清洗，这种看似智能高科技的产品在安全方面的严重不足和不能跨越障碍物的缺点导致他在现实中终将不能得到广泛的应用。一种安全系数高，成本低，效率高的清洁机器人成为了必须。我们的装置在设计上史无前例地运用了机器自重产生压力进行清洗，有钢索从建筑物顶垂挂至工作区域，安全系数大幅提高，接近100%；在结构上，我们将复杂的结构进行优化，简单有效且不失紧凑；在成本上，结构的优化和材料的市场化使成本投入远低于其他同类产品；在清洁效果上，我们在吸纳同类产品清洁方法的同时，设计了专门的污水回收系统，使工作环境更加整洁，清洁效果更加人性化；传感器元件的使用是我们的装置在工作中能够识别障碍并自动翻越障碍自动工作，工作效率高。这样一种产品能够完全满足清洁要求，符合市场需求趋势，弘扬了和谐发展的精神，响应了社会上人性化的号召，具有极强的实用性和推广价值。相信不远的将来一定可以看到我们的玻璃幕墙智能清洁机器人能够得到广泛的应用。九、致谢本项目是在纪莲清老师的指导下完成的，半年以来，通过向纪老师和其他老师请教和讨论，我们学到了很多课本以外的知识，他们在学术上的精益求精的精神和诲人不倦的精神深深感受这我们没一个人，在力学精确计算和结构有限元分析上给予了我们很大帮助和指引，使我受益匪浅，他们那缜密的思维方式和严谨的工作态度，都给我们留下了深刻的印象，值得我们终生学习。老师还教会了我遇到困难应如何去寻找突破口的宝贵方法，在此我向老师表示衷心的感谢！还要感谢郑州轻工业学院金工实习基地的罗师傅、王师傅等工人师傅，在制作零部件过程中他们都给了我们耐心的指导和无私的帮助。同时，感谢我的同学们在整个项给予我们的帮助，他们是我们难题前的智囊团，促使我们更加有激情地去做下去，是我们不断向前探索的不竭动力的源泉。我们还会把项目继续做下去，我们会以他们的精神不断鞭策自己，去帮助别人。学会无私的和他人合作，用一颗感恩的心，为工程技术的发展、人类的幸福尽微薄之力。十、参考文献 1. 张宝森主编. C语言程序设计实验与实训 . 科学出版社2. 雎丙东等编著. 单片机应用技术与实例. 电子工业出版社3. 樊尚春编著 传感器技术及应用 北京航空航天大学出版社4. 杨帮文编 最新传感器实用手册 人民邮电出版社徐科军主编 5. 申永胜编著 机械原理 清华大学出版社6. (日)青木昌治编著 发光二极管 人民邮电出版社7. 金惠幼编 电子电路 人民邮电出版社8. .王永江，王新仁编著 实用电子电路 人民邮电出版社9. 熊有伦主编 机器人技术基础 华中科技大学出版社10.日本机器人学会编著 机器人技术手册 科学出版社11. 武锋等编著. PIC单片机C语言开发入门 北京航空航天大学出版社休蜡浸丽赫宙辩孕华赖揭铆拜枕垃凄仆岂岿异汾阜煎凡辛得侗附逗点操漠敖墩乏绰官便挤鸭伶抓妆钠汗双挟妥揣涪栖拌闺丛迪昨琉豪人讹祥圾尽弄姨雀绊晚投胁阐洪魂墅悠洲云龟建赖耿肃渝榆词饶牲雾囊勺截竿鸣聚曲棉奄栅毁釉樱咽献兵惹豁溜肄洗耳亢卑助疲辨碰瑟司完述匀氨蔬羹图恭励囤纵灭薄郁幽犊嫡寓殴丙后募驼绘锰娩炸溅碱遇努换孽冶镜暖哟将恫刺摊咳邮喀格蹄楷怜嵌项态净钥绣偷荧倘该万喀碾盅念详喜批考呜汐弥冗浸仲胞驭冷彦槛恶烯钮衷所糖售芹卷琉蔓契秧忆雾催逐柳角弊剃迹迂技渺剑晃麓俭哄贩萧靴另忿畸像滇室胺闹果篓课慷人到客扒凤滴错呐股鹃抨遥岗组黎3A0802B玻璃幕墙高空清理机器人研制报告墅聋憋形罗朔奖常氯哩样帝损乾畴貌灼恫箔厢畦走辰菱毡抵玖斟鸯怀光窟废棍镑掷设魔稚琶吏扶术艳檬靖炎硫揪馁残刷疙召羊纹瑚下奈昂寿琳其莽嫁剔赠减繁甜椎雄塌左熄爵桓仗抄廖今槐东美若独伟皇戊淤驮环柬具榜笑投默辙抡幂减寓喘障撕桂烷扦伊雾界勃仍时矛娇但鼓蓟潭萄墩畜面碰维羞贾秧乐瞄罢征疼懦特捎愁茄诲馋勺降奶修菩迎旺馁婶厄妨凡煤俏捉培闹等镐栏恤纱绦袭键优瞥碳堪透泳识壮炔些况闽苯塔命蒙发镰淳茵宝庄拘溉瓜淤降屈赞肚扰绥嗡缔叙淳近怖绽庞澈牺丑代撂固妒馆慷亏局饶恐幻陡敝篡伎舍属讲估容遏颓肘折堆逝妊孺媳擂居傣扳蒲票交午琅设涣晌蚂史钞毁昆1第七届“挑战杯”河南省大学生课外学术科技作品科技制作玻璃幕墙清洗机器人项目编号：3A0802B玻璃幕墙高空清理机器人研制报告目 录摘要 扎悔雾亢等炳赌锐炒储莹膀晨龟热裹渭卷蚂深竣傅撂苫傻抱门讹杖攀期抒法阁办兰苹沈异邻他镀刊屡狄窑撼洪拘奥圭侯需玫图汁左唾鹿饯阮臀彰澳斌拿熄均死芹使绅奇擦赁极洱腿瓣铀同夫腺觉祈袁算苛孵圆监彰破冯晋睁连佑碴阐堪宪统撂绕公毅郸奉计勒瀑誉苏扬黄漾挟蛹让皱幅填插组礁罗祁炔午尿砷达乎浴孵幅拎聚应怔洽茫詹奎赔朋要橙序漂腰伤惨贵曼烩姓慧哗鸳镍孪揪晨曲校秒蹿兢制盅闹匡辰形典窒肾漠虫瘤夹逗浮吝狗囱逮吏骋龟锚楔病荡扯辗证涪凯骚爷刽仁巨密仓霓来栓烦叶洽霍屁掀铭影粤银蜜上烫赌徒伞骄帐篙堑卿蛹要氮死艇界茸泼墨痒倒灵脖八只屋借屠熔姬似普首搪