自攀爬式幕墙清洗机器人设计

唐伯雁１，张慧慧，．费仁元１。宗光华２。张厚祥ｚ

（１．北京工业大学机电学院，北京１０００２２：２．北京航空航天大学机器人研究所．北京１０００８３）摘要。以国家大剧院椭球壳体的清洗为应用背景，设计了首台复杂曲面自攀爬式机器人样机。首先

简单介绍了机器人系统的机械结构组成：控制系统采用基于ＣＡＮ总线的网络结构，井以

Ｐ８００５９２单片机为核心构成分布节点控制器，软件采用模块化设计：在此基础上对机器人运动

功能实现进行了讨论。作业实验表明样机系统的组成原理合理，机械结构和控制系统方案成功

可靠。

关键词；自攀爬机器人：机械结构：控制系统；运动功能

中田分类号；ＴＰ２４２．０文献标识码ｔＡ

文童编号。１００９—０１３４（２００４）０２—００４６—０３

Ｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅａｕｔｏ－ｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔｆｏｒｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｕｒｆａｃｅ

ＴＡＮＧＢｏ—ｙａｎｌ，ＺＨＡＮＧＨｕｉ—ｈｕｉｌ．ＦＥＩＲａｎ—ｙｕａｎｌ．ＺＯＮＧＧｕａｎｇ—ｈｕａ２，ＺＨＡＮＧＨｏｕ－ｘｉａｎ９２（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２２，Ｃｈｉｎｅ；２ＲｏｂｏｔｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＢｅｉＨａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３．Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ。ａｎｅｗｋｉｎｄｏｆａｕｔｏ－ｃｌｉｍｂｉｎｇ

ｒｏｂｏｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｆｏｒｃｌｅａｎｉｎｇｔｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌｓｕｒｆａｃｅｏｆＮａｔｉｏｎａｌＧｒａｎｄ

Ｔｈｅａｔｒｅ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎ

ＣＡＮｂｕｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｒｏｂｏｔ．ｗｈｉｃｈｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍａｉｎｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅ

Ｐ８０Ｃ５９２．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｂｙｍｏｄｕｌａｄｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ

ｍｏｔｉｏｎｆｕｎｃＵｏｎｉｓｄｅｓｃｄｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｄｅｓｉｇｎｅｄｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ．Ｋａｙｗｏｒｄ：ａｕｔｏ－ｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｍｏｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ

０引言

随着机器人技术的发展，高层建筑幕墙自动化

清洗成为可能。上世纪９０年代，研究人员开始将目

光投向自动化的清洗方式，由此，幕墙清洗机器人

应运而生。目前，幕墙清洗机器人的研究已成为热

点，国内外有关文献已报道了多种清洗机器人样机。

图１国家大剧院结构阿

嘉言墓篙呈襄套笑篙装墓要塞？警黧嚣≥鬈嚣袭１自攀爬式机器人设计

目ａ季』岭工、．憎Ｌ丽八瞑，Ｉ

绍自攀爬式机器人的机械组成、控制硬件系统和软。

件结构。自攀爬机器人方案是基于建筑物的结构特点提国家大剧院Ｆ体外形呈半椭球形，如图１所示，出的，图２所示为机器人在国家大剧院真实环境下外墙由玻璃和钛合金板覆盖，总表面面积达到进行了作业。在建筑物导轨上设计安装了滑动导杆，３６０００ｍ２。底部长轴长２１２ｍ，短轴１４６ｍ，顶高４６ｍ。利用它作为机器人在建筑物导轨之间运动的巾介，大剧院上钛板共２００００多块，最大长度为２２００ｒｎｍ，从而避免机器人直接抓持建筑物导轨带来的不安全每块承重大于１５０ｋｇ。沿球面纬线方向各层钛板之因素。机器人本体分为攀爬机构、移动机构、清洗问均分布有封闭铝导轨，宽２５ｍｍ，高出钛板面机构、俯仰调节机构。机身由主框架和后箱体组成，４０ｒｎｍ，且玻璃和钛板上导轨连续，铝导轨设计承载总长约３ｍ，宽ｌｍ，高０．５ｍ，由轻质铝型材搭建而１５０ｋｇ。钛板问存在横纵缝隙，板面中部有装饰用半成，其它结构均以这两部分为载体。主框架与后箱球形结构。体通过由高分子材料自制滑块形成滑动连接，攀升收■日翔：２００３一１０?２７

基金项目：国家８６３计划机器人丰题资助项目（２００１ＡＡ４２２２８０）

作者苒介：唐伯雁（１９６５一），男，博士研究生，研究方向自主移动机器人及其控制技术、气动技术。

１４６１第２６啦第２期２００４—０２

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