爬壁清洗机器人设计
基于STM32的负压爬壁机器人控制系统设计
基于STM32的负压爬壁机器人控制系统设计负压爬壁机器人是一种能够在垂直墙壁上行走的机器人，它通过产生负压吸附在墙面上，从而实现在墙面上的运动。
该机器人常用于工业领域的检测、维护和清洁等任务。
本文将基于STM32单片机设计一个负压爬壁机器人控制系统，并详细介绍其系统架构、硬件设计和软件设计。
一、系统架构设计负压爬壁机器人控制系统的架构主要包括传感器模块、控制模块和执行器模块。
传感器模块用于获取机器人周围的环境信息，控制模块用于处理传感器数据并对机器人进行控制，执行器模块用于实现控制指令的执行。
二、硬件设计1.MCU选择：采用STM32系列单片机作为控制模块的主控芯片，主要考虑到其性能强大、成本低廉、易于开发和丰富的外设资源。
2.传感器选择：负压爬壁机器人的传感器主要包括倾角传感器、陀螺仪、距离传感器等。
倾角传感器用于检测机器人的姿态信息，陀螺仪用于检测机器人的角速度，距离传感器用于检测机器人距离墙面的距离。
3.执行器选择：负压爬壁机器人的执行器主要包括吸盘和电机。
吸盘用于产生负压吸附在墙面上，电机用于驱动机器人进行运动。
4.通信模块选择：负压爬壁机器人的通信模块主要用于与外部设备进行数据交互，例如与上位机进行通信。
可以选择UART、SPI、CAN等通信方式。
三、软件设计负压爬壁机器人控制系统的软件设计主要包括姿态控制算法、路径规划算法和动力学模型等。
1.姿态控制算法：通过倾角传感器和陀螺仪获取机器人的姿态信息，然后通过PID控制算法对机器人进行姿态控制，使机器人能够保持平衡并沿着墙面行走。
2.路径规划算法：根据机器人当前位置和目标位置，设计路径规划算法确定机器人的运动路径。
可以使用传统的A*算法或者一些启发式算法。
3.动力学模型：基于机器人的动力学模型设计控制算法，实现机器人在墙面上的运动控制。
可以通过电机的转速和吸盘的负压力来调整机器人的运动速度和吸附力。
四、系统测试与优化设计完成后，需要对负压爬壁机器人控制系统进行测试和优化。
爬壁幕墙清洗机器人设计说明书
江西省第二届大学生机械创新设计大赛暨第三届全国大学生机械创新设计大赛江西赛区选拔赛设计说明书INSTRUCTION OF DESIGN作品名称“小蜘蛛”幕墙攀爬清洗机参赛队伍陈明登谢信韦冯江涛刘连杰郭晓欢指导老师李国臣吴文通参赛单位井冈山大学2008年4月18日目录摘要 (i)小蜘蛛幕墙攀爬清洗机设计说明书............................. 错误!未定义书签。
作品内容简介 (4)1 研制背景及意义........................................... 错误!未定义书签。
2 主要功能和性能指标 (2)3 设计方案 (3)3。
1 机械机构 (3)3.2 控制机构 (3)4 理论设计计算 (4)4.1 真空吸附力计算 (4)4.2 幕墙清洗机器人附着的力学分析 (5)5机构设计与工作原理 (7)5。
1攀爬机构........................................... 错误!未定义书签。
5.2清洗机构 (8)5.3铰接连杆支撑机构.................................... 错误!未定义书签。
5。
4换气机构........................................... 错误!未定义书签。
6创新点及应用 (10)7作品实物工作图........................................... 错误!未定义书签。
8应用前景................................................. 错误!未定义书签。
参考文献................................................... 错误!未定义书签。
摘要：“小蜘蛛”幕墙攀爬清洗机是基于昆虫攀爬动作的仿生原理制作而成.在国内外现有的壁面移动机器人研究成果的基础上，结合高空作业的特点,在对幕墙清洗机器人的共性问题—附着技术、爬行技术、清洗技术进行分析的基础上。
新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计
新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计摘要：随着城市建设的快速发展，高楼大厦的数量不断增加，高楼外墙的清洗工作变得愈发重要和困难。
为了提高清洗效率和安全性，科学家们开始研究和设计一种新型的高楼清洗爬壁机器人。
本文将探讨该机器人的研究与设计。
1.引言在传统的高楼清洗工作中，清洁工人需要悬挂在绳索上来进行清洗，这既危险又低效。
因此，研发一种能够自主完成高楼清洗工作的机器人具有重要意义。
该机器人将能够准确地识别清洗区域，自主爬升和下降，并进行清洗操作。
2.机器人结构与原理新型高楼清洗爬壁机器人主要由机械臂、清洗器、传感器和电源组成。
为了使机器人能够在高楼外墙爬行，机械臂采用伸缩式结构，并能够自主调整长度。
清洗器则采用带有纤维材料的刷子，能够有效清洁外墙的污渍。
传感器用于识别墙壁的形状，避免机器人碰撞。
电源方面，机器人采用可充电电池，确保长时间的清洗工作。
3.机器人系统设计为了实现机器人的自主运行，需要一个智能控制系统来指导其工作。
该系统主要由导航系统、视觉识别系统和动作控制系统组成。
导航系统利用全球定位系统（GPS）和惯性导航系统（INS）来确定机器人当前的位置和姿态角。
为了避免机器人过度依赖GPS，还可以加入激光测距仪来提供更准确的定位信息。
视觉识别系统用于识别墙壁的材料和污渍类型，从而确定最佳的清洗方法。
动作控制系统通过控制机械臂的伸缩和清洗器的动作来完成清洗任务。
4.机器人工作流程该机器人开始工作时，首先通过导航系统确定自己的位置，并设定清洗区域。
然后，视觉识别系统分析墙壁的材料和污渍类型，并确定最佳的清洗方式。
接下来，机器人把机械臂伸展到合适的长度，并将清洗器放置在墙壁上。
随后，清洗器开始移动，刷洗墙壁上的污渍。
当清洗完成后，机器人收回机械臂，并筛选清洗效果，确保墙壁彻底清洁。
5.机器人优势与展望相比传统的清洗方式，新型高楼清洗爬壁机器人具有以下优势：5.1 提高工作效率：机器人能够自主完成清洗任务，不再依赖于人力。
壁面清洗机器人爬壁系统设计
壁面清洗机器人爬壁系统设计任务书1．课题意义及目标研究此课题源于社会实际的需求，通过机器人可以降低工人的劳动强度，提高工作效率，特别是提高安全性，在研究此课题的同时深入了解机械方面的知识，设计规范，设计思想，计算方法，将本科阶段的理论知识与生产实际结合，为毕业之后的工作打下牢固的基础。
2．主要任务1）查阅相关资料，根据设计要求确定清洗玻璃壁面的移动机器人的系统组成、结构运行方式。
2）根据设计要求，对设计对象有一总体认识，并通过力学等方面的计算，选取材料，设计其符合要求的机械结构，并根据其运动方式通过PLC设计控制程序。
3）使用CAD二维制图软件，绘制装配图以及零件图。
4）完成毕业论文的撰写。
3．主要参考资料[1] 吴神丽. 新型高楼清洗爬壁机器人的研究与设计[D]. 成都理工大学, 2009.[2] 王妹婷.壁面自动清洗机器人关键技术研究[D].上海大学，2010.[3] 胡启宝.多吸盘式玻璃幕墙清洗机器人本体设计[D].上海交通大学，2007. 4．进度安排审核人：年月日壁面清洗机器人爬壁系统设计壁面清洗机器人可以在建筑物高层不平行于地面的墙壁上对建筑物外层建筑进行清洗操作，本文主要对清洗机器人的爬壁系统进行设计。
该机器人的爬壁设计包含移动系统和吸附系统，其中要实现爬壁操作又必不可少的还要对控制系统进行设计。
其中该机器人主体结构为两块互相垂直的铝板，两块铝板上各安装一个主体框架。
铝板中部由双作用无杆气缸的滑块衔接，气缸两端连接另一块铝板的框架，通过气泵的充放气实现无杆气缸滑块的运动，滑块带动其中一个铝板运动，从而实现机器人移动。
机器人共有四个腿足，各在两个铝板框架两端，腿足上装置普通双作用气缸和吸盘，吸盘提供抓壁力，双作用气缸提供腿足的抬升放下功能。
控制系统采用PLC进行控制，在程序中应用自锁以及互锁以保证机器人运行的安全性和正确性。
关键词：机器人，爬壁，气缸，吸盘，PLCThe design of the climbing system of Wall-climbing robo t Wall- cleaning robot can clean the outer building that the top is not parallel to the ground.This article is mainly to design the cleaning-robot climbing wall system.The robot’sclimbing wall system include the mobile system and the adsorption system,and the necessary is the control system design.In this design,the robot’s major structure is two mutually perpendicular aluminum plate,the each other of the two aluminum plate installs a main body frame.The middle part of the aluminum plate is link up with double-acting rodless cylinder,the cylinder ends is link up with the other frame,through the charge pump is deflated rodless cylinder block movement,the slider to drive one of the aluminum plate movement,which is realize the robot movement.The robot has four legs and feet,which is in the end of aluminum frame,the legs and feet device ordinary double-acting cylinder and the chuck,chuck provide wall force, the double-acting cylinder offer the function that the legs and feet lifting. The control system use PLC to control,in order to ensure the safety and validity of the robot,in the procedure use self-locking and interlocking.The key words: robot,climbing wall ,cylinder ,chuck ,PLC目录1 绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.3 研究内容 (5)2 壁面清洗机器人结构设计及零件的选型 (6)2.1研究方案的确定： (6)2.2 机器人总体结构介绍 (8)2.3 壁面清洗机器人材料的选择 (9)2.4 吸盘的选择 (10)2.5 电动机的选择 (11)2.6 联轴器的选取 (12)2.7 本章小结 (14)3 壁面清洗机器人零部件校核计算 (15)3.1铝板的设计与校核 (15)3.2 滚动轴承的寿命计算 (16)3.3 轴的强度校核 (17)3.4 键连接的强度校核 (19)3.5 轴向气缸的设计与计算 (20)3.6 活塞杆的稳定性计算 (22)3.7 本章小结 (24)4 壁面清洗机器人气动设计及控制部分设计 (25)4.1 吸附部分 (25)4.2 气缸的运动 (26)4.3 PLC的概述及发展 (27)4.4 PLC的I/O接口分配 (29)4.5 PLC的选择 (30)4.6 PLC控制面板的设计 (30)4.7 PLC I/O接口设计 (31)4.8 PLC梯形图 (32)4.9 本章小结 (38)结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)1绪论1.1选题背景及意义近几十年来社会不断地发展进步，高楼如今变为了城市化象征的一个重要因素，放眼城市版图，高楼已经是城市建筑的主要旋律。
管道爬壁机器人的设计
管道爬壁机器人设计作品内容简介现在的管道机器人在竖直或者是水平方向都很好的实现了检测与清理功能。
但至今还没有管道产品在复杂的管道中很好的工作。
为此我们设计了这款管道爬壁机器人，它既可以在水平管道中很好的工作还可以在竖直管道中完成工作，能够自如的在水平竖直交叉的复杂管道中完成检测，清理等工作。
该产品的主题结构为车体结构，在水平方向依靠车载力运动，在车体上安装有四个机械手臂，在机械手臂的前端安装有吸盘跟电磁铁，在塑料管道中依靠吸盘在竖直方向上运动，在铁质管道上利用电磁铁的磁力和机械手臂的交叉前进实现竖直方向的运动。
该作品灵活多变，不但可以适应复杂的管道还能够进行多样的工作。
我们依靠机械臂的灵活度与吸盘，电磁铁的吸力来实现该产品的爬壁功能，在水平方向上利用最传统的智能车作为动力，这样的设计完全可以满足水平方向与竖直方向的灵活转变，实现复杂管道的自由穿梭，进而可以让该机器人更好的实现其检测与清理功能。
该管道爬行机器人实现远程电脑控制，所得数据通过反馈处理使机器人能够完成各项做业。
一、研制背景及意义1、随着社会的快速发展,国家生产水平不断提高，产品更新也越来越快。
管道运输在我国运用比较普遍，但管道长期处在压力大的恶劣环境中，受到水油混合物、硫化氢等有害气体的腐蚀。
这些管道受腐后，管壁变薄，容易产生裂缝，造成漏油、漏气的问题，存在重大安全隐患和经济损失。
在管道广泛使用的今天，管道的检测、清理、维护成了一个亟待解决的问题。
但是管道的封闭性和工作环境决定了这项工作的艰难。
时至今日，虽然经过各国学者的努力，已经有各种各样的机器人，但是他们大都存在这样或那样的问题，而且功能不够强大。
2、人民对管道清洁机械的要求是不仅科技含量要高，而且还要绿色、节能、环保。
能够满足不同类型管道的检测、维护、清理等要求。
3、管道爬行机器人的研究更好地为管道的检测、维护、清理提供了新的技术手段，这种技术更好的提高了管道监测的准确性和管道清理的安全性，也便于管道工程管理维护人员制定维护方案，清除管道垃圾防止堵塞，事前消除管道的安全隐患，从而节约大量的维修费用，降低管道维护成本，保障工业生产和人民生活及财产安全。
基于Pro／E的清洁机器人爬壁机构设计
基于Pro／E的清洁机器人爬壁机构设计在国内外已有研究基础上，本文基于Pro/E软件设计清洗玻璃幕墙等壁面的爬壁机器人，对其爬壁构造进行分析研究。
本文所设计的机器人为四轮小车型爬壁机器人，应用传统机械传动机构的开闭合来实现吸排气的控制。
其驱动方式为后轮驱动，吸附方式采用地面连接真空泵，通过真空吸盘吸附，使吸附力更稳定且易于控制。
最终所设计的机器人在水平面与垂直面乃至任意角度的玻璃壁面均能自由行走。
标签：真空吸附；清洁机器人；Pro/E0 引言近年來，我国的城市面容发生了巨大的改变。
相比于以前，高楼大厦多了很多，大部分的高楼为了美观和成本，墙壁都是玻璃幕墙，提高了外观，但也面临着各种问题。
其中高空玻璃幕墙的清洁是一个非常典型的难题，目前清洁玻璃幕墙的方式大多是人工进行，采用悬吊装置上下升降，保洁人员亲自在高空进行作业，这种劳动效率低下，安全性没有保障，不符合当前社会发展观[1]。
于是爬壁清洁机器人应运而生，在某些危险、繁重、枯燥的岗位使用机器人代替人工劳动的行为，已逐渐发展成当代社会的一种趋势。
爬壁机器人的设计，必须具备两种功能：在任意角度的无磁甚至凹凸不平的壁面上的吸附功能和移动功能。
以此为要求，这些年来研究人员研发了多种爬壁机器人的方案，但大多有瑕疵和不稳定性，不能成功的投入工作。
例如磁力吸盘爬壁机器人，只能局限于吸附在金属的壁面上，而目前需要工作的大多是玻璃面，局限性太高；又例如大型悬挂式清洁机器人，占地面积过大、清洗复杂成本高，工作时需要特定的轨道[2]。
1 爬壁机器人的方案设计本文设计的机器人为真空吸盘式爬壁清洁机器人，因为要在垂直的壁面上行走，所以四轮小车相对于其它小车更具有稳定性。
该四轮小车（约为500mm×100mm×400mm），每个车轮都分两排，每排12个，共装有24个真空吸盘，通过地面上的真空泵提供压力进行吸附工作。
故本机器人不需要楼梯悬挂系统，直接通过机械传动机构吸排气进行控制。
真空吸附式壁面清洗机器人毕业设计
摘要机器人的开发和应用，拓展了人类的生产能力，解放了危险环境下的工作人员，极大地推动了人类科技革命和社会进步，多足式爬壁机器人属于极限作业机器人的一种，广泛应用于清洗，消防，检测等多个行业。
本文在国内外现有壁面移动机器人研究成果的基础上。
结合壁面作业的特点对壁面机器人的吸附技术，行走技术进行了研究分析，并创造性的提出了壁面越障技术，本文主要的研究工作如下：首先，追溯国内外壁面机器人研究的历史背景、总体类别与特点，及其发展态势，总结出壁面攀爬机器人的研究特点和关键技术所在。
其次，本文根据机器人实际工作的要求，主要对高空清洁卫士机器人越障系统中的腿部机构、吸附结构，驱动机构构型设计。
最后，本文在结构件的设计过程中，同时考虑轻量化和安全可靠性要求，对机器人的吸附、越障机构进行了强度校核和优化设计。
壁面越障；腿式结构；真空吸盘；机构设计；周期性步态AbstractThe development and application of robots have expanded our production capacity of the human beings, as well as emancipated personnel works in hazardous environments , greatly promoted scientific and technological revolution and human social progress.A multi legged wall climbing robot which belongs to the limit of the robot, is widely used in cleaning, fire protection, detection and other industries.Based on the existing domestic and foreign mobile robot wall surface on the research results of. According to the characteristics of the wall operation adsorption technology to wall robot, walking technology is studied and analyzed, and creatively put forward the wall climbing technique, the main research work of this article are as follows:Firstly, the historical background, the overall classification and characteristics of domestic research on outer surface of the developing situation and the robot traces, and later, summed up the research characteristic and the key technology of wall climbing robot.Secondly, in the end of this paper the robot concept design, this paper introduces Unigraphics NX model and modeling method, and taking the leg mechanism as an example, introduces the Unigraphics platform of NX parts and assembly design, and simulation results under the Simulation simulation platform.Again, this paper clearly on the wall robot based on the constraint conditions and the basic function, carries on the analysis and the design of wall climbing robot gait, elaborate periodic gait and its realization ways, fully demonstrated the periodic gait and the principle of robot.Finally, based on the design process of structural parts, considering the requirements of lightweight and safe reliability, adsorption, obstacle crossing mechanism of the robot is carried on strength and optimization design.Xxxx；xxx；目录第一章绪论…………………………………………………× 1.1 课题研究背景、目的、及其意义………………………× 1.2 国内外壁面机器人研究现状……………………………× 1.2.1国外研究现状………………………………………× 1.2.1国外研究现状………………………………………× 1.3 现有爬壁机器人类型比较分析…………………………×第二章新型越障式-高空清洁卫士总体结构设计………× 2.1新型越障式-高空清洁卫士的设计准则与要求…………× 2.2新型越障式-高空清洁卫士行走机构设计………………× 2.3新型越障式-高空清洁卫士越障系统设计………………× 2.3.1新型越障式-高空清洁卫士腿部结构的设计……× 2.3.2新型越障式-高空清洁卫士吸附结构的设计……× 2.3.3新型越障式-高空清洁卫士硬件驱动的选择……× 2.4新型越障式-高空清洁卫士总体结构设计第三章基于Unigraphics NX的三维建模技术……………× 3.1 引言………………………………………………………× 3.2 Unigraphics NX简介……………………………………× 3.3 Unigraphics NX建模方法……………………………× 3.3.1自底而上……………………………………………× 3.3.2自顶而下……………………………………………× 3.3.3两种建模方式的比较………………………………×3.4 新型越障式-高空清洁卫士建模实例………………×3.4.1腿部机构的建模……………………………………× 3.4.2主要部件的装配……………………………………×第四章机器人关键部分校核与有限元分析……………× 4.1 新型越障式-高空清洁卫士附着技术选择………………× 4.2 真空吸附机构受力与安全性分析………………………× 4.2.1抗滑落条件…………………………………………× 4.2.2抗倾覆条件…………………………………………× 4.3 腿部连杆的校核及有限元分析…………………………× 4.3.1腿部连杆的强度校核………………………………× 4.3.2腿部连杆有限元分析和结构优化…………………×结论…………………………………………………………………×致谢……………………………………………………………×参考文献………………………………………………………×附录……………………………………………………………×第一章绪论1.1课题研究背景、目的及其意义机器人是近代电子技术与传统的机构学相结合的产物，是集计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备。
爬壁机器人的设计
爬壁机器人的设计爬壁机器人是一种能够在墙壁、天花板或其他垂直表面上移动和操作的机器人。
它通常具有一些独特的设计特点和功能，以便能够在垂直表面上保持稳定和安全的移动。
以下是一个设计爬壁机器人的详细说明，共计1200字以上。
一、机器人结构设计1.轮胎设计：机器人通常配备具有高摩擦力的轮胎，以确保在垂直表面上有良好的附着力。
轮胎材料可以选择具有优异摩擦性能的橡胶材料，比如硅胶，以确保机器人可以牢固地粘附于表面上。
2.传动系统：机器人的传动系统应确保它能够在垂直表面上稳定地移动。
可以采用齿轮传动或链传动等机构，这样可以保证机器人的动力传递效率以及稳定性。
3.重心调节：机器人应设计具有可调节重心的机构，以便在不同表面上保持平衡。
这可以通过使用可调节重心的负载托盘或重心偏移机构来实现。
4.机械臂设计：机器人应配备能够在垂直表面上进行操作的机械臂。
机械臂设计应灵活，可以旋转和伸缩，以便机器人能够完成各种任务。
二、传感器和控制系统设计传感器和控制系统是爬壁机器人实现自动化和智能化的关键。
以下是一些应考虑的传感器和控制系统设计要点：1.触觉传感器：机器人应配备压力传感器或接触传感器，以便能够检测自身与表面的接触力，从而确保机器人在垂直表面上的粘附力和稳定性。
2.惯性测量单元（IMU）：爬壁机器人应搭载IMU，以便测量和监测机器人的姿态、加速度和角速度等信息。
这些数据可以用于实时调整和控制机器人的运动。
3.视觉传感器：机器人可以搭载摄像头或激光传感器等视觉传感器，以便在垂直表面上进行环境感知、障碍物识别和导航等操作。
4.控制算法：机器人的控制系统应配备适当的控制算法，以便能够根据传感器数据实时决策和控制机器人的移动和操作。
这些算法可以基于机器学习、计算机视觉和规划等技术进行设计。
三、电源和能源管理电源和能源管理是机器人设计的重要组成部分。
以下是一些考虑的要点：1.电池容量：机器人应配备高能量密度的电池，以确保足够的工作时间。
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爬壁清洗机器人会的不断发展，科学技术的迅猛发展，人类社会的不断进步，现代都市的摩 天大楼越建越多，越建越高，而城市的灰尘污染也越发严重，在这样的背景下，人类需 要依靠升降机平台来逐层地清洗大楼壁面，不但浪费时间和劳动力，而且人类在清洗大 楼壁面的环境越来越恶劣和危险，本课题来自于社会实际的需求，采用爬壁机器人进行 擦洗，降低清洗工人的劳动强度，提高工作效率，特别是提高安全性。如今，在科学技 术领先的国家已经采取了爬壁清洗机器人作为他们的首选工具，用来对大楼外表面进行 清理。
2 爬壁清洗机器人总体结构设计 ---------------------------------- 10
2.1 爬壁清洗机器人的材料选择 ----------------------------------------- 10 2.2 机器人总体结构介绍 ----------------------------------------------- 10 2.3 移动铝板的设计与校核 --------------------------------------------- 11 2.4 吸盘直径的选取 --------------------------------------------------- 13 2.5 电动机的选取 ----------------------------------------------------- 15 2.6 联轴器的选取 ----------------------------------------------------- 18 2.7 轴承的校核 ------------------------------------------------------- 18 2.8 滚动轴承寿命的计算 ----------------------------------------------- 19 2.9 轴的计算 --------------------------------------------------------- 20 2.10 键连接的强度计算 ------------------------------------------------ 21 2.11 轴向气缸的设计与计算 -------------------------------------------- 22 2.12 活塞杆稳定性及挠度验算 ------------------------------------------ 25 2.13 本章小结 -------------------------------------------------------- 28
自动化爬壁清洗机器人机器人是一种实惠、实用、安全可靠的科技研发项目,自1960 年代以来,爬壁清洗机器人和相关技术已经渐渐地受到了人们的重视。作为一个高层建筑 的爬壁机器人的清洗系统、结构设计、运动系统等虽然样式众多,但真正能用于实际工作
爬壁清洗机器人设计
IV
5 结论 -------------------------------------------------------- 39 参考文献 ------------------------------------------------------ 40 致谢 ---------------------------------------------------------- 41
壁面清洗机器人是以清洗高层建筑为目的的壁面移动机器人，它的出现将极大降低 高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产率，也必将极大的推动清洗业的 发展，带来相当的社会效益和经济效益。因此，壁面清洗机器人的设计和研究有着良好 的应用前景。
1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）
爬壁机器人是指可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人。爬壁机器人又 称为壁面移动机器人，因为垂直壁面作业超出人的极限，因此在国外又称为极限作业机 器人。爬壁机器人必须具备吸附和移动两个基本功能，而常见吸附方式有负压吸附和永 磁吸附两种。其中负压方式可以通过吸盘内产生负压而吸附于壁面上，不受壁面材料的 限制；永磁吸附方式则有永磁体和电磁铁两种方式，只适用于吸附导磁性壁面。此次设 计的爬壁机器人主要针对建筑物外壁清洗作业。日本在爬壁机器人研究上发展迅速，中 国也于20世纪90年代以来进行类似的研究。这些年来，机器人在各个领域中获得到了相 当广泛的应用和发展，这当中，爬壁机器人是能够代替人类在垂直的陡壁上进行工作的 机器人，他作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。
爬壁清洗机器人设计
I
摘要
高层建筑清洗爬壁机器人可在垂直壁面及屋顶移动进行物体表面的清洗，本文设计 了机器人爬壁系统由移动系统和吸附系统组成。移动吸附系统由十字框架结构和真空吸 附结构组成，使机器人灵活移动，避障能力强。机器人主体部分由可以相互平移的两个 呈十字型组合的无杆气缸，其中任意一个无杆气缸可以相对另一个进行平移，每个无杆 气缸通过腿部支架可独立控制腿足结构。腿足结构是由拉杆气缸和一组真空吸盘组成。 随着腿部的交替吸附和框架主体的相对运动，机器人实现壁面自由移动的功能。驱动方 式由X方向和Y方向两个相互垂直的机构组成，分别选用一个双作用无杆气缸，安置在 中间的主体支架上，真空吸盘组采用正三角排列和使用气动的驱动方式。控制系统是清 洗爬壁机器人的关键部分，采用三菱公司的PLCFX1N系列完成对机器人主体的吸盘脱 离、本体移动、吸盘吸附和清洗的控制。
Keywords: dual action bars cylinder, the architecture, pneumatic rodless cylinders, PLC
爬壁清洗机器人设计
III
目录
1 绪论 --------------------------------------------------------- 1
关键词：双作用拉杆气缸，十字架构，无杆气缸，PLC
爬壁清洗机器人设计
II
Abstract
Highrise buildings cleaning climbing robot can be in vertical wall and roof movement in the object surface cleaning, this paper designed the climbing robot system by mobile system and adsorption systems. Mobile adsorption system by the frame structure and vacuum adsorption structure, make flexible mobile robot, obstacle avoidance ability. Robot main body part can be of mutual translation by a combination of the two fourarm pneumatic rodless cylinders, including any a pneumatic rodless cylinders can relative another translation, each pneumatic rodless cylinders through the legs stent independent control leg foot structure. Leg foot structure is by tie rods and a group of cylinder of vacuum cups. As the legs of alternating the adsorption and the relative motion of the main frame, robot wall free movement function realization. Driving way X and Y directions direction by two perpendicular institutions, a double role are chosen pneumatic rodless cylinders and placed in the middle of the main body on the support, vacuum cups group I arrangement, and use the pneumatic drive mode. Control system is climbing robot cleaning the key part, USES the mitsubishi company PLCFX1N series of of the main body of the robot complete suckers, its mobile, chuck from adsorption and cleaning of control.
3 爬壁清洗机器人气动设计 -------------------------------------- 29
3.1 吸附部分 --------------------------------------------------------- 29 3.2 气缸运动部分 ----------------------------------------------------- 29 3.3 本章小结 --------------------------------------------------------- 31
1 .1 选题背景及其意义 -------------------------------------------------- 1 1.2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势） ------------------------------ 1 1.3 研究内容 ---------------------------------------------------------- 5 1.4 研究方案 ---------------------------------------------------------- 6 1.5 本章小结----------------------------------------------------------- 9