基于涵道风扇的玻璃幕墙清洗机器人设计与姿态控制研究

发布时间：2021-02-03 18:06

　　目前城市高层建筑越来越多,大多采用美观的玻璃幕墙结构,因此玻璃壁面的清洗工作十分繁重,但目前壁面清洗作业仍广泛使用人工,因此玻璃幕墙清洗机器人的研究具有较大的经济价值。本文设计了一种基于涵道风扇的新型玻璃幕墙清洗机器人系统。根据设计要求和应用场景,设计了清洗机器人系统的总体方案,明确了各模块的功能,提出了设计指标,通过数学计算选型、设计了各零部件,并利用solidworks建立了机器人系统的三维模型。针对机器人需越过窗框障碍,设计了独立的机器人本体、提升机构、横移机构;针对吸盘爬壁机器人会发生吸附失效问题,设计了旋翼驱动方式作为清洗负压力和越障飞升力的来源;针对携带水箱清洗会影响作业效率,设计了无水清洁策略,利用了仿人工清洁盘和灰尘真空富集装置完成清洗作业;设计了统一的上位机自动控制和检测程序,采用了zigbee无线广播方式实现三套机构的通信;设计了视觉测距、超声测距结合惯性导航单元IMU信息来实现壁面定位的方案。针对风扇转动带来机器振动会影响传感器精度,提出了悬吊振动动力学模型,同时借助simulink工具仿真了激励频率、绳长、升降速度对振动响应的影响,据此提出了减弱振动的方法。针对... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

目前玻璃幕墙主要清洗方式

图 1-2 Ninja robot[10]图 1-3 钱志渊等人设计的清洗机器018 年来自新加坡的 Thein Than Tun 等人提出一种使用被动负压导螺杆驱动吸附在玻璃壁面的机器人[12]，如图 1-4 所示。其壁面框架实现自攀爬，它是一款完全意义上的爬壁机器人，但是这种设计使得它不能抬起吸盘离开壁面过高的距离，就难以越过各种碍，不适于玻璃壁面清洗工作。此外作者为了解决吸盘吸力不够在后续研究中决定降低螺杆行程，这样的方法显然会进一步降低

图 1-4 Thein Than Tun 等人设计的清洗机器人[12]2014 年哈尔滨理工大学张永德和浙江大学姜金刚等人模仿蜘蛛在空中拉动吐丝实现移动，设计了一款双柔索驱动的壁面清洗机器人[13]，如图 1-5 所示，通过调节两根绳索收放速率来调节清洗机器人在壁面的位置，吸附采用单个风扇提供负压。风扇能够方便的调节负压力的大小，并且稳定可靠，不会出现吸附力失效的情况。绳索提升属于一种外服辅助攀爬设备，也使得机器人并不具有自攀爬能力，但是却比较适合于玻璃幕墙的清洗工作环境，它能够灵活控制收放速度以控制机器人在壁面移动。不过它的设计使用较大质量的配重悬垂于机器人下方，这个配重缺乏控制，如果在空中收到气流等干扰，可能会发生碰撞玻璃的安全事故。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]四旋翼飞行器姿态的非奇异快速终端滑模控制[J]. 罗连杰,佃松宜,蒲明.  电光与控制. 2018(04)
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[9]桥式起重机起升机构动力学建模及仿真分析[J]. 程力,何伟,施文丽,常娜.  机械制造. 2016(06)
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硕士论文
[1]起重船吊物系统的摆动分析及其控制研究[D]. 芮光六.天津大学 2004



本文编号：3016940