擦玻璃机器人报告.docx
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擦玻璃机器人报告
擦玻璃清洗机
摘要
本文主要介绍了擦玻璃清洗机结构部分和采用相关技术以及预测研究成果前景，还有设计任务分配。
关键词
擦玻璃清洗机真空吸附机器手机器脚中间体
1引言
近年来，随着国内经济的发展，城市高层建筑成倍的增长，由于高层外壁的玻璃随着时间的延长，外壁玻璃上增加了许多的粉尘和其他污物。
至今，有95%城市高楼玻璃外壁采用的是人工清洗完成，它不仅投入大，效率低，费工时时，而且极其危险，因此我们小组决定设计一种能携带清洗装置或其他功能在高楼玻璃外壁移动的机器。
代替人进行高空作业，使人脱离人生安全的危险自动化的机器。
我们采用了吸盘和履带合作的技术。
它具有结构简单，稳定可靠，操作方便，成本低，便于大量生产等特点。
对于以上特点，该机器可应用大量高楼玻璃的清洗工作，也可以再一层楼上用多个机器，这样可以大大的改善工作效率提高，具有一定的使用价值，可减少人工清洗的危险度，也大大地解放社会生产力，所以有一定的开发前景和经济市场。
擦玻璃清洗机的结构部分
擦玻璃清洗机的结构部分分二大类;一机器本体;二控制系统;
机器本体又分二大类;一机器支架,二运动动力系统。
机器支架分为；擦玻璃机器手，中间体，机器脚。
2擦玻璃机器手
对于整个擦玻璃清洗机,经过我们小组对几种擦玻璃机器手的对比加分析后，得出最优的方案,所以我们小组采用曹天真发明一种擦玻璃机械手，其特征在于它是由转盘擦头、手杆、轴承及双拉线所构成；所说的转盘擦头是一带一个直角的硬板及与之固定的擦拭软布构成，该转盘擦头的硬板面中心位置有一连接座，连接座处装有轴承，所说的手杆与轴承中的轴心相连接，手杆下端装有呈平
行板状的拉线支架，二拉线的各一端装在拉线支架上呈可拉动状，另一端分别固定连接于转盘擦头的直角下两端，转盘擦头依轴承、手杆及二拉线呈180°可旋转状。
我们选择小组选择这种擦玻璃机器手的理由是:
1.构造简单，使用方便、安全，可解决擦玻璃的各种情况；2.成本低。
在机器手的清洗端，我们采用市面上最新的去污方法，就是采用非接触式去污技术，采用这种技术的优点是，既无压力，又不加清洗剂，体现了简洁，环保的设计理念。
3中间体
中间体主要是控制系统和无线摄像头。
为了设计成本的考虑，我们小组采用了玩具赛车的控制系统，原理是用遥控板对擦玻璃机器人遥控控制。
所以我们小组用玩具赛车上的STARES598PCI单板开发机和接口芯片设计一个擦玻璃清洗剂控制器，能实现速度可调，并能实现左转右转，转向的同时要有指示灯。
上面我们小组采用无线电控制系统，这样就可以使擦玻璃清洁机和地面人员操作分离了。
为了让擦玻璃清洗机在高楼的外壁玻璃上准确无误的擦玻璃，所以我们小组采用了无线摄像头实时监控技术，是在地面人员可以实时观察擦玻璃清洗机高空作业的情况。
从成本和个方面的考虑，我们采用了普通的摄像头，它不但价格相对较低，而且可以达到操作的要求。
4机器脚
机器脚主要是动力系统，吸盘和履带，则擦玻璃清洗机行走方式是吸盘和履带并用方式
。
动力系统的动力我们采用玩具车上的有刷电机。
有刷电机有成本低和动力的功率足以能让机器在玻璃上自由的移动。
如下是动力系统结构图
有刷电机的结构如下：
它的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。
直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。
有刷直流电机的工作原理图如图。
在有刷直流电机的固定部分有磁铁，这里称作主磁极;固定部分还有电刷。
转动部分有环形铁芯和绕在环形铁芯上的绕组。
图2-1所示的两极有刷直流电机的固定部分（定子）上装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁芯。
定子与转子之间有一气隙。
在电枢铁芯上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。
换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。
换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。
在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。
吸盘的作用使擦玻璃清洗机贴住在高楼的玻璃上不能掉下来。
经过我们小组多天的收集相关的资料，从真空吸附型，紧握吸附型，粘贴吸附型，静电吸附型以及磁力吸附型。
经过各方面因素的考虑，所以我们采用了真空吸附型。
这种吸附型：
它是一种较为轻便，具有易于控制的吸附类型。
主要依靠真空负压原理，使得吸盘吸盘吸附在壁上。
对于这种吸盘的大小和吸力的函数关系。
如下
吸盘直径D（cm）
10
13
16
20
25
32
40
50
吸持面积（cm2）
0.785
1.33
3.01
3.14
4.47
8.04
12.6
14.6
吸盘的垂直提升力（N）（-0.04MPa）
6.83
11.57
17.59
27．32
42.72
69.95
109.6
170.5
这种吸附存在一定的缺陷，就是在不平整的墙面上的吸附能力急剧下降，所以我们设计的机器在适应范围被限制在表面粗糙较小，表面相对平整的壁面上。
在至今为止，采用这种吸附类型的有品贝大学的DEXTER机器人和香船大学的WALLWALKER机器人。
履带的作用使擦玻璃清洗机能在玻璃向前向后移动以及自由的转动。
对于擦玻璃清洗机行走方式这个难题，我们小组进行了讨论之后，从坦克的移动方式得到了启示，大家一致认为用坦克的履带式，因为想增大清洗机与玻璃的摩擦力增大，由摩擦力公式得：
f摩=K*F，有二种方式。
增加接触面积，和用摩擦系数大的物质。
由于坦克的履带是接触面积最大，使之擦玻璃清洗机在高楼玻璃外壁上不容易打滑。
在履带表面加一种特殊的摩擦物质——聚四氟乙稀。
这种物质有较好的摩擦系数。
在
（一）温度性能：
聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料的高温稳定性来自于极强的碳-氟原子键，并且由此确定了聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料成为一种非常有用的抗高温聚合物。
因而聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料在超过几乎所有其它热塑料和合成橡胶的高温极限下仍保持其性质不变。
同时，与其它聚合物相比，在抗纯压力和高温时，聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料的熔融粘度也非常高。
因为聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料具有极高的抗热裂变极限和很高的熔点和自燃点，聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料能耐高温和火焰。
在正常的工作温度范围内，聚四氟乙烯（PTFE）额定温度上限是
260℃，在此情况下，它不热裂变。
在观察260-360℃范围内，重量损失相当小，并且损失是由于在聚合中吸收少量气体和水分。
只有在温度超过400℃情况下，聚四氟乙烯（PTFE）树脂材料的热裂变才变得明显。
（二）化学稳定性，（三）电学性能，（四）安全可靠性。
从这方面的考虑，我们小组决定用这种物质相对较好。
5应用原理
遥控板——擦玻璃清洗机——操作行动
6技术采用
1吸盘和履带技术2无线控制技术3无线摄像头实时监控技术4非接触式去污技术
7结论
我们小组对这个擦玻璃清洗机设计的思路，对于高楼外壁玻璃的清洗工作，我们借用了赛车的STARES598PCI单板开发机和接口芯片设计一个擦玻璃清洗剂控制器，实现了通过地面手持人机交互设备无线控制高空擦玻璃器擦洗玻璃的一些功能，如：
控制终端和主机能进行良好交互，主机可根据指令而做相应工作；控制设备可以根据主机应答对本次操作结果进行提示；主机可沿着玻璃面实现上移、下移运行；主机有一定的跨越障碍物功能，且其上装有无线摄像头为地面操作者提供操作信息；主机具备了一定的擦洗能力。
该系统解决了人工高空清洗玻璃存在的投入大、危险性高、难度高等问题。
不足点是我们小组采用吸盘和履带协同技术，使擦玻璃清洗机在玻璃上的运动速度较慢的问题。
9预期研究成果
从研究的成果上，我们小组主要是从人文观点和经济角度的方面去考虑。
从人文观点看：
由于城市高层建筑成倍的增长，由于高层外壁的玻璃随着时间的延长，外壁玻璃上增加了许多的粉尘和其他污物。
现在清洗工作大多数都是人工清洗，这样使工作人员生命受到极度的危险，所以如果用擦玻璃清洗机就可以代替人做清洗工作。
其次，从经济角度来看：
人工清洗，它不仅投入大，效率低，费工时；如果用机器来清洗，一层楼上用多个机器，这样可以大大的改善工作效率提高，也大大地解放社会生产力，所以有一定的开发前景和经济市场。
10设计任务分配
我们组的成员有严静静白大盖万广旭任慧童李宏刚
任务分配；万广旭和白大盖收集马达，摄像头，机器手和机器脚相关资料，任慧童画机器动力系统的结构图，李宏刚整理相关图片和提出设计思路，严静静整理各方资料。
[参考文献]
《机器人学》蔡自兴
《机器人导论》（美）John.Craig
《机器人工程》John.Angeles
李昌辉自动上料机器人系统研发[D].哈尔滨工业大学2009
（注：
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