機器人導論作業(yè)

1、機器人導論小型壁面清潔機器人的總體設計學院：化工學院班級：高分子151姓名：郝昊昇學號：1512681. 機器人研究背景 對于我們來說機器人并不陌生，因為有好多關于機器人的電影、動畫片、漫畫、小說等知名度很高，使得現在社會中不管是小孩就連不識字的老人都知道有那么一種神奇的東西，它能在人們無法適應的惡劣的環(huán)境下干活，他能做很多人們做不了的事，甚至有人發(fā)出這種言論：機器人將取代人類。那么機器人到底是什么呢？ 在大多數人的眼里機器人就是一種長得像人的一種機器，但是其實不然，機器人并不是一定是人的模樣，它是一種智能化的機器，有的很小，有的卻是龐然大物，只有一小部分長得像人，做的像人只是拉近我們與它們的

2、距離，更具有親切感，使機器人更具有人性化，就跟人們害怕看到他們同類的骨架卻不怕一個活生生的人的道理是一樣的。 隨著科學技術的飛速發(fā)展和社會的不斷進步，機器人技術作為人類最偉大的發(fā)明之一，自問世以來，已取得長足的進步。但對機器人的定義仍然是仁者見仁，智者見智，沒有一個統一的意見。主要是機器人不斷地向前發(fā)展，新的機型及新的功能不斷涌現，并且機器人也涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。我記得機器人一詞最早誕生于科幻小說之中，人們對機器人充滿了許多幻想，也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。對我來說機器人的出現是社會和經濟快速發(fā)展的必然結果，是為了提高社會的生產水平和

3、人類的生活質量，讓機器人替人們干那些人干不了、干不好的工作。在現實生活中有些工作會對人體造成傷害，比如噴漆、重物搬運等；有些工作要求質量很高，人難以長時間勝任，比如汽車焊接、精密裝配等；有些工作人無法身臨其境，比如火山探險、深海探密、空間探索等；有些工作不適合人去干，比如一些惡劣的環(huán)境、一些枯燥單調的重復性勞作等，這些都是機器人大顯身手的地方。服務機器人還可以為您治病保健、保潔保安；水下機器人可以幫助打撈沉船、鋪設電纜；工程機器人可以上山入地、開洞筑路；農業(yè)機器人可以耕耘播種、施肥除蟲；軍用機器人可以沖鋒陷陣、排雷排彈通過在機器人導論課程的學習我對機器人有了更加深刻的了解和認識。我設計的是小型

4、壁面清潔機器人，下面我來介紹一下它。清洗爬壁機器人的使用將大大改善工人的勞動環(huán)境，提高勞動生產率，具有一定的社會、經濟意義和廣闊的應用前景。而目前用于這方面的設備上沒有得到很好的解決，尤其在載體方式方面，世界上有很多國家都要開展了這方面的研究工作。本項目開展了新型載體方式的清洗爬壁機器人的研究，本課題的研制成功，將會實現清洗作業(yè)的自動化，給清洗業(yè)帶來一次新的革命，也為爬壁機器人載體方式提供了一種新的方式。2. 研究現狀傳統的壁面清潔機器人，吸附方式多為負壓吸附、真空吸附和磁吸附。磁吸附方式，其適用范圍窄，一般不能實現無纜化。而真空吸附和負壓吸附，如果吸附表面有一定的障礙或不平整，其吸附效果會大

5、大降低。壁面清潔機器人的研究開始向更廣泛的多學科交叉發(fā)展。其涉及更多的學科領域，包括建筑學、機械學、電子學、吸附技術、控制技術等。隨著應用領域不斷擴大，要求輕量化、小型化和清潔高效化。因此，家用或準家用擦窗機器人越來越受到重視，并呈現出很好的發(fā)展前景。高層建筑清洗業(yè)也會得到蓬勃發(fā)展。建筑物的清洗自動化和現代化成為發(fā)展的必然，機器人技術在此領域的應用逐步會得到體現。高性能、高可靠的機器人產會隨著自動化技術、傳感器技術和無線遙控技術的迅速發(fā)展逐步應用于各種場合，不久的將來，人類將從繁重的體力勞動和高危險性作業(yè)中解脫出來。 清洗高層建筑瓷磚壁面或玻璃幕墻的壁面清洗爬壁機器人最近研制成功。該機器人吸附

6、方式為負壓吸附，移動方式為輪式，移動速度為 1 8米 /分。該機器人采用有線遙控，計算機控制。具有以下特點： 1、實現了控制器的小型化，可直接安放于機器人本體上，減小了體積； 2、采用電力線載波通訊進行遙控，減少了控制電纜數量，提高了機器人的爬高能力； 3、采用噴霧、刷洗與多層橡膠板刷洗工序的綜合清洗機構，對清洗玻璃幕墻十分有效。該機器人采用負壓吸附、雙輪驅動、氣墊密封結構、有線遙控與專用清洗機構，滿足了可靠吸附，靈活移動和高效清洗的要求，設計是成功的，并在解決密封，遙控和清洗等關鍵技術上有所創(chuàng)新。3. 發(fā)展趨勢 清洗高層建筑瓷磚壁面或玻璃幕墻的壁面清洗爬壁機器人最近研制成功。該機器人吸附方式

7、為負壓吸附，移動方式為輪式，移動速度為 1 8米 /分。該機器人采用有線遙控，計算機控制。具有以下特點： 1、實現了控制器的小型化，可直接安放于機器人本體上，減小了體積； 2、采用電力線載波通訊進行遙控，減少了控制電纜數量，提高了機器人的爬高能力； 3、采用噴霧、刷洗與多層橡膠板刷洗工序的綜合清洗機構，對清洗玻璃幕墻十分有效。該機器人采用負壓吸附、雙輪驅動、氣墊密封結構、有線遙控與專用清洗機構，滿足了可靠吸附，靈活移動和高效清洗的要求，設計是成功的，并在解決密封，遙控和清洗等關鍵技術上有所創(chuàng)新。仿生化及節(jié)能化機器人作為一種高科技產品，其靈感一開始應該來自于生物學，如果機器人向仿生化發(fā)展，未來機

8、器人會越來越先進，現在的機器人大多是用步進機，而步進機是由電動機改而來，（即步進機是電動機的升級版）當然步進機會擁有電動機的特點，電動機的弱點是效率不高（盡管與內燃機比起來高多了）但是二十一世紀是一個能源的世紀，現在的全球變暖便是大自然給我們敲響的警鐘，使用電能的機器的確是不會排放污染物，但是全球大部分的電是煤電，其實用電就是燒煤，所以必須是機器人的用電效率得到提高，我想像有這么一種材料，其形狀就像一段橡膠，當此“橡膠”通上正向電流時其收縮，當其通上方向電流時它伸長，當電流越大其收縮（伸長）的力度就越大，就像是人的肌肉，我想這種材料（雖然這種材料世界上還沒有，就算有那也只有可能是人或其他動物的

9、肌肉，當是將電能轉化為分子間的作用力的效率應該很高）的電能轉化率就是電能轉化為磁能的效率，試想一下，在兩種能量轉化效率差不多的前提下，一種能量是直接轉化為另外一種能量時它的效率應該比兩次轉化的效率高。當然，我不是學材料學的，有些基礎的化學知識我還是懂得，真的希望我的想法能夠在不久的將來實現。我是想將生物物理學中的“肌肉帶動骨骼運動”的效果應用到機器人上來，從而使機器人程序員的工作量大大的減少，而且設計其機械結構將降低難度，這樣機器人也會想人類一樣可以兩只腳走路（當然在主板上一定要有3D陀螺儀，使得處理器能識別機器的重心，從而使機器人不至于倒下），以及做一些人類能做的動作，這樣的話將會有機器人田

10、徑運動會的誕生。機器人可以成為一個完美的運動員，可以與人一起參加比賽，甚至成為MVP、足球先生等。到那時機器人會成為中國的驕傲。智能化智能化及可以通過自我學習來掌握多項技術，當然這必須在機器人的三原則的基礎上，同時要擁有可判斷性思維，使得其不會被用作犯罪工具，當然機器人是分辨不出氣味，食物的味道，除非用一種高級的傳感器，傳感器的發(fā)明之路很困難，希望在不久的將來能夠出現，現在只有使用光譜分析儀來分辨空氣中的成分，根據不同成分的性質來分析氣味，同樣通過離子或官能團分析食物的味道，其實這只是沒辦法的辦法，有點小題大作的感覺。人性化未來的機器人將越來越像人，可能會有機器人演員、歌星、替身等。我相信：在

11、將來機器人會廣泛地應用于各個領域，特別是科技方面，為人類和社會的發(fā)展會帶來更大地進步。4. 設計構思和指標小型壁面清潔機器人的總體設計方案：1. 功能要求（1）可以牢固地吸附于壁面上；（2）可以在有一定曲率半徑或有一定障礙的壁面行走；（3）可以靈活的前進、后退和轉向；（4）可以達到高效率清潔的目的。 2. 基本參數如下（1）工作壁面：玻璃壁面和墻面；（2）載體方式：正、負壓吸附原理相結合；（3）移動方式：四輪驅動；（4）移動速度：10m/min，可調速；（5）控制方式：遙控；（6）越障能力：可跨越15mm以下的障礙。3. 具體實現方案本項目從整體上來說，分為五部分（1）吸附部分（2）推進部分（

12、3）清潔部分 （4）控制部分（5）保護部分5.三維方案6.機器人的運動學分析（1）吸附部分吸附技術是本項目的關鍵技術。此處采用正壓吸附原理和負壓吸附原理相結合的吸附方式。正壓吸附，即通過在機體外表面安裝螺旋槳，通過槳葉異型曲面產生的空氣動力與槳扭角向后推空氣產生的反作用力共同作用，產生指向壁面的正壓力，通過螺旋槳傳遞到電機，進而傳遞車體，使車輪與壁面產生摩擦力來克服重力，以達到吸附的目的。而且正壓吸附能降低機器人對作業(yè)表面屬性的依賴程度。圖1 螺旋槳正壓吸附原理示意圖 負壓吸附，即內部安裝有離心風葉，高速旋轉，將內腔中空氣沿徑向導出，使腔內外形成一定壓差，在外表面上產生指向壁面的負壓力，同樣也

13、使車輪與壁面產生摩擦力來克服重力，達到吸附目的。負壓吸附技術是利用真空原理進行吸附的，采用離心式風機作為真空發(fā)生源，真空度通常在2kpa15kpa之間，因此稱為負壓吸附。（2）推進部分這里采用四輪驅動。機器人本體左、右側單獨驅動，四輪皆可產生有用的摩擦力來克服重力。當兩側速度相同時，可實現直線前進與后退。當兩側速度不同時，可實現轉彎。前后車輪裝配圖如圖所示。其中車輪表面要求齒狀掛膠處理，以增加其表面與壁面的摩擦力。（3）清潔部分機器人本體內部配有干擦和濕擦雙清潔結構。干刷旋轉時，將壁面的灰塵掃起，同時離心風葉又起到抽氣吸塵的作用，將灰塵吸起通過過濾網將其過濾收集。濕擦為有水清洗，濕刷和海綿材料

14、制作，帶水擦洗，污水沿壁面流下，流經吸水輥子將水收集，并與擠水輥子相擠，將污水擠出，回收到污水收集箱。當壁面只需要掃灰而不需要帶水清洗時，可將濕刷停轉，將吸水輥子沿槽抬起，在結構上設計有卡槽，將吸水輥子移動到卡槽內，并用彈簧卡住固定，此時只進行干擦洗。（4）控制部分本機器人采用遙控控制。操作人員可在地面進行操作。根據實際壁面的情況來調節(jié)螺旋槳和風葉動力電機的轉速，進而提高吸附力，以適應不同壁面要求；也可以遙控調節(jié)其左右側推進電機的轉速來實現前進、后退和轉向；調節(jié)濕刷和噴水的頻率，來適應不同壁面的清洗。（5）安全保護部分在垂直壁面上吸附作業(yè)時，為避免其滑落，需要有保險裝置對這種意外情況實施保險，

15、可在樓頂或屋頂提供保險繩作為安全保險措施。7.結論（一）創(chuàng)新點本設計采用正負壓結合的吸附方式。螺旋槳通過槳葉異型曲面產生的空氣動力與槳葉扭角向后推空氣產生的反作用力共同作用，產生指向壁面的正壓力；內部離心風葉，高速旋轉，將內腔中空氣沿徑向導出，使腔內外形成一定壓差，在外表面上產生指向壁面的負壓力。同時，其也起到吸塵的作用，攜帶灰塵的空氣經過濾網后可將灰塵過濾。螺旋槳和離心風葉共同旋轉，正、負壓吸附有機結合，共同作用于機器人本體，產生足夠大的摩擦力來克服自身重力，使機器人吸附在壁面上。這種方式吸附力強，壁面適應性好，越障容易，以能夠彌補單一吸附所帶來的不足，達到良好吸附效果。（二）特色1. 清掃

16、方式，采用滾刷清潔，效率及清洗效果較其他類清洗方式更好。2. 本設計采用四輪推進方式,其控制及運動靈活,操作方式,宜于操作。3. 本設計配備干擦和濕擦兩種功能，適應面廣。并設計有吸水刷抬起機構，人性化設計，只需用手抬起，即可單獨執(zhí)行吸灰功能。4. 本設計采用遙控方式控制其前進、后退和轉彎，操作靈活，人機交互性好；而且可遙控控制螺旋槳及離心風葉的轉速，進而靈活地調節(jié)其吸附力，以適應不同的場合。5. 本設計綜合運用機械、電控等領域的技術，具備機、電相結合的特點，符合現代機械行業(yè)發(fā)展趨勢。本項目在繼承傳統吸附方式的同時，引入正壓吸附，這不僅豐富了壁面機器人的吸附技術，彌補吸附方式的不足，同時也對吸附技術朝更深層次領域發(fā)展起到了推進作用，為正壓吸附領域的