设计描述：

文档包括:
说明书一份,44页,20000字左右.
任务书一份
开题报告一份

CAD版本图纸，共13张:

题目名称
高楼清洗机机电系统设计
一、设计目的、意义
设计目的：
目前，我国大多数高层建筑清洗工作还是由人力完成，工人的工作环境恶劣，且有一定的危险性，工作效率低。本课题的目的是完成一台可以自动对高楼外墙进行清洗，净化的机电装备，包括机械系统设计和电气控制系统设计。
设计意义：
随着社会进步，经济与科技的发展，城市规模越来越大，建筑越来越高，以至摩天大厦比比皆是。靓丽的新大楼，不用多久，外表便成为灰暗一片，严重影响了城市的面貌。为了保持良好的城市形象，城市高层建筑的清洗工作已经成为大都市所必须面对的工作。因此设计一种清洗效率高，清洗效果好的自动化高楼清洗机具有比较重要的现实意义。

二、设计内容、技术要求（研究方法）
1. 设计内容：
1) 机电系统总体方案设计；
2) 传动系统设计、总体结构设计；
3) 机械系统标准件及外购件选型、零部件结构设计、设计计算与校核等。
4) 电气控制系统方案设计，外购件选型，系统软硬件设计。
2. 技术要求：
1) 清洗速度：0.2m2/s；
2) 工作对象：各种高层建筑
三、设计完成后应提交的成果
1. 需提交一份不低于1.5万字的毕业设计说明书；
2. 需提交折合当量不少于3张A0的二维工程图纸，其中至少有一张A0的总装配图。

四、设计进度安排
2月27日~3月16日：查找和阅读参考资料，熟悉课题，撰写完成开题报告。
3月17日~4月10日：机电系统总体技术方案设计与优化。
4月11日~4月30日：机械系统详细设计。
5月1日~5月20日：控制系统详细设计。
5月21日~5月31日：导师审核图纸和说明书。
6月1日~6月15日：修改图纸和设计说明书，准备答辩。

五、主要参考资料
[1] 闻邦椿. 机械设计手册(第5版)[M]. 北京：机械工业出版社. 2010.
[2] 杨老记,李俊武. 简明机械制图手册[M]. 北京：机械工业出版社. 2008.
[3] 段正澄. 光机电一体化技术手册（上）[M]. 北京：机械工业出版社. 2010.
[4] 于今, 刘雪飞. 一种新型爬壁机器人研究[J]. 液压与气动, 2010, (10).
[5] 吴成东, 赵博宇, 陈莉. 一种基于DSP的爬壁机器人控制系统设计[J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版), 2011, (2).
[6] 黄之峰, 王鹏飞, 李满天等. 基于柔性静电吸附技术的爬壁机器人研究[J]. 机械设计与制造. 2011, (6).
[7] 刘明芹, 戴永雄, 黄文攀等. 小型吸附式爬壁机器人机械结构及平衡性[J]. 机械设计与制造. 2011, (5).

摘　　要

近年来，随着社会的发展，楼层越来越高，使用玻璃幕墙的楼房也越来越多，避免清洗时一个很重要的问题，传统的方式多数为人工，或者是采用电缆从楼顶将机器人吊下，工作效率偏低，危险性高，于是清洗用爬壁机器人应运而生，本文的任务就是设计一种能够在壁面上吸附行走的清洗机器人。
本文在简单介绍清洗机器人的国内外研究现状的基础上，基于二维软件CAD对四轮式风压吸附清洗机器人的本体机构进行了设计，对一些关键部分进行了设计计算及校核计算，重点是爬壁机器人的移动结构、吸附结构和驱动系统的设计计算。
本文设计的清洗机器人采用四轮式小车形状结构，结构简单；采用风压吸附方式，利用螺旋桨对空气的压缩所产生的压力将机器人压在物体表面，避免了清晰机器人对壁面的局限，降低了控制难度；清洗机主要由伺服悬吊系统、清洗主机和由计算机控制系统组成；采用无人化清洗，自动清洗，自动供水，自动供清洗液，单片机系统控制，操作人员只需通过键盘即可操纵清洗机工作，而且在清洗过程中，清洗机能够自动进行边缘识别，可根据建筑楼层的具体情况选择为纵洗或横洗；采用后轮驱动，一个电机驱动两个后轮，后轮带动前轮完成机器人的行走，使用直齿圆柱齿轮传动装置作为减速器；采用楼顶供电；机器人可以在水平面或者垂直表面直线行走。本机的清洗效率较高，清洗效果良好。

关键词：清洗机器人；减速器设计；风压吸附；单片机控制；齿轮机构；电机控制；刷洗；
Ⅰ
 

ABSTRACT

In recent years, with the development of society, more and more floors, with glass curtain wall building more and more to avoid cleaning a very important issue, most of the traditional way of artificial, or a cable from the top of the building will be used under the robotic crane, low efficiency, high-risk, then cleaned with a wall-climbing robot came into being, this task is to design a walk on the adsorption to the wall climbing robot for cleaning.
This paper briefly wall-climbing robot based on the research status, based on 2D software, CAD, four-wheel vacuum on wall-climbing robot body bodies were designed, carried out on some key satisfied with the design calculation and checking terms, focusing on the mobile climbing robot structure, adsorption structure and drive system design and calculation.
This designed wall-climbing robot car with four-wheel-type shape of the structure, simple structure;By pressure adsorption,robot using the pressure generated by the propeller on the compressed air pressure in the surface,avoiding the clear limitations of the robot on the wall,reducing the difficulty of control;Washing machine is suspended by a servo system, cleaning host and consists of computer control system;The cleaning of the unmanned, automatic cleaning, automatic water supply for automatic washing liquid, single chip control system, operating only through the keyboard to manipulate the work of the washing machine in the cleaning process, the washing machine to automatic edge recognition, according tothe building floor wash for vertical or horizontal wash;Rear-wheel drive, a motor to drive the two rear wheels, rear wheel drive the front wheels to complete the robot to walk, use of the spur gear transmission device as reducer;Roof supply; robot walk a straight line can be horizontal or vertical surface. The higher the cleaning efficiency of the machine a good cleaning effect.

Key words: Cleaning Robot；Reducer Design；Pressure Adsorption Mode；MCU Control；Gear mechanism；Motor control；Scrub；
  

目 录

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 绪论………………………………………………………………………………1
　　1.1 课题研究的目的和意义…………………………………………………………1
　　1.2 课题研究现状及分析……………………………………………………………1
　　 1.2.1 国外壁面清洗机器人研究现状……………………………………………1
　　 1.2.2 国内壁面清洗机器人研究现状……………………………………………2
　　1.3 高层建筑外墙清洗机发展趋势…………………………………………………4
1.4 课题的研究设想…………………………………………………………………4
第2章 清洗机器人总体方案设计…………………………………………………5
2.1 对楼顶楼面的实际考察…………………………………………………………5
   2.1.1楼面结构考察……………………………………………………………5
2.1.2 楼顶的实际考察……………………………………………………………5
2.2 清洗机器人的总体方案…………………………………………………………6
2.3 清洗机器人清洗系统方案………………………………………………………7
2.4 清洗机器人爬壁系统方案………………………………………………………8
2.5 清洗机器人控制系统方案………………………………………………………8
2.5.1设计的基本原则……………………………………………………………8
2.5.2可供选择的设计方案………………………………………………………8
2.5.3方案的分析…………………………………………………………………8
2.6 其它部分方案……………………………………………………………………9
2.6.1材料选择……………………………………………………………………9
2.6.2 轮的润滑问题………………………………………………………………9
2.6.3 轴承的润滑问题……………………………………………………………9
2.7 本章小结…………………………………………………………………………9
第3章 清洗机器人清洗系统设计…………………………………………………10
3.1 清洗机器刷洗部分设计…………………………………………………………10
3.1.1 盘刷设计……………………………………………………………………10
3.1.2 滚刷设计……………………………………………………………………11
3.1.3刷洗部分所用弹簧的设计…………………………………………………11
3.2 内空心轴设计……………………………………………………………………12
3.3 清洗机主机滚轮的设计计算……………………………………………………13
3.4 主机上传感器及行程开关的选择………………………………………………13
3.5复合缆的结构设计………………………………………………………………14
3.6 本章小结…………………………………………………………………………14
第4章 清洗机器人风压系统设计…………………………………………………15
4.1 采用风压的意义…………………………………………………………………15
4.2 基本原理…………………………………………………………………………15
4.3 气动计算的原始数据与技术要求………………………………………………15
4.4 风压部分力学计算………………………………………………………………16
4.5 本章小结…………………………………………………………………………16
第5章 清洗机器人主要零件设计…………………………………………………18
5.1 直齿轮副的设计计算……………………………………………………………18
5.1.1 齿轮的设计计算及强度校核………………………………………………18
5.1.2 齿面接触疲劳强度计算…………………………………………………20
5.1.3 齿根抗弯疲劳强度验算……………………………………………………21
5.1.4 齿面静强度计算……………………………………………………………22
5.1.5 齿根（抗弯）静强度验算…………………………………………………23
5.2 锥齿轮副的设计计算……………………………………………………………24
5.2.1 基础尺寸确定……………………………………………………………24
5.2.2 确定载荷系数K…………………………………………………………25
5.2.3 齿面接触疲劳强度计算…………………………………………………25
5.2.4 齿根抗弯疲劳强度计算…………………………………………………26
5.3 本章小结…………………………………………………………………………26
第6章 清洗机器人控制系统设计…………………………………………………28
6.1 控制部分的基本组成……………………………………………………………28
6.2 控制部分工作原理………………………………………………………………29
6.3 驱动部分工作原理………………………………………………………………30
6.4 控制软件的实现…………………………………………………………………30
6.4.1 主机+POD组合……………………………………………………………30
6.4.2 双平台………………………………………………………………………31
6.5 软件的结构………………………………………………………………………31
6.5.1 软件的主体结构……………………………………………………………31
6.5.2 软件功能模块的划分………………………………………………………31
6.6 控制系统软件程序的实现………………………………………………………32
6.6.1 伺服悬吊系统部分………………………………………………………32
6.6.2 清洗机主机部分…………………………………………………………32
6.7 本章小结…………………………………………………………………………33
结论………………………………………………………………………………………34
参考文献 ………………………………………………………………………………35
致谢………………………………………………………………………………………37
附录………………………………………………………………………………………38