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1、42液压与气动2009年第10期水射流抽气式清洗机器人112313刘季霖,童章谦,付婧媛,林显克,邹俊,顾大强WaterFluidicCleaning-robot112313LIUJi-lin,TONGZhang-qian,FUJing-yuan,LINXian-ke,ZOUJun,GUDa-qiang(1.浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027;2.浙江大学建筑系,浙江杭州310027;3.浙江大学机械系,浙江杭州310027)摘要:该文介绍了一种水射流抽气式清洗机器人,该机器人以清洗用水作为唯一的动力
2、源,利用水射流所产生的负压特性实现机器人在清洗壁面上的吸附,利用水压驱动的活塞附以连杆机构实现机器人的直行、转弯等爬行动作,并利用水浸式超声波去污原理实现壁面的清洗。所研制的机器人具有质量轻、可靠性高、供能方式简单等优点。初步的现场试验证实了水射流抽气式清洗的实用性和可靠性,该机器人已获得2008年全国第三届大学生机械创新设计大赛一等奖。关键词:机器人;清洗;射流;超声波中图分类号:TH137;TH138文献标识码:B文章编号:1000-4858(2009)10-0042-041前言玻璃面的作用力,而该力所产生的反作用力与清
3、洗机对大量林立的高楼进行定期外墙清洗非常有必器人吸盘吸附在玻璃面的吸附力相反,从而抵消了一要。目前,这项富有挑战性的任务主要由清洗工人部分吸附力,增加了机器人在玻璃面吸附的不可靠性。(俗称“蜘蛛人”)搭乘吊缆进行高空作业来完成。显另外,用擦布直接磨擦玻璃的清洗方式,也容易擦伤高然,这样的工作具有相当的危险性,“蜘蛛人”坠亡的档玻璃的表面保护层。事件时有发生。此外,人工擦洗的方式效率较低,往往针对这些问题,我们设计了一种水射流抽气式清擦洗一幢高楼需要数天甚至数十天。如果由机器人代洗机器人,其具有以下特点:①以水流作为唯一外部替
4、“蜘蛛人”完成高楼外墙的清洗,将把人从恶劣甚至动力源,实现清洗机器人的抽气、驱动、清洗3大功能;危险的劳动环境中解脱出来,并使工作效率得以大大②使用一个以水流作为驱动力的活塞缸,附以轻便的提高,具有很好的社会、经济效益。为此,国内外多家连杆机构,便实现了机器人在光滑壁面上的直行、转弯研究机构竞相开展高楼外墙清洗机器人的研究工作。和静止等动作;③采用水浸式超声波对壁面进行非接目前已有几种真空吸附清洗机器人能够实现自动触式清洗。以上特点使得该机器人尤为适用于城市中爬行、供水和擦洗的功能,但它们几乎都存在3个共同高楼外墙的清洗。[
5、1～7]的问题:①水、电、气分路控制:供水清洗、爬行驱2水射流抽气式清洗机器人方案动和真空吸附3个系统相互独立,需要水泵供给清洗2.1整机介绍用水,气泵产生吸附所需的真空,气缸或电机驱动机器水射流抽气式清洗机器人整体结构如图1所示,人爬行,致使机器人整体机构复杂,增加了清洗机器人图1中实线箭头表示水流方向,水流从进水口流入,在的附属设施和制造成本;②使用多个活塞缸或电机驱水射流抽气元件进水口处把水流分成两股:一股通入动真空吸盘移动,实现爬行装置在光滑壁面上的直行、到水射流抽气元件用于产生负压,为真空吸盘抽气,抽转弯和静止,整
6、体机构复杂、笨重,而过重的质量不利气过程中气体流向如虚箭头所示,真空吸盘中的空气于机器人在光滑壁面上的吸附,复杂的机构也增加了爬行装置制造成本,降低了整个装置的可靠性;③接收稿日期:2009-04-03触式清洗:用擦布、滚刷组成的复杂机械结构直接磨擦作者简介:刘季霖(1986—),男,浙江舟山人,硕士,主要从事玻璃进行清洗,这种方式必须对擦布施加一个垂直于流量检测、机器人研究等方面的工作。2009年第10期液压与气动43转弯运动:在转弯过程中,A、C这2个吸盘固定,B、D2个吸盘松开,连杆1向左平移,推动连杆3向右摆,从而实
7、现机构向左转弯。向右转弯则采用反向操作。机构力学分析及结构参数选取方法如下:(1)受力分析:由图2所示的机构,根据力矩平衡可得:1F(L1+L2)=Gh,h=LACcos(1)2其中F———活塞杆推力L1、L2———吸盘A、C中心到连杆1之间的距离图1整体结构图G———整机重量h———重力作用线到吸盘A中心的距离(近似流经电磁阀进入到水射流抽气元件的抽气口,当电磁认为整个机构在运动过程中重力作用阀开启,气路接通,真空吸盘抽气吸附;当电磁阀关闭,线始终竖直通过连杆2的中点)气路切断,真空吸盘放气松开。另一股水流通入到水LAC—
8、——连杆2的长度压驱动机构,水压驱动机构与真空吸盘相连接,水压驱———连杆2运动时与水平线所成的夹角动机构的动作与真空吸盘的吸、放动作相结合,实现清为了在保证强度的前提下使机构质量尽量轻,采洗机器人在清洗壁面上行走。通入到水射流抽气元件用铝作为机构的材料,整个机构质量为700g,故而G用于
