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1、专题论述·机械研究与应用·真空吸盘式爬壁清洗机器人的研究与开发＊姬国钊,张世伟,王奇斌,李俊秀,王卓(东北大学,辽宁沈阳110004)摘要:研制了一种能够爬行在幕墙玻璃上并完成清洗工作的爬壁机器人。机器人采用双侧多吸盘履带式行走机构,在任意时刻至少有6只吸盘处于吸附工作状态。控制系统打破了传统爬壁机器人对大量使用传感器的依赖,巧妙改装并使用带传动控制吸盘的吸排气;一台直流电动机通过蜗轮蜗杆减速机和双侧离合器,带动两侧链轮转动,驱动机器人爬行。真空泵作为吸附动力源;电磁阀与电磁离合器的联动使内侧吸附吸盘个数变化,并提供速度差,实现了转弯功能。文中对防止机器人在壁面发生滑脱和倾翻两种状态
2、进行了力学分析。且其清洗机构依靠滚刷滚动摩擦擦洗玻璃。样机具有控制系统简单、运行可靠、成本低廉的特点。关键词:机器人;壁面清洗;真空吸盘中图分类号:TP242.3文献标识码:A文章编号:1006-4414(2009)04-0005-04Researchanddevelopmentofawal-climbingrobotwithvacuumsuckersforglasscleaningJiGuo-zhao,ZhangShi-wei,WangQi-bin,LiJun-xiu,WangZhuo(Northeasternuniversity,ShenyangLiaoning110004,Ch
3、ina)Abstract:Inthispaper,awal-climbingrobotthatcanbothclimbonglasscurtainwallandwashitisdesigned.Ithasbilat-eralmulti-suckerofcaterpilarchainasrunninggear,andatleast6suckersarepumpedanytime.Controlsystembreaksdownthetraditionthatthecontrolofsuckersdependonmultitudinoustransducer,insteadittakess
4、ynchronizationbeltbyalit-tlechangetoachievecontrol.ADCmotordrivestherobotthroughworm-gear、clutchandchaingear.Avacuumpumpcre-atesnegativepressure.Workingtogetherwithelectromagneticvalvetochangethenumberofpumpedsuckers,theelectromag-neticclutchcanproducesspeeddifferencebetweentwosides,andthen,mak
5、etherobotturnacorner.Theforceanalysisinordertoverifywhethertherobotwouldslideorturnoverisshowed.anditscleanmachinewashesthewalbyfriction.Thesamplerobotiseasytocontrol,dependabletorunandcheapincost.Keywords:robot;wallcleaning;vacuumsucker近年来,我国城市面貌发生了翻天覆地的变化,高层建筑拔地而起,不仅节约了土地资源,也使城市面貌焕然一新,成为城市现代化
6、水平的重要标志之一。但也带来了如高空擦洗玻璃、高空消防急救、高空建筑施工等难题[1]。以高层建筑外墙面的清洗为例,目前多采用吊篮悬吊或用液压升降台升降的人工作业方式,但其劳动强度大、效率低、安全隐患多。以此为背景,研究人员设计提出了多种解决壁面清洗机器人的方案[2～11]。但仍存在着一定的局限性。如磁力吸盘爬壁机器人只能用于导磁金属壁面上,而对普通玻璃墙壁无法适用[12];许多大型悬挂式清洗机器人要求有楼顶悬挂机构;履带式机器人转弯困难等,为应用带来困难。本文专门介绍作者开发研制的一款真空吸盘式独立行走爬壁机器人,它无需楼梯悬挂机构,打破了传统吸盘爬壁机器人每个吸盘都安装传感器的麻烦
7、,巧妙地运用了机械传动机构实现吸排气的控制,并能够转弯。1机器人结构1.1总体结构该爬壁机器人利用双侧多吸盘履带式行走机构吸附在墙壁上并自由爬行,通过外挂的清洗机构清洗玻璃。该爬壁机器人外形类似微型坦克,形体约为400mm×500mm×100mm的长方体。它由固定在机架上的吸附系统和传动系统、悬挂在机架后端的清洗机构、安置在地面的真空泵和控制系统等部分组成。其结构如图1所示。工作原理如图2所示。1.2吸附系统在爬壁机器人与墙体间直接产生吸附力的装置是固定
