玻璃幕墙清洗机器人爬壁运动控制系统设计.pdf

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1、玻璃幕墙清洗机器人爬壁运动控制系统设计刘永平，张世一，蔺卡宾(兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050)DesignofControlSystemforHigh——riseBuildingsGlass——wallCleaningRobotLIUYongping，ZHANGShiyi，LINKabin(SchoolofMechanicalandElectronicalEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China)摘要：针对高层建筑玻璃幕墙清洗问题，开发0引言了

2、一种双层结构玻璃幕墙清洗机器人，对机械人本体结构及爬壁运动控制系统进行设计，以FPGA芯玻璃幕墙是现代高层建筑的主要装饰方法之一片为核心，对控制系统各部分硬件进行设计选型，，但其清洗问题一直是困扰人们的一大难题，利并编写上位机控制软件。采用模糊PID算法对步用机器人清洗已经成为发展的必然趋势。进电机实现闭环控制，利用Matlab软件对步进电机设计了一种玻璃幕墙清洗机器人[】]。机械本体进行了仿真分析。仿真结果表明，机器人运行状态采用双层交替运动的结构，可完成前进、后退、转弯稳定，具有较高的实用性。动作。根据玻璃表面平整光滑的特点，采用真空吸

3、关键词：机械结构；硬件设计；模糊PID；仿真分附方式作为机器人在玻璃墙面的附着手段，利用步析；软件编程进电机作为机器人的驱动装置。控制系统选用FP-中图分类号：TP242GA作为控制核心，构建带有模糊PID算法的闭环文献标识码：A控制系统，利用LabVIEw软件编写上位控制程序，文章编号：1001—2257(2015)09—0072—04实现对机械本体运动的实时控制。Abstract：Tosolvetheproblemofglasswall1机器人机械结构设计cleaningforhigh—risebuildings，thisresearc

4、hde—velopedakindofglasscurtainwallcleaningrobot1．1机械本体结构withadoublelayerstructure，anddesignedthero—高楼玻璃幕墙清洗机器人机械结构如图1所botstructureandwallclimbingmotioncontrolsys-示，在机器人作业过程中，通过吸盘组交替吸附墙tem．Thevarioushardwarecomponentsofthecon—面，实现上、下两层协调动作。当下层吸住时，上层trolsystemaredesignedwith

5、FPGAchipatthe向前移动，移动完成之后，上层吸住，下层脱离墙面core，andthehostcontrolsoftwareiswrittenatthesametime．FuzzyPIDalgorithmisusedtoa—chieveclosed—loopcontrolofthesteppermotor，andthemotorisanalyzedwithMatlab．Simulationresultsindicatesthattherobot’Srunningstatusisstableandhashighpracticabili

6、ty．Keywords：mechanicalstructure；hardwarede—sign；fuzzyPID；simulationanalysis；softwarepro—gramming收稿日期：2015一O4一l7图1玻璃幕墙机器人机械结构·72·《机械与电子)2015(9)玻璃幕墙清洗机器人爬壁运动控制系统设计向前移动，这样循环往复实现机械本体的直线运前进、转弯和上下层切换的功能，其中上、下层前进动。需要转弯时，上层吸盘吸住，下层相对上层旋及转弯电机配光电编码器。2个电磁阀负责完成上转，随后下层吸住，上层旋转。通过前进、转弯2种下

7、2层气路的切换。运动的配合实现全方位移动。核心控制板需要具有模拟信号采集处理、任意1．2各部分组成及功能频率TTL输出、数字IO和总线通讯等功能。FP—机械结构主要由吸附系统、移动系统、上下层GA芯片集成内嵌乘法器[5]和运算电路，是作为核切换系统和旋转系统4部分组成。吸附机构由真空心处理元件的最佳选择。故根据设计需求搭建控吸盘、真空泵和电磁阀组成。通过真空泵抽气，使制电路，FPGA控制板整体结构如图3所示。吸盘产生负压，机械本体吸附于玻璃幕墙表面。移动系统主要由上下层支架、移动导轨和步进电机等嘲构成，移动时通过电机旋转带动机器人前、后运动

8、。Q∞m嘲上下层切换机构主要由移动滑块、齿条导轨和步进HA悃画巫电机等构成，通过电机正反转实现上、下层切换。面丽一———rL1旋转机构主要由旋转中心柱、旋转齿盘导轨、齿轮图3FP