高层建筑外墙清扫机器人控制系统的设计.pdf

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1、机器人现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１５年第３期倡高层建筑外墙清扫机器人控制系统的设计１２２２张利霞，杨志成，张景胜，耿瑞芳（１北京联合大学北京市信息服务工程重点实验室，北京１００１０１；２北京联合大学生物化学工程学院，北京１０００２３）摘要：设计了一种可以为高层建筑外墙清扫的机器人，其主体结构包括机械机构和控制器系统。并针对高层建筑外墙清扫作业需求，设计了基于电磁吸盘原理机器人的爬墙行走机构。采用ＪＮ５１３９低功耗无线微控制器作为无线通信收发器，解决了遥控杆与单片机控制器之间的通信问题。采用单

2、片机控制技术，实现了机器人四肢的协调控制，减轻了操作人员的控制难度。遵循设计方案，搭建了物理样机，通过实例验证了高层建筑外墙清扫机器人控制系统的可行性。关键词：高层建筑外墙；爬墙机器人；电磁吸盘；单片机控制器；无线通信收发器中图分类号：ＴＰ４７；ＴＨ２１２文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１５）０３—００３９—０５Controlsystemdesignoftheexternalwallsofhigh-risebuildingcleaningrobot１２２２ＺｈａｎｇＬｉｘｉａ，ＹａｎｇＺｈｉｃｈｅｎｇ，ＺｈａｎｇＪｉｎｇｓｈｅｎ

3、ｇ，ＧｅｎｇＲｕｉｆａｎｇ（１ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｅｒｖｉｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１０１，Ｃｈｉｎａ；２ＢｉｏｃｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ａｒｏｂｏｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｃｌｅａｎｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｗａｌｌｏｆｈｉｇｈ-ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅｍａｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｍｐｒｉｓ

4、ｅｓａｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄａｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｃｌｅａｎｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈ-ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ’ｓｅｘｔｅｒｎａｌｗａｌｌ，ｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｎｔｈｅｗａｌｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｃｋｉｎｇｄｉｓｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ＵｓｉｎｇＪＮ５１３９ａｓｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｐｅｒａｔ

5、ｉｎｇｒｏｄａｎｄｔｈｅＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ（ＭＣＵ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｓｏｌｖｅｄ．Ａｄｏｐｔｉｎｇｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｒｏｂｏｔｌｉｍｂｓｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｏｐｅｒａｔｏｒｓｉｓｒｅｄｕｃｅｄ．Ｆｏｌｌｏｗｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅ，ｓｅｔｕｐｔｈｅｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｌｅａｎｉｎｇｒｏｂｏｔｃｏｎｔｒｏ

6、ｌｓｙｓｔｅｍ．Keywords：ｔｈｅｅｎｔｅｒｎａｌｗａｌｌｓｏｆｈｉｇｈ-ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｗａｌｌｃｌｉｍｂｉｎｇｒｏｂｏｔ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓｕｃｋｅｒ；ＭＣＵ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ作慢，且不能跨越阴阳墙角。履带磁吸式机器人用于０引言金属结构外墙，靠履带式磁铁行走，这种机器人的缺随着我国城市化的高速发展，雾霾空气对高层建点是：结构庞大，耗电多。真空泵吸盘式机器人是仿筑外观的影响不容忽视，它不仅影响了居民的正常生生机器人，依靠足部吸盘接触墙面，工作原理类似负［１］活，而且

7、严重影响了城市形象，因此，对高层建筑外气压式机器人，缺点是：活动范围较小，不能离真空泵［６-９］墙清扫显得愈加重要。常规的高层建筑外墙的清扫太远。针对以上爬墙机器人的不足，笔者设计了办法是采用人工吊篮的方式手工处理，这种处理方式一种电磁吸盘式高层建筑外墙清扫机器人（简称机器［２］的缺点是工人工作环境危险，劳动量大。随着爬墙人），它不需要负压电动机获取吸附力，靠四足行走，机器人技术的发展，科研人员对爬墙机构的吸附原理与墙面之间的摩擦力大大降低，能够适应多种材质的进行了研究，将其分为：负气压式、履带磁吸式和真空外墙清扫，其主体结构包括机械机构和控制

8、器系统。［４-５］泵吸盘式。负气压式机器人腹部大部分接触墙１高层建筑外墙清扫机器人的机械结构设计面，依靠负压电动机将腹部空气抽走形成负气压，机器人被压