高空擦玻璃机器人

高空擦玻璃机器人

燕山大学机械工程学院

创新与特长教育（一级项目）

中期检查报告

项目名称：高空擦玻璃机器人负责人：张建雷联系电话：所在年级：2013级班级名称：锻压2班指导教师：李纬民课题性质、来源：□导师指定√学生自选项目起止时间：2016-6~2017-6

机械工程学院教务科制

2016年10月

一、项目情况

1．研究项目的进展情况（含阶段目标完成情况和阶段性成果）根据开题报告中研究进度和时间的安排，截止到本次的中期报告，我们的项目已经进行到对设计方案进行选择和改进的阶段，目前，已经完成了方案的总体结构设计和主要结构的布局设计以及它们的功能性分析，实现了部分的预期功能。经小组讨论决定，我们将擦玻璃机器人设计成五种系统来完成相应的清洗工作。这五大系统分别是运动系统，清洗系统，吸附系统，安全系统，防撞系统。本装置注重五大系统之间的相互协调配合，合力完成最终的清洗工作。关于整个装置的工作循环分析，我们首先把装置放到玻璃上，由楼上吊下绳索系在装置上，克服它的重力，接着由吸附系统将机器人吸附到玻璃上，然后机器人便在运动系统的驱使下向上进行直线运动，当机器人将要碰到窗口框架时，由传感器感应到障碍物并将信息传送给机器人，控制机器人完成调头转向，避开窗户框架，继续向下进行运动清洗。这样便构成了装置的一个工作运动循环。接下来是我们初步对防撞系统的设计，擦玻璃机器人在工作过程中难免遇到各种障碍物，如果不及时躲避障碍物，将影响擦玻璃机器人正常工作。因此在擦玻璃机器人内部安装三个超声波测距传感器，用来检测擦玻璃机器人行进路线上是否有障碍物。超声波是一种一定频率范围的声波。它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同媒质的界面处，会产生反射现象。利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。避障功能的实现正是利用了这一超声波测距的原理。图为超声波测距原理超声波传感器接收到反射信号，检测出前方有障碍物时，向控制器发出信号，控制器控制扫地机器人转向，躲避障碍物，根据信号的幅值大小，也可以初步确定障碍物的大小。选用超声波测距传感器，实现非接触式测量，避免与障碍物发生碰撞。为了保证机器人能够在玻璃上完成正常的清洗工作，光需要钢丝绳索的牵拉是不行的，因此还需要设置吸附系统，保证机器人能够平稳的贴在玻璃上，不与其发生分离。对于吸附系统的设计，我们提出了几种不同的方案，这些方案将在下面进行具体的分析说明。该机器人的运动系统是我们整个装置的一个主导系统，它控制着机器人的直线行走，定时转向等动作。我们对这个系统的要求是保证它能在机器人接收到障碍物信号时控制其完成调头动作，针对这个问题，我们也设计了几种不同的方案，并对其进行了分析比较并确定出了最终的方案。

2．本项目建设存在的问题分析、改进措施目前，本项目建设中存在的问题主要涉及两个方面，一个是关于装置吸附如何克服装置重力的问题，还有一个是装置在行进过程中如何达到调头转向的目的。针对这两个问题，我们分别提出了不同的设计方案，并详细分析了每种方案的优缺点，并从中确定最佳方案。首先是关于吸附问题的分析，我们预选了真空吸附、推力吸附、磁吸附三种方案。其中［1］真空吸附法是通过真空发生装置，使吸盘内腔产生负压，机器人利用吸盘内外的压力差吸附在玻璃上。真空吸附法不受材质限制且应用范围广，但真空装置相对较重平衡比较困难。［2］推力吸附借鉴了航空技术，使用螺旋桨或利用涡流产生合适的推力，使机器人平稳可靠地吸附在玻璃上，并在玻璃上移动。这种吸附方式具有玻璃面适应性好，越障碍物容易等优点，但控制系统复杂。［3］磁吸附利用磁性材料对导磁材料的吸引功能进行吸附。该吸附方式结构简单，吸附力大，对玻璃平整度要求低，不存在真空吸附法漏气问题，有其突出的优点。根据上述三种吸附方式的优缺点以及经济性、实用性和安全性综合考虑，我们小组经过激烈地讨论最终决定利用磁吸附解决吸附问题。对于运动系统的设计，我们提出了以下两种设计方案。第一种是在机器人底盘部位放一个可以原地旋转的转轮，当机器人到达指定位置时，通过传感器传输到的信号会使转轮进行旋转，带动机器人完成调头动作。第二种方案我们打算在绳索起始位置出放一个横向导轨，可以控制绳索的左右移动，从而可以间接带动机器人的横向运动，当机器人到达指定位置时，由导轨控制绳索横向移动一小段距离，再直接改变机器人的行进方向，从而达到调头的目的。3.最终确定的总体方案经过小组的讨论与分析，我们定下了最终的设计方案。我们决定采用传感器感应装置来作为防撞系统，采用磁力吸附装置作为吸附系统，采用悬挂钢丝绳索的方式来保证擦玻璃机器人的安全性，采用清洗刷完成清洗工作。采用移动导轨的方法来完成机器人的调头工作。4.下阶段的建设计划、预期成果和保证措施等经过了一些时间的努力我们的项目已经有了一些初步的确定，接下来我们打算继续努力向老师请教一些不懂的问题和查阅一些相关参考文献，把我们的项目进一步完善。我们要把各个系统逐一进行分析，把存在的问题一一解决，并针对有代表性的问题进行探讨研究，学习和练习一些合适的作图和分析软件，对重点电路和机构等进行详细的设计并作图分析和局部动态分析。项目负责人签名：年月日

二、指导教师意见

指导教师对该项目研究进展情况的意见：指导教师签字：年月日

三、专家组意见

评审专家阶段检查评价意见：（请给出按期完成、限期整改或终止的结论）专家组成员签名：年月日

四、学院意见

院（系）负责人签名：年月日