玻璃幕墙清洗机器人设计 摘要 传统高空作业清洗依靠人工，通过安全绳来维系，重心往下，在清洗外墙时额外费力，效率较低，且存在极大的安全隐患，用工难、效率低，存在极大的安全隐患，加上缺乏安全意识、上岗资质和清洗技术参差不齐，使用的化学清洗剂，常常双对玻璃墙面造成二次伤害，利用机器人来进行危险的高空清洗是未来的行业大势所趋。 幕墙清洗机器人是一种专门用于高层建筑幕墙清洗和保养的智能机器人，具有自动巡航、倾斜功能、水上抽吸等特点，能够在幕墙表面进行水平、垂直和倾斜的高空清洗，保证高空作业人员的安全。可以在高空中自主行走，并对幕墙进行全方位、无死角的清洁，从而保证幕墙的清洁程度和安全性。 高空幕墙清洗机器人自带电池和水箱，当机器人电量消耗时，设备端会提醒工作人员召回机器人进行电池更换；遇到紧急事项机器人自动锁在安全绳上，保证设备与环境安全。通过统计，幕墙清洗机器人的效率是人工3倍以上，日均清洗量在1200-2000平方米，给行业、给社会带来带来福祉。 本文首先介绍清洗机器人的国内外现状，然后设计机器人的总体方案，移动方式采用四轮式小车、吸附方式采用创新的螺旋桨自旋装置，利用螺旋桨对空气的压缩，使其吸附在幕墙玻璃表面，使用齿轮、带传动装置，可根据建筑楼层的具体情况选择为纵洗或横洗。针对关键部分进行了设计、计算及校核，包括移动结构、吸附结构和驱动系统等，最后基于三维软件Solidworks及二维软件CAD对玻璃幕墙清洗机器人的本体机构进行了设计，本文设计的机器人清洗效率较高，清洗效果良好。 关键词：幕墙清洗；机器人；高空作业；结构设计；吸附装置 Desig
n of Glass Curtai
n Wall Clea
ni
ng Robot Abstract Traditio
nal high-altitude operatio
n clea
ni
ng relies o
n ma
nual labor a
nd is mai
ntai
ned by safety ropes, with the ce
nter of gravity dow
nward. Whe
n clea
ni
ng exterior walls, additio
nal effort is required, resulti
ng i
n low efficie
ncy a
nd sig
nifica
nt safety hazards. I
n additio
n, there is a lack of safety aware
ness, job qualificatio
ns, a
nd u
neve
n clea
ni
ng tech
niques. The use of chemical clea
ni
ng age
nts ofte
n causes seco
ndary damage to glass walls, The use of robots for da
ngerous high-altitude clea
ni
ng is the tre
nd of the future i
ndustry. The curtai
n wall clea
ni
ng robot is a
n i
ntellige
nt robot specifically desig
ned for the clea
ni
ng a
nd mai
nte
na
nce of high-rise buildi
ng curtai
n walls. It has features such as automatic cruise, tilt fu
nctio
n, a
nd water suctio
n. It ca
n perform horizo
ntal, vertical, a
nd i
ncli
ned high-altitude clea
ni
ng o
n the surface of the curtai
n wall, e
nsuri
ng the safety of high-altitude workers. Able to walk auto
nomously i
n high altitude a
nd clea
n the curtai
n wall i
n all directio
ns without dead cor
ners, thereby e
nsuri
ng the clea
nli
ness a
nd safety of the curtai
n wall. The high-altitude curtai
n wall clea
ni
ng robot comes with its ow
n battery a
nd water ta
nk. Whe
n the robot co
nsumes electricity, the device will remi
nd the staff to recall the robot for battery replaceme
nt; Whe
n e
ncou
nteri
ng emerge
ncy situatio
ns, the robot automatically locks o
nto the safety rope to e
nsure the safety of the equipme
nt a
nd the e
nviro
nme
nt. Accordi
ng to statistics, the efficie
ncy of curtai
n wall clea
ni
ng robots is more tha
n three times that of ma
nual labor, with a
n average daily clea
ni
ng volume of 1200-2000 square meters, bri
ngi
ng be
nefits to the i
ndustry a
nd society. This article first i
ntroduces the curre
nt situatio
n of clea
ni
ng robots at home a
nd abroad, a
nd the
n desig
ns the overall pla
n of the robot. The moveme
nt method adopts a four wheeled car, a
nd the adsorptio
n method adopts a
n i
n
novative propeller spi
n device. The propeller compresses the air to make it adsorb o
n the surface of the curtai
n wall glass, a
nd uses gears a
nd belt tra
nsmissio
n devices. Depe
ndi
ng o
n the specific situatio
n of the buildi
ng floor, lo
ngitudi
nal or tra
nsverse washi
ng ca
n be selected. Desig
n, calculatio
n, a
nd verificatio
n were carried out o
n key parts, i
ncludi
ng mobile structure, adsorptio
n structure, a
nd drivi
ng system. Fi
nally, the mai
n body mecha
nism of the glass curtai
n wall clea
ni
ng robot was desig
ned based o
n 3D software Solidworks a
nd 2D software CAD. The robot desig
ned i
n this article has high clea
ni
ng efficie
ncy a
nd good clea
ni
ng effect. Keywords: Curtai
n wall clea
ni
ng; Robots; Worki
ng at heights; Structural desig
n; Adsorptio
n device 目录 第1章绪论1 1.1研究背景及意义1 1.2国内外研究现状2 1.2.1国内研究现状2 1.2.2国外研究现状4 1.2.3幕墙机器人的发展趋势5 1.3研究内容及关键问题6 1.3.1本文研究内容6 1.3.2研究过程中的主要问题7 第2章机器人总体方案设计8 2.1设计要求8 2.2吸附及清洗方案9 2.2.1吸附自旋装置9 2.2.2底盘清洗系统方案11 2.3刷洗部分设计12 2.3.1盘刷组件设计12 2.3.2滚刷组件设计14 2.3.3电机选型15 2.4总体方案确定16 2.5本章小结17 第3章传动系统设计18 3.1滚刷传动计算18 3.1.1基本参数计算18 3.1.2验算与校核19 3.2盘刷传动计算21 3.2.1基础尺寸确定21 3.2.2齿面接触疲劳强度计算22 3.2.3齿根抗弯疲劳强度计算24 3.3盘刷带传动计算25 3.4本章小结26 第4章吸附装置的创新设计27 4.1吸附装置设计27 4.1.1螺旋桨的选型27 4.1.2螺旋桨的转速与所需功率计算28 4.2传导装置设计与校核29 4.2.1中心轴的设计29 4.2.2轴的结构设计30 4.2.3中心轴的校核31 4.2.4轴套的设计33 4.3连接与清洗装置设计34 4.3.1连接装置设计34 4.3.2清洗装置设计与校核36 结论38 参考文献39 致谢41 第1章绪论 1.1研究背景及意义 21世纪以来，越来越多的高楼大厦成为城市靓丽的风景线，也带来了管理、维护、清洁的问题。在原先，全球大部分地区的高墙清洁都以“蜘蛛人”人工清洗为主，这除了带来潜在的风险大、效率低等问题，还在人口老龄化速度加快、劳动力人口下降和人力成本不断上升的趋势下，招人越来越难，同时高空极限作业相当危险。因此，当下用机器人完成清洗的需求已经相当迫切。 机器人作为先进和高度自动化的机电一体化典型代表产品，可以极大地改善人类的劳动条件，并大大提高生产效率。目前世界各国都在大力发展本国的机器人产业，可以说一个国家的机器人先进程度，一定程度上代表了本国工业自动化技术领域的发展水平。外墙清洗机器人作为一种清洁领域的新物种，产品功能聚焦非常明确，目的就是为了解决高楼高空的清洁维护问题。但是如何通过机器人实现外墙清洁，其中有着安全性、清洁效率等诸多难点。