文档介绍：墙壁清理机器人:角落清理的移动装置的方案
, 著
黄昌显译
摘要:本次研究的目的是为了开发一种用于清洗一个大玻璃窗(如清洗一个展览窗)的机器人。为了使此机器人能用于现实当中,需要以下几个要求:
能够清洗窗户的角落,因为污垢经常残留在那里。
能够连续地清扫玻璃窗,防止条纹图案留在玻璃窗上。
该机械装置的关键是围绕其他部分移动部件的旋转和连续的运动能达到上述的要求。前者使得机器人在窗户的角落可以改变方向,以保持其位置和角度的适中。后者对于预防在窗户玻璃上留下条纹图案是必须的。我们设计通过两个轮子的运动达到连续的运动以及通过利用吸盘吸附在玻璃窗上。
机器人原型的尺寸大约是300毫米×300毫米×100毫米,没有电池的时候重量约为两公斤。这个原型在垂直光滑的窗户玻璃上的基本实验结果是,, ,。
这篇文章的第一章提到了研究的背景和此次研究的目标,以及介绍墙上清理机器人的概念。第二章讨论了附着和运行的机械装置。第三章在实验的基础上论述了其基本特性。最后,在第四章当中讨论了未来的工程与难题。
关键词:移动机械机构, 机器人
1 前言
最近,我们对于建筑物外部表面的自动清洗有许多要求。一些特制的窗口清洗机已经被安装应用于建筑物保养领域的实际当中。然而,从一开始它们几乎都是安装在建筑物当中,而且他们需要非常昂贵的费用。因此,在建筑维修领域当中,要求体积小、重量轻、便携式窗口清洁机器人也正在发展。
清洁公司对窗户清洁机器人需求的现场调查研究结果表明,为了使窗户清洁机器人用于实际当中,需要满足以下几点:
为了便于携带,它的尺寸应当小,重量应当轻。
能够清洁窗户的角落,因为那里往往遗留污垢。
能连续地清扫玻璃窗,防止条纹图案留在玻璃窗上。
该移动装置的选择必须满足这些要求,尤其是后两项。这个移动装置是由粘吸机构、移动机构和方向改变机构组合而成。
各种各样运动机制的爬墙机器人的研究已经被报道。然而他们不完全符合以上三点。例如,
通过用脚行走的爬壁机器人不能实现连续行走,而且它的转弯能力低。
我们专注于应用于单一窗口的清洁机器人。为了能再任何窗口上使用,跨越窗框或者窗口链接处显然是必要的,但是正如一个展览窗户的单窗玻璃上也可作为一种重要的应用。
根据上述考虑,我们采用两个轮子的运动和一个粘附的吸盘机构,本文主要论述了这个机构和功能尤其,在清洗角落窗口的功能。
首先要求按以下说明来设计窗户保洁机器人。
—体重:5公斤,包括电池和洗涤水,
—大小:300毫米×300毫米×100毫米。
这些也是按保洁公司调查结果的要求定义的。
本文提出的体积小、重量轻、便携式窗户清洁机器人的名字叫墙壁清理器, 正如前面提到的,它被设计来满足市场的需求。
该文章提议这个尺寸小,重量轻,便于携带的,为了满足上述市场要求而设计窗口清洁机器人取名叫WallWalker。WallWalker附着在玻璃窗上,在大玻璃窗上一边运动一边清洗。
本文章论述了清洁器运动机械装置的效果。第二章讨论了机器人的运动装置,并插图说明了样机测试所提出的移动机理。第三章在试验的基础上论述了其基本的性能。
图1. 墙上一个小型窗口清洁机器人
2 移动装置
各种不同的运动装置的窗户清洁机器人的研究成果曾被报告过。然而他们不满足我们基于以上市场需求而规定技术条件。例如,通过用脚行走的爬壁机器人不能实现连续行走,而且它的转弯能力低。爬壁机器人爬行机制允许连续运动,但其旋转能力和其行走能力一样低,甚至低于行走能力。爬行机制的窗户清洁机器人已经被
Shraft等人发展成熟(尺寸:440×400×180毫米,重量:,最高速度2厘米/秒)。它为了改变行驶方向,必须要自行的爬行和旋转。该机制需要强劲的吸附力量去支持整个系统的在垂直面同时抬起移动装置,这也需要很长时间来完成这个改变方向的过程。
行走和爬行机制都需要复杂的结构,因此很难减轻重量和缩小尺寸。
根据这些考虑,我们采用两个轮子的运动和一个粘附的吸盘机构。图二显示WallWalker的概念结构,其中包括两个驱动轮、一个吸盘放入机器人的中心,一个空气调节器、一个小真空泵、
图2. 小型窗口的清洁机器人概观
一些电子电路和打扫设备。本章的内容涉及具体的结构测试的原型设计和机制。
运行机构
Wallwalker通过两轮与打孔表面吸盘在窗玻璃上移动。该机械装置最重要的是吸盘的摩擦系数和轮胎能紧紧贴在玻璃表面,例如轮胎和窗口表面之间的高摩擦力能传递力矩。吸盘和窗户表面之间的低摩擦力,它实现整机保持在窗子上移动机器人。我们选了聚四氟乙烯作为吸盘的表