文档介绍：全气动擦窗机器人的实现全气动擦窗机器人的研究摘要: 介绍了一种崭新的全气动高层建筑擦窗机器人系统, 提出了一种面向工程应用的分段比例控制方法, 应用于气动脉宽调制高速开关阀控气缸位置伺服系统, 使得机器人运动性能得到了明显改善, 有实际应用价值。关键词:全气动;擦窗机器人;分段比例控制;气动脉宽调制一、引言随着城市建设的发展, 越来越多的高层建筑出现在大都市中。高层建筑物玻璃幕墙的清洗是一项繁重而危险的工作。人工清洗方式不仅费用高、效率低, 而且十分危险。随着机器人技术的发展, 出现了各种各样的特种机器人,这为解决高层建筑玻璃幕墙的清晰问题提供了一个新的思路。由于擦窗机器人在高空中进行工作, 驱动与重量效率比是一个很重要的技术指标,因此本机器人采用了具有很大输出重量比的气动驱动方式。气动技术是当今工业自动化领域的一个重要分支, 其成本低廉、工作效率高、清洁无污染, 已经在越来越多的领域中得到广泛的应用。但是由于气体介质的可压缩性, 使得系统整体的刚度较低, 并在控制中呈现严重的非线性,这些特点都使得对气动伺服系统的控制难以收到十分满意的效果。另外, 气动系统精确数学模型建立比较困难, 所有以上因素都使得对于此类系统应用传统经典控制方法不可行, 这一点在实际应用过程中已经得到了证明。近年来, 随着微电子及制造技术的不断进步, 高速开关阀由于具有与计算机接口方便、体积小、重量轻、成本低、使用寿命长等优点, 逐渐成为实现气动伺服的主要控制元件项目“玻璃幕墙擦洗机器人系统开发与实用化”为应用背景, 主要研究和讨论了一种新型的全气动机器人的实现, 以及机器人的主要结构元件 x、Y 两个无杆气缸的位置伺服问题, 提出了分段比例气动脉宽调制控制的方法。二、全气动擦窗机器人的构成擦窗机器人系统的组成包括 3 部分——机器人本体、地面支援系统和楼顶安全随动保障系统。在擦洗作业中 3 部分相互配合, 协同工作,如图 l 所示。图1 擦窗机器人系统的组成机器人本体是整个系统的核心部分,其他两个部分是作业的辅助系统。机器人本体采用全气动框架式结构, 如图 2 所示。横纵 x、Y 两个无杆气缸既作为驱动元件, 同时又是机器人本体的结构框架, 两个气缸的交替运动, 可以实现机器人沿 x、y 两个方向的自主移动功能。这种运动与结构的一体化设计,有利于减轻机器人本体重量。横向 x 气缸 4 的两端各有一个刷子,在 x 气缸带动下沿左右往复运动完成擦洗工作。四组 16 个吸盘作为吸附装置,采用特殊的儿何布置方案,大大增加了机器人在玻璃壁面上吸附的可靠性。另外由于采用了该布置方案, 使得机器人可以任意踩踏玻璃幕墙上的胶条, 这样进一步提高了机器人的行进速度和总的擦洗效率。z 升降气缸 8 控制真空吸盘 3 和刷子 l 的上下运动。腰关节 7 的主要作用是进行机器人的姿态调整, 从而完成作业过程中的纠偏操作。机器人本体部分需要具有的功能有:沿 x、l ,方向行走、吸盘真空的建立与解除、自动或手动擦洗、自动识别环境并避障、完成自身的位姿调整功能、故障诊断及其处理等。机器人采用全气动的设计方案, x、Y、z 气缸的组合运动实现机器人在作业空间内的主要运动功能。本系统中应用气动技术主要为了满足以下要求: 1) 保证结构最轻量化设计的同时,具有足够大的驱动力; 2) 实现 x、y 方向运动的快速