目 录
1 绪 论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 爬壁机器人国内外的研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 3
1.3 玻璃清洗机器人的发展趋势 4
1.4 课题主要研究内容 4
1.5 本章小结 5
2.玻璃清洗爬壁机器人的总体方案设计 6
2.1 玻璃清洗爬壁机器人的设计目标和要求 6
2.2 玻璃清洗爬壁机器人的运动方式 6
2.3 玻璃清洗爬壁机器人的驱动方式 7
2.4 控制系统的设计方案 7
2.4.1 单片机系统 7
2.4.2 电机及运动模块 8
2.4.3 驱动模块 9
2.4.4 电源模块 10
2.4.5 吸附模块 10
2.4.6 蓝牙模块 11
2.5 玻璃清洗机器人的总体结构 11
2.6 本章小结 12
3.玻璃清洗爬壁机器人的稳定性分析 13
3.1 玻璃爬壁爬壁机器人静态受力分析 13
3.1.1 负压式吸附方案静态受力分析 13
3.1.2 吸盘式吸附方案静态受力分析 14
3.1.3 硅胶式吸附方案静态受力分析 16
3.2 电机输出扭矩计算 17
3.3 本章小结 18
4.关键技术问题及解决方案 19
4.1 吸附可靠性问题 19
4.2 机器人整体结构设计问题 19
4.3 机器人橡胶履带与玻璃的摩擦力不足问题 20
4.4 本章小结 21
5.玻璃清洗爬壁机器人的软件控制设计 22
5.1 流程图和主要功能代码 22
5.2 遥控端设置方式 24
5.3 本章小结 24
6.调试与运行 25
6.1 静态极限载重试验 25
6.2 动态极限载重试验 25
6.3 本章小结 26
结论和展
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望 27
参考文献 28
致 谢 30
附 录 31
单片机程序的设计 31
1 绪 论
课题研究背景及意义
随着现在国家建设往高楼层发展的趋势，高楼层外壁的定时维护清洗问题也愈发严峻。目前在高空环境和极限环境中作业主要是以人工为主，这种人工作业的方式不仅仅存在效率底下、成本高昂等问题，同时对作业人员还存在极大的安全隐患。
随着国家的建设发展不断推进，高楼层的建筑物愈发增多，考虑到建筑物的美观和实用问题，越来越多的建筑采用了玻璃幕墙结构。玻璃幕墙是一种新的建筑墙体装饰方法，它同时具备了透光、恒温两大重要指标，是当代高层建筑物的一种显著特征。但是玻璃幕墙建筑设计同样影响了自然生态：2013年据全球鸟类保护志愿者组织FLAP（Fatal Light Awareness Program）统计结果，仅在多伦多一地，每年有一百万甚至到九百万的候鸟死于这些透明的玻璃幕墙。这也使得玻璃外墙的清洗问题愈发显著，需开发出更多的自动化玻璃清洗机器人来取代人工清洗玻璃，进而减少高空作业的危险性和意外性。
玻璃清洗爬壁机器人的设计研究将替代在高空危险环境下作业的人工情况，大大降低高危作业的风险；在提高工作效率的同时也可产生一定的社会和经济效益。这种效益大部分体现在工业中各类基础设施、设备的维护和检测工作，建筑物表面的清洁、喷涂、维护工作，高空救援、救险时的信息、物资传递工作等。采用机器人会大幅降低人工成本，因此爬壁机器人在军用和民用设施都有着非常重要的作用，自然会吸引到各行各领域开发人员的关注，具有十分深远的影响。
爬壁机器人国内外的研究现状
1.2.1 国内研究现状
1986年3月,面对高科技产业的蓬勃发展，国际形势愈加严峻，我国党中央，国务院启动了“高科技研究发展计划”，也就是俗称的“863计划”。有了这一政策支持的情况下，我国对于机器人的发展速度有了明显进步。1988年我国哈尔滨工业大学的机器人研究所成功研制出了利用真空吸附和磁吸附两种吸附形式的总计五种型号的壁面移动机器人。该系列的机器人采用遥控装置进行机器人的运动，工作等作业方式的控制，实现了对大型工业罐体的缝隙检测。
此外，哈尔滨工业大学还设计出了一款仿尺蠖微小型机器人（ 如图11 ），该机器人总共有四部分组成，分别为：电机、固定杆、转动组件和吸盘装置组成。在每个足部，也就是吸盘装置都有真空泵，真空阀和吸盘组成，这样就能确保能在光滑的壁面进行吸附。该款机器人的总体尺寸不大，重量轻，能够完成一些复杂工作，但缺点也相对于使得控制系统比较复杂。
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图11 仿尺蠖微小型机器人
2001年，北京航天航空大学针对目前的玻璃幕墙清洁问题研制了一款名为“蓝天洁宝”的清洁机器人（ 如图12 ）。该机器人采用旋翼吸附方法，也就是用高速风扇旋转所产生的离心吸附力使机器人能够吸附于墙体，再结合楼顶相连接的安全悬挂系统，使机器人能够进行上下的移动。使用盘刷和刮条的组合方式进行清洗，在清洗玻璃幕墙领域有着很高的实用价值。

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