真空吸盘式爬壁清洗机器人

1. 真空吸盘式爬壁清洗机器人 指导教师：张世伟 作者：姬国钊 王奇斌 王卓 东北大学

2. 设计背景 • 目前，高层建筑外墙面的清洗均采用人工作业方式，用绳索或吊蓝将工人悬吊在高空墙外进行清洗工作，或用液压升降台升至数米高度，工人乘在升降台上进行清洗工作。这些人工作业方式费工费力，工人直接在高空作业，有欠安全；后者工人利用升降台操作，只能在一定高度范围内清洗，有一定的局限性。

3. 国内外发展现状 1989年，日本东京工业大学的宏油茂男研究开发了吸盘式磁吸附爬壁机器人。 我国的哈尔滨工业大学已经成功研制出单吸盘真空吸附车轮行走式爬壁机器人和永磁铁吸附履带爬壁机器人。 上海交通大学也研制成功了测量大罐容积的磁吸附爬壁机器人。

4. 设计思想与工作原理 滚轮式 磁吸附 多足式 吸附方式 爬壁机器人 移动方式 真空吸附 履带式

5. 总体结构设计-机器人组成

6. 总体结构设计-实物照片

7. 总体结构设计-装配图

8. 链条全约束的设计 链条全约束机构，在两个坐标方向上约束链条的位置，将吸盘的约束力传递给车体，保证车体能够在侧悬、垂挂等空间任意方位上实现静停和运动。

9. 气体分配器的设计 它是爬壁机器人的大脑，能控制吸盘的有序吸排气和机器人的转弯。它由真空室和气体分配盘组成，真空室只在下四分之一圆周开口与分配盘连通，而分配盘利用同步齿形带随吸盘同步转动，使得贴墙吸盘与吸气口相连，而离墙吸盘通大气。

10. 吸附机构的设计 • 采用橡胶吸盘、球头连杆等组合件为吸附机构，底部为橡胶皮碗，上附铝板增加强度，球头连杆与铝板为球铰链连接。球头连杆上端小横板用弹簧顶住铝板，时刻纠正、压紧铝板。这样的吸盘可以吸附在有一定弧度的平面上。

11. 转弯运动的实现 这两个吸盘放气 电磁离合器与电磁阀联动。一方面，内侧离合器离开，外侧离合器闭合，利用速度上的差异转弯；另一方面，内侧电磁阀使内侧气体分配器两端的吸气口关闭，内侧只留一个中心吸盘吸附，吸盘的球铰链连接杆作为转弯的中心轴，成功解决了多吸盘履带式爬壁机器人的转弯难题。 外侧链条正常前行， 吸盘正常吸放气 此吸盘保持吸附 链条不动

12. 清洗机构的设计 • 清洗机构由单相电机直联驱动，带动滚刷在壁面上擦洗。 • 若执行其他功能，在接口位置附带相应的功能机构即可。

13. 主要创新点 • 1. 利用同步带和气体分配器的纯机械组合装置，使真空吸盘有序地吸气与排气，保证了吸盘与墙壁的牢固吸附和顺利脱离。 • 2. 成功解决了多吸盘履带式爬壁机器人的转弯难题，利用电磁阀使转弯时内侧只有一个吸盘吸附，吸盘的球铰链连接杆作为转弯的中心轴。 • 3. 采用蜗轮蜗杆和全约束机构，实现了运动自锁和车体在空间任意方位的静停。 • 4. 所有运动和吸排气的控制，都是通过简单可靠的纯机械装置实现，无需复杂的控制系统。

14. 谢谢！