陸偉 繆卓佑

0.設(shè)計(jì)背景

目前隨著科技的發(fā)展，各種機(jī)器人已經(jīng)層出不窮。針對(duì)各應(yīng)用特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)爬壁機(jī)器人時(shí)應(yīng)該根據(jù)爬壁機(jī)器人將要適用的環(huán)境條件選擇合適的吸附和運(yùn)動(dòng)方式，近年來(lái)爬壁機(jī)器人在各方面領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，傳統(tǒng)的壁面機(jī)器人在壁面適應(yīng)性、功耗、噪音等方面已經(jīng)無(wú)法滿足新形勢(shì)下的應(yīng)用要求，因而迫切需要一款新型的攀爬機(jī)器人。

攀爬機(jī)器人的吸附方式有許多種，不同的吸附方式存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，各自適應(yīng)于不同的應(yīng)用環(huán)境。如磁吸附方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，吸附力大，不受壁面粗糙度的影響，但是只能應(yīng)用到導(dǎo)磁材料的壁面;負(fù)壓吸附不受壁面材質(zhì)限制，但是卻對(duì)壁面粗糙度要求較高，壁面凹凸不平很容易使壁面吸附失效，吸附力也相對(duì)較弱，運(yùn)動(dòng)噪音大，等等。

1.設(shè)計(jì)方案

吸附機(jī)構(gòu)在抽氣的時(shí)候，氣體順著下面的小板往風(fēng)扇上走，讓下面的小板跟風(fēng)扇的距離調(diào)到一個(gè)合理的位置，讓那個(gè)位置時(shí)候氣體抽進(jìn)來(lái)的流速是最大的，那氣體進(jìn)來(lái)的時(shí)候會(huì)壓在小板上，這樣就多了一個(gè)壓力，我們可以在再小板上做上鏤空的花紋減少面積，這樣負(fù)壓吸附的時(shí)候作用面是這個(gè)小板底面，繼續(xù)增大壓力。上圖是第一次設(shè)計(jì)時(shí)所采用的葉輪。

下圖為最終設(shè)計(jì)采用的葉輪以及電機(jī)。

下圖為上述提到的增大壓力的小板地面，并做了鏤空減小面積。

起到吸附作用的電機(jī)的選擇以及計(jì)算過(guò)程如下：

2吸附設(shè)計(jì)

當(dāng)爬壁機(jī)器人工作于豎直墻壁上時(shí)， 對(duì)機(jī)器人進(jìn)行豎直平面內(nèi)任意姿態(tài)的安全受力分析。 為了簡(jiǎn)化分析， 只需對(duì)吸附力要求最高的直線向 上運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的爬壁機(jī)器人受力狀態(tài)進(jìn)行分析。 當(dāng)爬壁機(jī)器人在豎直平面上以與豎直呈 θ 角 姿態(tài)直線向 上運(yùn)動(dòng)時(shí)， 其受力如圖 1 所示。

根據(jù)達(dá)朗貝 爾虛功原理及受力平衡關(guān)系， 豎直壁面任意姿態(tài)機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)的受力方程為：

3各部件設(shè)計(jì)

考慮到馬達(dá)跟葉輪占有的體積大小，本次決定把地盤(pán)設(shè)計(jì)成13cm×13cm

下面為初次設(shè)定時(shí)底盤(pán)的樣式。

下圖為底盤(pán)最終設(shè)定的樣式。

下圖為車輪組初次設(shè)計(jì)時(shí)采用的樣式。

下圖為車輪組最終采用的樣式

打掃翼

打掃翼由三部分組成 。一個(gè)本體的框架結(jié)構(gòu)，一個(gè)替換開(kāi)關(guān)，一個(gè)可替換的海綿塊。

設(shè)計(jì)樣式如下。

通過(guò)上述替換開(kāi)關(guān)的旋轉(zhuǎn)，可以輕松的拆分打掃翼并替換損耗的海綿塊，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)類似于列車上作為背后的可收納式桌子。

在地盤(pán)上兩側(cè)安裝有磁鐵，在收納狀態(tài)時(shí)牢牢固定住打掃翼。

水箱

作為打掃時(shí)清潔液體的來(lái)源，水箱被安置在底盤(pán)的前部，內(nèi)部有齒輪連桿機(jī)構(gòu)，可推動(dòng)前面的活塞做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而不停地將液體擠出出水口。

在水箱的內(nèi)部也有與車輪組一樣的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)齒輪組的運(yùn)動(dòng)，旁邊有電路板控制。

出水裝置在活塞將水?dāng)D壓出來(lái)后，推動(dòng)內(nèi)部的彈簧。平時(shí)伸展的彈簧受擠壓收縮，不再堵住出水口，使得水流能夠流出。

在地盤(pán)上還裝有控制用的電路板和電池（內(nèi)部）。

4.總結(jié)與感想

本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可靠，可進(jìn)行多種功能應(yīng)用，對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了一定的借鑒。

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