陸偉 繆卓佑
0.設(shè)計背景
目前隨著科技的發(fā)展,各種機器人已經(jīng)層出不窮。針對各應(yīng)用特點,開發(fā)爬壁機器人時應(yīng)該根據(jù)爬壁機器人將要適用的環(huán)境條件選擇合適的吸附和運動方式,近年來爬壁機器人在各方面領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,傳統(tǒng)的壁面機器人在壁面適應(yīng)性、功耗、噪音等方面已經(jīng)無法滿足新形勢下的應(yīng)用要求,因而迫切需要一款新型的攀爬機器人。
攀爬機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,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,吸附力也相對較弱,運動噪音大,等等。
1.設(shè)計方案
吸附機構(gòu)在抽氣的時候,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)到一個合理的位置,讓那個位置時候氣體抽進來的流速是最大的,那氣體進來的時候會壓在小板上,這樣就多了一個壓力,我們可以在再小板上做上鏤空的花紋減少面積,這樣負(fù)壓吸附的時候作用面是這個小板底面,繼續(xù)增大壓力。上圖是第一次設(shè)計時所采用的葉輪。
下圖為最終設(shè)計采用的葉輪以及電機。
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的選擇以及計算過程如下:
2吸附設(shè)計
當(dāng)爬壁機器人工作于豎直墻壁上時, 對機器人進行豎直平面內(nèi)任意姿態(tài)的安全受力分析。 為了簡化分析, 只需對吸附力要求最高的直線向 上運動狀態(tài)的爬壁機器人受力狀態(tài)進行分析。 當(dāng)爬壁機器人在豎直平面上以與豎直呈 θ 角 姿態(tài)直線向 上運動時, 其受力如圖 1 所示。
根據(jù)達朗貝 爾虛功原理及受力平衡關(guān)系, 豎直壁面任意姿態(tài)機器人直線運動的受力方程為:
3各部件設(shè)計
考慮到馬達跟葉輪占有的體積大小,本次決定把地盤設(shè)計成13cm×13cm
下面為初次設(shè)定時底盤的樣式。
下圖為底盤最終設(shè)定的樣式。
下圖為車輪組初次設(shè)計時采用的樣式。
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 。一個本體的框架結(jié)構(gòu),一個替換開關(guān),一個可替換的海綿塊。
設(shè)計樣式如下。
通過上述替換開關(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)計結(jié)構(gòu)類似于列車上作為背后的可收納式桌子。
在地盤上兩側(cè)安裝有磁鐵,在收納狀態(tài)時牢牢固定住打掃翼。
水箱
作為打掃時清潔液體的來源,水箱被安置在底盤的前部,內(nèi)部有齒輪連桿機構(gòu),可推動前面的活塞做往復(fù)運動,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來驅(qū)動齒輪組的運動,旁邊有電路板控制。
出水裝置在活塞將水?dāng)D壓出來后,推動內(nèi)部的彈簧。平時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)計結(jié)構(gòu)可靠,可進行多種功能應(yīng)用,對機器人設(shè)計提供了一定的借鑒。
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