擦玻璃机器人

1附件1创新训练项目申请书填写须知在填写申请书前，请申请者先认真阅读电子科技大学中山学院大学生创新训练项目实施方案中的有关规定。一、申请者应实事求是、认真负责地填写申请书中各项内容，不得弄虚作假，在语言表达上要做到准确、严谨。二、《创新训练项目申请书》请按顺序逐项填写，填写内容必须实事求是，表达明确严谨。空缺项要填“无”。三、格式要求：申请书应在实验中心网页上下载填写。表格中的字体小四号仿宋体，1.5倍行距；需签字部分由相关人员以黑色钢笔或水笔签名，均用A4纸双面打印，于左侧装订成册。请自行加页。四、申请参加大学生创新训练项目团队的人数含负责人在内不得超过3人。五、申请书要求纸质和电子版各一份，申请项目先由所属学院进行组织初审后，然后再由评审委员会立项评审，立项的项目由所属学院领导在申请书上签署意见、签字并加盖公章后上交到所属院系的项目管理人员，最后汇总到实验中心的项目管理小组。2创新训练项目申请书（试行）项目名称：智能擦玻璃机器人申请者姓名：林威陈秋景杨家明指导老师：彭芳所属学院：机电工程填表日期：2014年3月31日二0一三年制项目编号3计划项目名称智能擦玻璃机器人理工(√)文科()计划项目负责人姓名林威性别男民族汉学号2012100103028专业自动化身份证350322199211306516手机号码[phone]联系电话无QQ号632890934姓名性别学号身份证专业年级联系电话陈秋景男2012100103007441581199206108033自动化1215113339449杨家明男2012100103047442000199404164277自动化1213790702952指导教师情况姓名彭芳性别女民族汉出生年月1979.10专业/职称/职务机电工程副教授自动化系主任手机号码[phone]联系电话/传真无[e-mail]一、前期基础（1000字以内）（研究成员的知识条件，研究兴趣，相关经历及开展本项目的基础）项目负责人林威曾参加过第八届飞思卡尔智能车竞赛并获得华南地区二等奖，并获得全国大学生电子设计大赛广东赛区一等奖。有比较好的编程思路以及调试经验。可在机器人的程序中提供较好的运行模式。陈秋景曾参加校级智能小车竞赛并获得二等奖，有比较好的机械设计经验。能够对机器人的结构进行简要分析及设计。杨家明拥有扎实的电路基础知识，可独立制作PCB。可对机器人的电路进行较好的布4局及设计。5二、计划项目实施思路（3000字以内）1．研究意义与目的，同类研究工作国内外研究现状与存在的问题意义与目的：随着城市现代化发展，特别是高层建筑的兴起，以玻璃壁而为代表的壁面结构逐渐演绎成华丽的“城市外衣”，山此衍生出繁重的壁面清洗任务，并目许多国家已对建筑壁面的清洗要求做出了明确规定。另一方面，越来越奇特的建筑结构使清洗的难度成倍增加，甚至采用传统的清洗方法已无能为力。然而，在社会文明高度发展的今天，对生命的关爱达到了前所未有的高度，要求停止使用蜘蛛人的呼声不绝于耳，因此人们期待新的具有人性化的清洗方式出现。如此，将爬壁机器人应用于高楼玻璃壁面清洗的问题就成为热点研究课题。壁面清洗机器人也属于移动式服务机器人的一种，可在垂直壁而及屋顶移动进行物体表面的清洗作业。壁面清洗机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成木，改善工人的劳动环境，提高劳动产}几产率，具有相当的社会、经济意义和广阔的应用前景。而目前针对此类机器人的研究还没有比较成熟、可靠的方案。国内外研究现况：壁面移动机器人是一种能够在垂直壁面进行移动作业的极限作业机器人，世界机器人大国日木在极限作业机器人研究方面尤为积极。早在19“年，在大阪府立大学工学部任讲师的西亮利用电风扇进气侧低压空气产生的负压作为吸附力制作了一台垂直壁面移动机器人的原理样机。1975年，已经身为宫崎大学工学院部教授的西亮又制作了以实用化为目标的二号样机，这是个单吸盘结构、靠轮子行走的壁面移动机器人。从此以后各国著名的大学、研究所、公司纷纷投入力量广泛开展用于极限作业的壁面移动式机器人的研究。1)日木1978年，化工机械技术服务株式会社制作了一种叫Walker的壁面移动机器人。如图1-1所示，该机器人采用了单吸盘结构。用真空泵产生负压，行走机构采用上下两个行走滚子和左右两条行走皮带的驱动。滚子和皮带自然组成一个真空腔体。转向通过左右滚轮和皮带的速度差来实现。Walker既有吸附功能又有行走功能。但它有一个严重的缺点，即:壁面上有裂缝时，真空难以维持。图1-2所示为关西电力株式会社研6制的真空吸附履带式结构壁面移动机器人。利用均布于履带和车体底部的吸盘，该机器人可以实现直线运动和转向运动，但越障和面面转换能力差。图1-1Walker'机器人图1-2履带式壁面移动机器人图1-3双车体壁面移动机器人图1-4爬壁机器人概念模型图1-3为日木日挥株式会社佐藤多秀研制的负压吸盘吸附、双吸盘结构的轮式壁面移动机器人。该机器人由前后吸盘和中间载物平台通过连杆和转动关节联接组成。其吸盘采用负压吸盘的形式，吸盘与壁面接触的密封气囊具有滑动密封效果，在机器人运动过程中，起到维持吸盘内负压的作用。前后吸盘各装有四个车轮，当吸盘内产生负压时，吸盘通过车轮附着于壁面。八个车轮中位于机器人前后两端的四个分别由电机独立驱动。当同一吸盘上的两个驱动电机转速不同时，吸盘的移动方向将发生变化，实现机器人的转向。前后连杆与载物平台之间的两个转动关节上各安装有大输出扭矩的电机。此电机的动作，配合吸盘的吸附与放松，可以实现机器人构形的变化，从而完成越障等功能。图1-4所示为关西电力株式会社研制的真空吸附履带式结构壁面移动机器人。利用均布于履带和车体底部的吸盘，该机器人可以实现直线运动和转向运动，但越障和7而而转换能力较差。图1-5所示是1991年清水建设株式会社研制的用于玻璃清洗壁面移动机器人，其总体结构采用气体驱动、真空吸附(}l0整个系统分为机器人木体、室内和室外支援装置。机器人木体由一个纵向移动的气缸和两个横向移动的气缸组成。气缸的端部装有可升降的吸盘，横向气缸的端部还装有擦洗装置。室内支援装置包括主控计算机，水泵及电缆、水管、气管收放装置等。室外支援装置为拖拽管线及安放机器人安全绳的可移动平台。进行擦洗时，机器人从玻璃墙的上部按照从左至右，自上而卜的顺序进行擦洗。机器人可以跨越纵向的障碍(窗框)，但不具有横向越障能力。该机器人将清洗与移动相结合，使得结构紧凑，重量轻。该机器人为最早的壁面清洗机器人之一，其精巧的构型和合理的规划方法为之后的研究奠定了基础。图1-5玻璃清洁机器人图1-6三菱清洁机器人2002年三菱重工研制的多用途壁面机器人如图1-G所示，采用轮式驱动，自重仅40Kg}8}。安装于机器人腹部的两组永磁铁可保证机器人可靠地吸附于钢质表面，用于壁面检测、清洁和喷漆等作业。(2)美国美国也是开展壁面移动机器人研究较早的国家。自1989年起州立威奇托大学(WichitaStateUniversity)的BenhamBahr领导的研究小组陆续研制了ROSTAM系列壁面移动机器人。机器人携带非接触式传感器和摄像头，用于进行飞行器蒙皮的质量检杳。该机器人有4条腿，可沿四个方向移动。随后研究人员在此基础对其进行了改进，推出图I-8所示的ROSTAM-III。该机器人的腹部有一个大直径圆形吸盘，籍此机器人木体可实现任意方位的转动和姿态调整:头部和尾部的臂上各有一组小吸盘，每个臂有2个8自由度，其中转动自由度由蜗轮蜗杆驱动，移动自由度由气缸驱动，臂的两端分别固定与吸盘固连的气缸，直流电机通过蜗轮蜗杆驱动完成机器人方向的改变。在气动回路中采用了调速阀用以降低气缸活塞与气缸碰撞的速度，有效地减少了附加冲击力和力矩。德克萨斯州立大学的研究人员研制了一种电气驱动小型壁面移动机器人。该机器人利用微型直流电机驱动两个风箱交替压缩和舒张，获得两组吸盘吸附和脱开所需的负压和正压，从而实现壁面移动功能。该机器人采用干电池供电，结构简单，构思巧妙。密歇根州立大学的MarkMinor研制的微型两足壁而移动机器人RAMR。该机器人采用双吸盘两足步行结构，其特点是采用了称为“UnderActuated的结构，实现用3台电机驱动4个关节。然而这种两足式结构的机器人重心偏高，足端载荷集中导致稳定性较差。虽然其灵活性很好，但较少应用于壁而移动领域。3)英国英国的朴次茅斯大学设计了一种称作Robug的机器人，有类似蜘蛛的腿脚，脚部带有吸盘，也可以沿壁面爬行，其中RobugIII型是由八只脚组成的，每只脚都有自己的微处理器，都是由气驱动，每个脚的根部都有一个吸盘。机械上同步的4条腿作为一组，由两组气缸驱动，反复地起着支撑和复位的作用。与以往不同的是机器人控制其装在每条腿上，通过遥控机器人可沿任意方向行走。除此之外朴次茅斯大学还针对不同的使用要求设计了Bigfoot,Toad,Vehicles,Tribot等爬壁机器人。4)意大利意大利的卡塔尼亚大学研制Alicia系列机器人主要应用于壁面检测。其中Alicia2型机器人，主要由一个吸盘和两个轮子组成，吸盘用来吸附于墙壁表面，两个轮子分别由两个直流电机驱动，可以实现灵活转向。这种机器人最大缺点就是越障能力差，为了更好的越障新开发的Alicia3则体现了一种新颖的设计思路，它的基本结构由三个Alicia2组成，每两个之间由一杆连接起来，越障时两个吸附一个在杆的作用下抬起，轻松实现越障。这种设计使越障能力大大提高。国内研究现状：相对国外，我国研究和开发机器人始于七十年代初期，国内壁而移动机器人研究起步较晚。1975年在北京举办的日木科技展览会上，川崎重工业公司首先在中国展出了工业机器人(Unimate-2000型搬运机器人)，以此为起点，我国掀起了第一个研制机9器人的浪潮。北京自动化研究所、上海交大、沈阳自动化所、大连组合机床所、广州机床所等十几个单位纷纷开始研制机器人。我国自行设计并研制的第一台壁面爬行式遥控检查机器人(BH-1型)诞生在哈尔并工业大学机器人研究所，它是为我国的核电事业而研制废料储罐进行安全情况检查(检查方法为超声波探伤及测厚)。BH-1型爬壁机器人的特点是它的行走机构采用了一种新结构的轮子一全方位轮，这是瑞典MECANUM公司的新技术。n合尔滨工业大学从1988年开始在国家“8G3”高技术的支持下先后研制了两种爬壁机器人。19%年研制成功的多功能履带式罐壁喷涂检测磁吸附爬壁机器人，是针对石油企业的储汕、储水钢罐，定期喷砂除锈、喷漆防腐、涂层厚度进行检测等工作进行研制的。哈工大研制的另一种机器人是单吸盘轮式驱动爬壁机器人，该真空吸附式机器人采用全方位车轮机构，实现了在机器人木体方位保持不变的情况下，机器人能够沿任意直线方I句移动，该机器人自重20千克，负载能力15千克，移动速度0-2米/分钟，采用微机控制和有线遥控。香港城市大学也对爬壁机器人进行了积极的探索研究，他们开发出一利，十字形框架结构的全气动壁面爬行机器人。该机器人系统由移动的爬壁机器人、供应小车、空压机、控制计算机等组成。机器人木体长1220mm，宽1340mm，高370mm,重30kg。机器人木体主要有两个垂直正交的气缸组成，靠着两个气缸的川t}}实现机器人木体的前后左右移动。为了防止方向上的累积误差，该机器人还有一个由摆动气缸组成的腰关节，以实现对方向误差的校正。机器人的越障功能是靠安装在机器人水平和垂直气缸端部的四个垂直于壁面的气缸来实现的，它的仲缩可以让机器人抬起腿部、越过障碍。清洗装置位于水平气缸的两端，靠水平气缸的伸缩实现左右擦洗。机器人的四条腿上有16个吸盘，靠这些吸盘机器人可以吸附在壁面上。它的视觉系统由一个CCD摄像机和两个激光二极管组成，通过视觉系统机器人可以测量木身相对于窗框架的方位;视觉系统也可以判定工作表面的脏污状况、以及是否需要擦洗;还可以确定污点的置，引导机器人去擦洗。该机器人采用十字形框架结构，真空吸附，气压驱动。从整体上看结构简单造用、活动灵活、能自主识别判断，是一款不错