自动玻璃清洁器项目研究总结报告.docx
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自动玻璃清洁器项目研究总结报告
自动玻璃清洁器研究总结报告
项目组成员:
*******************
指导教师:
&&&&
专业年级:
09级车辆工程专业
所在学院:
机械与汽车工程学院
摘要
关于室外玻璃的清洁问题,一直令人头疼,清洁工的安全事故常有发生,作业环境苦不堪言。
在本文中,我们主要对自动玻璃清洁器的结构,原理进行研究分析,提出玻璃清洁器的整体设计方案。
对清洁器的清洗系统,移动和吸附系统,控制系统等主要方面进行了比较详细的设计。
关键词:
清洁器;真空吸附;高楼;自动控制。
一、设计背景及目的
目前来看,各类玻璃窗及玻璃墙在家庭、办公楼、酒店等得到了广泛的使用,但由于工作的繁忙、生活节奏的不断加快,玻璃外窗的清洗越来越成为一大生活问题。
最原始的外窗清洗方法就是手拿湿毛巾爬上窗户将手伸出窗外进行擦洗。
人们住在高楼大厦之中,频频发生因擦窗而坠楼身亡的事件。
为了安全问题,也为了改善住宅环境,人们迫切需要一个全自动擦洗的擦窗器。
为此,在分析总结已有的产品的基础上,我们拟设计了一台全自动玻璃清洁器。
可以帮助人们实现玻璃窗,玻璃墙的全自动擦洗工作,降低人们的劳动强度,减少了危险性,尤其是对处于高层建筑的家庭或办公室。
二、工作原理及组成
根据玻璃清洁器清洗作业的要求,清洁器首先必须具备清洗作业功能和控制功能,此外玻璃清洁器还必须在高层建筑表面进行吸附和移动,因此必须包括清洗系统,移动和吸附系统和控制系统三大部分。
自动玻璃清洁器总体设计的三位实体模型如图2-1所示。
滚刷
齿轮齿条
机架
电动机
吸盘
喷水管
刮板
图2-1
2.1主要组成
主要有机架,电动机,滚筒,齿轮齿条,真空发生器,吸盘,喷水管,刮板等等
2.2工作原理
通过机架体和齿条的往复相对运动,实现整个清洁器的间歇移动。
由机架体或齿条末端的真空吸盘组,将装置固定吸附在玻璃面上。
在自动玻璃清洁器的移动过程中,喷水管喷出高压水淋洗,电机驱动清洁滚刷刷洗,刮板进行刮洗,实现自动玻璃清洁器在竖直玻璃墙(或玻璃窗的)的自动清洁工作。
三、详细设计
3.1玻璃清洁器的清洗系统
为实现清洁器的自动清洁,清洗作业装置必须具有相当的自动化程度,显然传统的“抹布+清洗剂”的人工清洗作业方式是不合适的。
为提高机器人清洗作业的效果和效率,我们采用了冲洗,刷洗,刮洗的联合作用的清洗作业方式。
清洗作业流程如图3-1。
图3-1
首先,以高压水冲洗壁面,除去了玻璃壁面上附着力较小的污垢并浸润玻璃面
随后由滚筒刷刷洗玻璃面,利用滚刷鬓毛与玻璃面的摩擦力出去附着力较大的污垢,然后,由刮水板刮除残留的液滴,防止液滴水分蒸发后析出的矿物离子刮花壁面。
整个清洗作业装置包括冲洗装置,刷洗装置,刮洗装置。
针对玻璃面的不同污染程度,冲洗时,高压水中可以添加不同的清洗剂,实现对附着力较大的污物泡软和分化作用,以利于下一步的清洗作业
3.1.1冲洗装置
冲洗的水由外接水管提供,清水通过喷水管细小的孔高压喷出,淋洗玻璃壁面。
冲洗机构结构图如图3-2
外接水管
喷水管
图3-2
3.1.2刷洗装置
滚刷内层筒壁为尼龙,在尼龙筒壁上穿刺猪鬓。
尼龙筒壁一端装有轴头,连接电动机。
滚刷如图3-3
图3-3
滚刷用软硬交替穿制,可以在清洗壁面时,具有较大的机械作用力,滚刷依据鬓毛的变形越过障碍,鬓毛越长,越容易越过障碍,但也不能太长,减少清洁器工作的灵敏度。
,鬓毛应对称滚筒中心,左旋和右旋对称穿制,可以起到引流的作用。
滚刷刷洗玻璃壁面过程如图3-4
图3-4
3.1.3刮洗装置
虽然污物通过清洗器的离解作用分散至清洗介质中,但是附着在玻璃表面的残留污液中仍然包含一定量的污物,如果不将残留污液清理干净,将造成壁面的二次污染,刮净装置的作用就是将残留物挂拭干净橡胶刮条的截面为斜楔状,横截面如图3-5
图3-5
3.2玻璃清洁器的移动和吸附系统
移动和吸附机构是清洗器的核心部分,要求机器人能够可靠爬行,灵活移动以及高效率清洗。
因此,除了清洁器的需具备两个基本功能——吸附功能和移动功能外,还要求清洁器的越障性,轻量化,小型化和具有很高的爬行能力,并能够在壁面上实现自由移动,为了减轻清洁器的本体的重量,壳体采用轻质高强度的铝合金型材。
3.2.1移动机构
采用一种交叉型框架结构,主要能实现在Y方向上移动,当机体吸附固定在壁面上时,移动杆在Y方向上移动到极限,然后移动杆吸附固定在壁面上,机体的吸盘放松,电动机反转机体也沿Y方向移动,如此重复,即可实现清洁器在玻璃壁面上的移动。
清洁器移动方式图3-6
图3-6移动机构几种运动状态
3.2.2吸附机构
清洁器要克服重力,主要依靠吸盘的吸力,吸附方式主要采用真空方式,真空系统一般由真空发生器,吸盘,真空阀及辅助元件组成。
3.2.3真空吸盘
吸附方式的主要方案由安装在机体和移动杆上的吸盘组构成
真空吸盘是真空系统中的执行元件,利用吸盘内形成负压来吸附玻璃壁面,柔软又有弹性的吸盘确保不会损坏玻璃壁面。
吸盘选择波纹状吸盘,能适应不平,弧形以及倾斜的表面,耐热性能优异,其结构图如图3-7
图3-7
3.2.4真空发生器
与真空泵相比,真空发生器结构简单。
无可动机械部件,使用寿命长,体积小,重量轻,安装使用方便,稳定可靠,瞬间开关特性好。
另外这种类型风机重量很轻,每个风机仅有1.2kg,可以直接安装在吸盘壳体上,从而减少管路损失的目的。
图3-8为真空发生器实物,图3-9为真空发生器原理图。
图3-8真空发生器实物
图3-9真空发生器原理图
3.3电机驱动的选用与供能。
为保证总体结构重量轻,安装方便,选用微型电机为清洁器的驱动电机。
自动玻璃清洁器的清洁刷和运动机构,均由电机驱动,兼顾电机的结构与性能,选用一款质量轻,功率相对较大的电机
由外接电源供电,电源和水泵都在楼顶,通过电线接到机体上,电线和水管并联,同时可充当安全防护装置。
3.4玻璃清洁器的控制系统
控制器采用高性能的AT89S51单片机,利用其丰富的内部资源,实现多个开关量的管理控制。
采用继电器对电路进行延时控制,晶振采用较为通用的频率为11.0592kHz晶振。
清洁器控制简图如图3-10
图3-10
51单片机接口示意图如图3-11
图3-11
清洁器的初始状态设为机体固定在玻璃面上,移动杆居中且吸盘处于放松状态,每次循环都是从初始状态开始。
玻窗清洁机器人采用负压吸附、轮式驱动结构。
工作时,机器人吸附在玻璃面上,通过全方位移动,实现对玻璃的清洁。
清洁器自上向下运动,其运动流程图如图3-12:
图3-12
这里我们用keilC51进行单片机程序编写,并用AVR_fighter进行程序烧写,采用延时程序控制清洁器清洁、运动时间,以下为清洁器运动循环C语言程序。
#include
#include
sbitP1=P1^0;//自定义清洗系统开关
sbitX1=P1^1;//自定义第一组吸盘开关
sbitX2=P1^2;//自定义第二组吸盘开关
sbitC1=P1^3;//自定义移动杆移动,机体不动(驱动电机正转)
sbitC2=P1^4;//自定义机体移动,移动杆不动(驱动电机反转)
voiddelay1ms(unsignedinti)
{
unsignedcharj;
while(i--)
{
for(j=0;j<115;j++)//1ms基准延时程序
{
;
}
}
}
voidmain(void)//主程序
{
while
(1)//程序循环
{
sbitP1=0;sbitX1=0;sbitX2=0;sbitC1=1;sbitC2=1;//吸附固定清洗
delay1ms(5000);
sbitP1=1;sbitX1=0;sbitX2=1;sbitC1=0;sbitC2=1;//移动杆移动,机体不动
delay1ms(3000);
sbitP1=0;sbitX1=0;sbitX2=0;sbitC1=1;sbitC2=1;//吸附固定清洗
delay1ms(5000);
sbitP1=1;sbitX1=1;sbitX2=0;sbitC1=1;sbitC2=0;//机体移动,移动杆不动
delay1ms(3000);
sbitP1=0;sbitX1=0;sbitX2=0;sbitC1=1;sbitC2=1;//吸附固定清洗
delay1ms(5000);
}
}
3.5自动玻璃清洁器的安全防护装置
防护装置能够在清洁器突然掉电或发生意外从壁面脱落时,起到保护作用,并承受清洁器的的重量,这样从理论上讲清洁器的工作高度是不受限制。
通过楼顶的水管给清洁器供水。
同时水管连着机架,当清洁器意外脱落时,水管能承受机体重量,防止清洁器受到损害。
四、主要创新点
1.采用淋洗,刷洗,刮洗三种方式结合进行清洁,效果更好,效率更高
2.清洁器有铝合金及塑料等构成,重量小,具有安全防护装置,防止清洁器意外掉落,造成伤害
3.采用间断的移动方式,有一定的越障能力
五、产品应用范围及推广
本产品可广泛应用于家庭,办公楼、酒店等各类室外窗户玻璃墙,自动化程度高,可降低人工劳动强度,体积小,重量轻,操作方便,便于携带,且工作安全可靠,具有很大的市场推广应用价值
参考文献
(1)张海洪.机器人壁面自动清洗系统的工程研究【D】.上海:
上海大学出版社2001.
(2)濮良贵纪名刚主编.机械设计.第八版.北京:
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(3)朱家诚主编.机械设计课程设计.第一版.合肥:
合肥工业大学出版社,2005
(4)杨伯源主编材料力学北京:
机械工业出版社,2009
(5)杨建元,吸附性壁面攀爬机器人研究【D】.西安:
西北工业大学,2007
(6)合肥工业大学图书馆数据库
(7)相关网站和论坛
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