擦窗机器人硬件结构及控制系统设计_张立.pdf
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1、设备管理与维修2023 5(下)生的影响与光伏电池的运行原理。在光伏发电的背景下,配电网络以及接入方式的选择需要依托专业的潮流计算方式进行确认,并且进一步通过建模和数据计算的方法分析研究,为取得更好的配电网络规划应用方案以及接入方式的合理选择提供重要参考。参考文献1马滕肖,孟祥鹤,白星振,等.考虑规模化分布式光伏接入的配电网台区鲁棒优化规划方法 J.电力电容器与无功补偿,2021,42(2):183-190.2贾科,李俊涛,陈金锋,等.多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制 J.电力自动化设备,2021,41(5):175-182.3刘蕊,吴奎华,冯亮,等.含高渗透率分布式光伏的
2、主动配电网电压分区协调优化控制 J.太阳能学报,2022,43(2):189-197.4陈德炜,施永明,徐威,等.基于改进 FPA 算法的含分布式光伏配电网选址定容多目标优化方法 J.电力系统保护与控制,2022,50(7):120-125.5傅质馨,王婧佳,朱俊澎,等.分布式光伏接入对配电网凹陷域预估结果影响 J.电源技术,2020,44(10):1518-1521,1548.编辑张韵0引言目前,随着城市现代化的发展和高层建筑的兴起,城市的现代化程度越来越高,以玻璃墙为代表的墙体结构在城市中的应用越来越广泛,然而玻璃幕墙的清洗工作也带来了巨大的挑战。人工的玻璃幕墙清洁成本较高,并且在清洁过程
3、中存在一定的风险,因此,将机器人应用到高大的玻璃墙上清洗已成为一个热门的研究课题。20 世纪 70 年代初,人们开始研究玻璃幕墙清洗机器人。20 世纪 80 年代,各种类型的清洁机器人相继出现在市场上。1986 年,美国制造了攀爬机器人用于清洗摩天大楼。1996年,大阪府立大学推出了世界上第一个垂直壁移动机器人。在中国,自 1987 年以来,上海大学在爬壁清洗机器人的研究中取得了重大的进展。2000 年,哈尔滨工业大学机器人研究所与中国蓝色化学清洗公司合作成功开发出“蓝色超人 CLR-2”墙壁清洁机器人1。玻璃幕墙清洗机器人的关键技术是满足移动的稳定性、机器人的操作性简单的灵活性以及工作过程中
4、的安全性和可靠性。本文设计了一种实用、安全、稳定的玻璃幕墙清洗机器人,主要设计了机器人的吸附系统、运动系统和单片机控制系统。本文对玻璃幕墙机器人每一个部分进行了系统的分析和设计,并且根据机器人的行走方式,设计了跟踪算法,并通过实验验证算法的有效性。1擦窗机器人外部结构设计在本设计中,玻璃墙清洁机器人的外部结构设计成方形,4个角呈弧形,每个角都配有角轮。角轮的尺寸不能太大,以确保机器人在转弯时不会被卡住,从而顺利地通过转弯的拐角2。方形的结构可以有效地保障玻璃幕墙机器人在清洁窗户的边缘处的可靠性。机器人前部配备红外线避障传感器,用于监测前方障碍物的距离,机器人的两侧配有轻触开关。当玻璃幕墙机器人
5、在前行过程中遇到窗台时,传感器输出低电平,电平信号传递给微处理器,处理器发出指令使玻璃幕墙机器人转向轮转向。当玻璃幕墙机器人清洁到窗户顶部时,转弯时会与窗台发生碰撞。为了有效地解决这种问题,轻触开关发出电平信号,电平信号传递给微处理器,微处理器根据电平信号做出相应的判断处理。如果玻璃幕墙机器人左侧的轻触开关触发,轻触开关发送低电平信号给处理器,机器人顺时针旋转 90并径直走到右下角3。如果玻璃幕墙机器人右侧的轻触开关触发,轻触开关发送高电平信号给处理器,机器人逆时针旋转 90,然后直接走到左下角。机器人底部有一块抹布,在机器人行走过程中擦窗户。图 1 为机器人的外部结构。2擦窗机器人吸附系统设
6、计本设计采用真空吸附系统。真空吸附系统具有重量轻、结构紧凑、可靠性高等特点。因此,真空吸附系统广泛应用于各种气动机器人中,也是本文设计的擦窗机器人关键设计之一4。对于市场上主流的真空泵,其工作原理主要摘要:对于高层建筑,玻璃幕墙的擦拭有一定危险性,擦窗机器人的出现有效解决了这一问题。设计一种便携式玻璃幕墙擦窗机器人,介绍其硬件结构和软件结构,提出一种合理高效的机器人方案,并根据玻璃幕墙清洗机器人的行走方式设计跟踪算法。设计的玻璃墙清洗机器人由吸附系统、运动系统和单片机控制系统组成,详细介绍各部分的设计思想和实现方法。关键词:玻璃幕墙;清洗机器人;吸附系统;单片机控制;跟踪算法中图分类号:TP2
7、42文献标识码:BDOI:10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.14擦窗机器人硬件结构及控制系统设计张立(河南工业贸易职业学院,河南郑州451100)图 1机器人外部结构30设备管理与维修2023 5(下)有两种形式,一种是通过把电能转化成机械能,抽出腔体中的空气从而形成压力;另一种是通过化学反应的方式使腔体内部产生压力。根据抽气方式的不同,真空泵可以分为气体传输泵和气体捕集泵。本文所设计的真空吸附系统由 6 个吸盘和 6 个真空泵组成。考虑到进一步简化机器人的整体机械结构,选择了气体捕集泵作为系统的真空泵。真空发生器的管道与吸盘进行连接,机器人在移动过程中,真
8、空泵可以完成气缸缸体内的空气抽取,从而使吸盘形成真空状态,产生压力。这样吸盘可以吸附在玻璃幕墙上,交替产生和释放压力,从而使机器人在玻璃幕墙上边形成行走的状态。一定数量的真空泵可以保证机器人在玻璃幕墙上行走的稳定性。在本设计中,设置两个负压值。最大负压压力为 P1,最小负压压力为 P2。当真空泵启动时,卡盘腔压力开始下降。当负极压力值达到 P1,真空开关转到低液位,真空泵停止工作。当负压值达到 P2时,开关转到高水平,真空泵开始工作。机器人的重力和最大驱动力的总和设为 F1。当玻璃墙清洁机器人开始工作时,吸盘系统启动,真空泵启动开始工作。此时,空气压力传感器检测空气压力值。当卡盘负压值达到 P
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