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家用双面湿擦玻璃窗机器人.doc
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摘 要
家用双面湿擦玻璃窗机器人是一款家用清洁电子产品,当今社会对家用清洁
产品的需求越来越大,其中清洁玻璃的产品处于发展阶段,目前国内外均有类似
产品,而同样是擦玻璃机器人却有不同的工作原理,从而造就了不同的结构设计。
有永磁铁吸附、真空吸附,有轮式驱动、履带驱动等等。
首先根据市场调研了解客户群体的需求,对此设计擦玻璃机器人,采用永磁
铁吸附和轮式驱动方式,机器人包括驱动机和从动机,两台机子配合工作,驱动
机位于室内,从动机位于室外,两台机子通过永磁铁吸附在玻璃上。机器人由缓
冲机构、驱动机构、吸附机构、底盘和电控模块组成。本文使用 SolidWorks 软
件进行三维建模和仿真分析,通过观察工作环境,理论力学分析,功能构造,从
而设定机构零件的尺寸,并进行装配,最后完成动画仿真。
电控系统控制驱动机的工作,驱动机的动力来源于驱动轮,故驱动机可以完
成水平、竖直和转弯动作,驱动机行驶时会通过永磁铁吸附带动从动机行驶。首
先机器人会测量玻璃的尺寸大小,然后走“之”字形清洁路线,最后到达玻璃底
部停止行驶,完成工作。
关键词:擦玻璃机器人;结构设计;运动学仿真
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北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计
HOUSEHOLD DOUBLE-SIDED WET WIPE GLASS ROBOT
——MECHANICAL STRUCTURE DESIGN AND MODELING
Abstract
Household double-sided wet wipe the window is a household cleaning robot electronics,
in today's society there is an increasing demand for household cleaning products, including
clean glass products in the development stage, have the similar products at home and abroad,
and the same is to wipe the glass robot, and the working principle of the different to the
different structure design. There are permanent magnet adsorption, vacuum adsorption, wheel
drive, track drive and so on.
Above all, according to market research, I am able to understand the requirement of
client groups, glass cleaning robot is designed, which adopts permanent magnet adsorption
and wheel drive. The robot consists of a driving machine and a slave motor. Two machines
work together. The robot is composed of buffer mechanism, drive mechanism, adsorption
mechanism, chassis and electric control module. In this paper, SolidWorks is an analysis
software which is used for three-dimension modeling and simulation analysis. By observing
the working environment, theoretical mechanics analysis, and functional construction, the size
of mechanism parts is set, and the assembly is carried out. Finally, the animation simulation is
completed.
The electric-control system is responsible for the work of the power motors, which can
complete the horizontal and vertical straight line and turn, the driving machine to drive
through the permanent magnet to drive from the driving machine. The robot first measures the
size of the glass, then takes a zig-zag cleaning route, then stops at the bottom of the glass to
finish the job.
Keywords: wipe glass robot; structure design; kinematic simulation
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88310246/bg3.jpg)
北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计
目 录
1 前言 ..............................................................................................................................................................1
1.1 课题背景及其意义 ..........................................................................................................................1
1.2 擦玻璃机器人国内外现状 ..............................................................................................................2
1.2.1 国外研究现状 ......................................................................................................................2
1.2.2 国内研究现状 ......................................................................................................................3
1.3 目前研究存在的问题 ......................................................................................................................4
1.4 本文主要研究内容 ..........................................................................................................................5
2 擦玻璃机器人机械结构设计 ......................................................................................................................6
2.1 擦玻璃机器人原理 ..........................................................................................................................6
2.1.1 机器人功能设置和参数要求 ..............................................................................................6
2.1.2 静力学分析 ..........................................................................................................................7
2.2 结构设计 ..........................................................................................................................................9
2.2.1 吸附机构原理和结构设计 ..................................................................................................9
2.2.2 驱动机构原理和结构设计 ................................................................................................13
2.2.3 缓冲机构 ............................................................................................................................17
2.2.4 擦拭机构 ............................................................................................................................22
2.2.5 整体机械结构设计 ............................................................................................................23
3 工作原理和使用介绍 ................................................................................................................................25
3.1 各个机构使用说明 ........................................................................................................................25
3.1.1 磁铁机构 ............................................................................................................................25
3.1.2 缓冲机构 ............................................................................................................................25
3.1.3 驱动机构 ............................................................................................................................26
3.1.4 擦拭机构 ............................................................................................................................26
3.1.5 电控模块 ............................................................................................................................27
3.2 擦玻璃机器人工作原理 ................................................................................................................27
4 运动仿真分析 ............................................................................................................................................28
4.1 机器人运动模型分析 ....................................................................................................................28
4.2 仿真软件介绍 ................................................................................................................................29
4.3 仿真条件准备 ................................................................................................................................29
4.1.1 建立工作环境 ....................................................................................................................29
4.4 运动仿真分析 ................................................................................................................................30
4.4.1 装配玻璃和擦玻璃机器人 ................................................................................................30
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/88310246/bg4.jpg)
北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计
4.4.2 仿真过程 ............................................................................................................................31
4.4.3 结果分析 ............................................................................................................................32
5 总结与展望 ................................................................................................................................................33
5.1 课题工作总结 ................................................................................................................................33
5.2 课题展望 ........................................................................................................................................34
参考文献 ........................................................................................................................................................35
谢 辞 ............................................................................................................................................................36
附 录 ............................................................................................................................................................37
附录 1:驱动机和从动机三视图 .........................................................................................................37
附录 2:英文翻译文献 .........................................................................................................................47
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北京理工大学珠海学院 2020 届本科生毕业设计
1
1 前言
1.1 课题背景及其意义
随着 21 世纪全球经济的快速发展,城市现代化越来越广泛,许多以往是农村、乡
镇地区,甚至是偏远山区,都在逐渐演变成今天的现代化城市,更何况早期的城市地带,
从旧时期的城市转化为当代都市。现代化城市最典型的标志物便是现代化建筑,这包括
写字楼、商品楼、展馆等等,不同的建筑有不同的特征,如高度、面积、形状材质等等。
显然这些建筑都有一个共同的特征——外墙玻璃。
外墙玻璃是一栋现代化建筑必不可少的元素,它不同于旧时期建筑,不需要大量的
外墙玻璃来装饰和构造建筑外墙,甚至不需要玻璃的参与。而由于不同高度、不同面积、
不同材质的外墙玻璃造就了其中的复杂程度。每一栋楼都有基于该楼的元素设计出来的
不同的外墙玻璃。因此衍生出一个现代化问题——清洗外墙玻璃。清洗外墙玻璃是一个
相当复杂的问题,它不同于清洗其他物体如此简单,毕竟清洗外墙玻璃是在一个特殊的
环境对特殊的对象进行有效的清洗。一方面,部分国家或地区已明确立法禁止对五层以
上的玻璃幕墙进行人工清洗,这一定是基于安全因素考虑的;另一方面,这些在特殊环
境下的复杂的奇形怪状的外形玻璃,倘若采用传统的人工清洗方式,不仅成本费用及其
昂贵,并且清洁效率相当低,最根本的还是安全问题。
使用机器人技术代替传统人工技术进行外墙玻璃的清洗成为当下讨论和研究的热
门话题。机器人属于 21 世纪的高新技术产品,绝大部分机器人的发明都是为了取代人
力劳动,使用机器人清洗外墙玻璃可以解决安全问题,大大减少清洗人员的安全隐患,
其次可以使清洁问题简单化,从而减少清洗成本,并且提高工作效率,还能适应不同的
清洗环境,有效提升柔性功能。如图 1.1 为传统人工擦玻璃方式。
因此擦玻璃机器人具有相当高的社会需求性和必要性,不仅可以减少清洁人员的人
员伤亡率,还有广泛的经济效益和应用场景,本文基于以上介绍,设计出家用双面湿擦
玻璃机器人,并完成三维建模和测试工作。
图 1.1 传统人工擦玻璃方式
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