履带式真空吸附擦窗机器人的驱动与传感检测系统设计文献综述

 2022-07-26 04:07

  1. 引言

二十一世纪出现的机器人是人类历史上的最伟大发明之一,机器人是近现代电子技术与传统的机构学相结合的产物,机器人技术是计算机科学技术、控制理论与控制工程、机械结构学、信息科学和传感器科学等多学科综合性高科技成果。机器人技术被认为是对未来新兴产业发展具有重要意义的高技术之一[1],作为一款仿人操作、高速运行、重复操作和精度较高的自动化设备,机器人技术的出现和发展使传统的工业生产和科学研究发生了根本性变化。机器人技术是未来高技术、新兴产业发展的基础之一,对于国民经济和国防建设具有重要意义[2]。针对机器人的分类方法有很多,按照应用领域可将机器人分为工业机器人、特种机器人和服务机器人三类。应用于生产过程称为工业机器人,应用于特殊环境称为专用机器人,应用于家庭服务或直接服务人称为服务机器人[3]

  1. 研究的目的及意义

随着城市建设的发展,各大都市中高层建筑越来越多。高层建筑物玻璃的清洗是一项繁重而危险的工作。人工进行高层建筑物的清洗不仅费用高、效率低,而且十分危险。随着机器人技术的发展,出现了各种各样类型的机器人,这为解决高层建筑玻璃的清洗问题提供了一个新的思路[4]。人们希望能用机器人代替人进行这些高空危险作业,把人从恶劣的环境和繁重的劳动中解脱出来,同时可以大大降低高层建筑的清洗成本。为此,国内外多家研究机构竞相开展擦窗机器人的研究工作[5]。在这样的环境和对擦窗机器人需求日益增加的背景下,开展了履带式真空吸附擦窗机器人的设计。

  1. 国内外研究概况

擦窗机器人是壁面移动机器人的一个分支,是壁面移动机器人朝家用方向发展而来的成果。壁面移动机器人的发展可以追溯到上世纪六十年代,到今天,壁面移动机器人已经取得了长足的发展,广泛应用于清洗、检查、消防、救援等多个领域,在服务社会的同时,也带来了巨大的经济效益和社会效益[6]

3.1 国外研究概况

日本是世界上最先开展壁面移动机器人研究工作的国家。早在1966年,大阪府立大学工学部讲师的西亮,就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,这被看作是爬壁机器人研究的开端。西亮于1975年制作了以实用化为目标二号样机,该机设计有一个单吸盘结构,主要依靠轮子在壁面上行走[7]。从此以后壁面移动机器人的研究进入快速期,各国著名的大学、研究机构、公司纷纷投入大量人力物力进入壁面移动机器人相关领域的研究,使得壁面移动机器人出现众多突出的成果。其总包扩了:

3.1.1日本

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。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,当壁面上有裂缝时,真空难以维持[8]

日本国际机矍人公司研制的用于清洗窗户的“空中勇士”也是采用脚式行走的,它有主从两个本体,两个本体上各装有可以伸缩的三只脚,脚的端部装有吸盘,可以用三点支撑交互地在壁面上吸附来做升降和横向移动[9]

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