題目自動(dòng)擦玻璃機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題目來源：自動(dòng)擦玻璃機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)□理論研究□生產(chǎn)實(shí)踐□實(shí)驗(yàn)室□創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（科技競(jìng)賽、大創(chuàng)項(xiàng)目）□教學(xué)科研項(xiàng)目□其它（請(qǐng)注明）：是否在實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、工程實(shí)踐和社會(huì)調(diào)查等社會(huì)實(shí)踐中完成：?是□否研究的目的和意義目的：隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)生活環(huán)境提出了更高的要求。在建筑業(yè)，由于玻璃的采光性好、保溫防潮性能好，彩色玻璃實(shí)用美觀，高層建筑越來越多地采用玻璃窗的結(jié)構(gòu)。但是，由于隨著時(shí)間的推移，雨雪天氣以及空氣中的灰塵，就會(huì)逐漸的蒙上一層厚厚的城市灰塵，使得這些建筑黯然失色，這樣就需要對(duì)玻璃窗進(jìn)行清洗。目前對(duì)高層建筑上玻璃的清洗工作主要是由人工完成的。高空擦洗，稍有不慎就會(huì)出現(xiàn)事故，造成傷亡。因此人們迫切希望能有一種清洗機(jī)器來代替人工作業(yè)。這種清洗機(jī)器的使用將大大降低高層建筑的清洗成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。所要設(shè)計(jì)的高層戶外玻璃自動(dòng)清潔器，要求既要做到簡(jiǎn)單實(shí)用，又要價(jià)格便宜。這樣經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的擦玻璃機(jī)器手想法就悠然誕生了。高空擦玻璃機(jī)器手是極限作業(yè)機(jī)器手的重要組成部分。它是一種用于建筑外墻清洗行業(yè)的爬壁機(jī)器手。高空擦玻璃機(jī)器手主要是基于機(jī)器手對(duì)工作環(huán)境的良好適應(yīng)性，具有操作靈活、效率高等優(yōu)點(diǎn)。與人工清洗作業(yè)相比，高空擦玻璃機(jī)器手可以節(jié)約清洗成本，降低人工清洗風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。因此，高空擦玻璃機(jī)器手不僅實(shí)用性強(qiáng)，而且增加了市場(chǎng)潛力。意義：本次課題分析了國(guó)內(nèi)外的玻璃清洗機(jī)器手，比較了其吸附、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)它們進(jìn)行了一定的創(chuàng)新，同時(shí)從航空航天技術(shù)上得到靈感，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一種利用螺旋槳作為推力的機(jī)器手結(jié)構(gòu)，提高清潔機(jī)器手工作環(huán)境的適應(yīng)力以及可靠性的同時(shí)，加大清潔速度，大大節(jié)約清潔成本。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（一）擦玻璃機(jī)器手的國(guó)外研究現(xiàn)狀擦玻璃機(jī)器手是一種能夠在壁面上進(jìn)行移動(dòng)越障的機(jī)器手，在機(jī)械上有顯著成就的日本在這方面的研究方面尤其積極。二十世紀(jì)七十年代末期，化工機(jī)械技術(shù)服務(wù)有限公司生產(chǎn)了一種爬壁機(jī)器手walker。爬壁機(jī)器手采用單吸盤結(jié)構(gòu)，利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓產(chǎn)生吸附力。行走機(jī)構(gòu)由兩個(gè)滾輪和兩條行走皮帶組成。輥?zhàn)雍推Э梢孕纬烧婵涨弧Ｅ缐C(jī)器手的轉(zhuǎn)向是通過兩個(gè)滾輪和皮帶之間的速度差來實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器手有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，當(dāng)墻體出現(xiàn)裂縫時(shí)，其真空度很難維持。日本宮崎大學(xué)研制的推力吸附機(jī)器手借鑒航天技術(shù)，利用螺旋槳產(chǎn)生推力，使機(jī)器手吸附在壁面上，吸附力穩(wěn)定可靠。由于螺旋槳產(chǎn)生的推力指向墻壁，機(jī)器手可以很容易地越過障礙物。近年來，由于無人機(jī)的興起，利用無人機(jī)螺旋翼的推力，可以使機(jī)器手接近或遠(yuǎn)離玻璃表面，利用繩索或纜繩實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，其設(shè)計(jì)將受到更多的關(guān)注。澳大利亞一位19歲的高中生OliverNicholls就發(fā)明了一款能解放雙手、自動(dòng)擦窗戶的機(jī)器手，創(chuàng)新性的用無人機(jī)取代“蜘蛛人”去給高樓擦玻璃。這架窗戶清洗無人機(jī)自帶8個(gè)小旋翼，并配有噴嘴和旋轉(zhuǎn)式的纖維超細(xì)洗滌器，它借助繩索和電纜可以在玻璃幕墻上上下左右的運(yùn)動(dòng)。不過它的運(yùn)動(dòng)都是設(shè)計(jì)好的，先是從下往上噴灑清潔劑，然后再從上往下進(jìn)行清洗，同時(shí)使用附帶的刮板去除多余的水分。而且因?yàn)槭褂昧诵?，通過操控不同的旋翼就能讓它貼合或是離開玻璃表面。這樣清潔玻璃的時(shí)候可以通過旋翼讓它緊貼玻璃，增加清潔力度，或是清潔完一列之后再通過旋翼離開，轉(zhuǎn)移到下一個(gè)區(qū)域。只要這樣來回清潔幾次，一整面玻璃就清潔完成了，效率很高。（二）擦玻璃機(jī)器手的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀由于一些歷史原因，我國(guó)擦玻璃機(jī)器手的發(fā)展開始較為緩慢，不像德國(guó)、日本、美國(guó)等工業(yè)強(qiáng)國(guó)早早地將目光放在此項(xiàng)目身上。但是從上世紀(jì)九十年代年開始，我國(guó)許多科研機(jī)構(gòu)開始對(duì)這種擦玻璃機(jī)器手進(jìn)行研發(fā)制造，發(fā)展速度非?？欤谝恍┭邪l(fā)方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，甚至領(lǐng)跑全世界。北京航空航天大學(xué)從二十世紀(jì)九十年代年開始進(jìn)行研發(fā)，先后研發(fā)制造了WHSHMAN、CLEANBOT、SKYCLEAN、靈巧型擦窗機(jī)器手、吊籃式擦窗機(jī)器手等等一系列的清洗機(jī)器手。前三種高空擦玻璃機(jī)器手都是全氣動(dòng)式的自主步行移動(dòng)清洗機(jī)器手，采用了十字框架結(jié)構(gòu)，機(jī)器手上所有的部件都是由氣缸來驅(qū)動(dòng)的，這樣的高空擦玻璃機(jī)器手有著結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，機(jī)器手在可以伸縮的腿部上裝有真空吸盤，能夠通過腿部的吸盤交替的真空狀態(tài)在玻璃幕墻或壁面上進(jìn)行橫向或者縱向的運(yùn)動(dòng)以及實(shí)現(xiàn)越障功能。CLEANBOT和SKYCLEANER這兩種清洗機(jī)器手在兩個(gè)主要?dú)飧字g設(shè)置了腰關(guān)節(jié)，在機(jī)器手發(fā)生偏斜的時(shí)候能夠通過糾偏運(yùn)動(dòng)讓機(jī)器手回到正常運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。研究采用的方法和手段（一）研究方法1.查閱文獻(xiàn)資料，收集擦玻璃機(jī)器手相關(guān)資料，了解最前沿的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法；2.利用AutoCAD等軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，繪制擦玻璃機(jī)器手結(jié)構(gòu)圖紙；3.借助擦玻璃機(jī)器手設(shè)計(jì)手冊(cè)，在現(xiàn)有擦玻璃機(jī)器手基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，減少設(shè)計(jì)工作量。（二）采用的手段1.在學(xué)校圖書館中有良好的資料庫，并通過網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)研究需要便捷地搜索和下載與本課題相關(guān)的資料，為課題研究提供了充分詳盡的理論資源。2.在學(xué)校學(xué)習(xí)了與課題相關(guān)的各項(xiàng)專業(yè)課程，已經(jīng)具備了完成課題研究所需要的相關(guān)專業(yè)知識(shí)。3.在指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)下，運(yùn)用專業(yè)知識(shí)及相關(guān)的科學(xué)研究方法，通過自身努力，嚴(yán)格按照論文寫作階段計(jì)劃執(zhí)行，不斷修改和完善文章的內(nèi)容，確保文章的寫作順利地開展和完成。主要研究?jī)?nèi)容本次課題研究不像國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)明出來的輪式、足式樣機(jī)，而是創(chuàng)新性地利用無人機(jī)的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力來吸附在玻璃上，同時(shí)設(shè)計(jì)裝置使機(jī)器人能夠上下左右運(yùn)動(dòng)。具體研究?jī)?nèi)容安排如下：(1)確定高空擦玻璃機(jī)器人的一系列功能，列舉出可以用作擦窗機(jī)器人的各種方案，并選擇有利于自身?xiàng)l件和要求的方案。(2)高空擦玻璃機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。著重研究了吸附、運(yùn)動(dòng)及清潔系統(tǒng)，選擇合適的電機(jī)，提升機(jī)構(gòu)，螺旋槳，清潔機(jī)構(gòu)。(3)機(jī)器人壁面吸附的靜態(tài)分析。分析了極限狀態(tài)下的機(jī)器人的受力分析，即在負(fù)角度和正角度狀態(tài)下的機(jī)器人的受力分析，以及為了穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)選擇合適的傾角。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排：2021年11月12日——2021年11月19日學(xué)生選題2021年11月20日——2021年12月03日教師下達(dá)任務(wù)書2021年12月04日——2022年01月10日開題答辯202