擦窗機器人越障問題的研究

杜微　孫雅萍　孟艷萍

摘 要：爬墻機器人的關鍵技術在于機器人在墻面爬行過程中能否與墻面保持緊密的接觸。擦窗機器人是通過在玻璃表面一面行進一面完成清洗窗戶表面的一款自動化產品。通過對擦窗機器人在跨越運動時的力學分析，得出了一般情況下機器人在跨越時保證不發生傾翻和下滑的狀態下進行跨越的條件公式。

關鍵詞：爬墻機器人；關鍵技術；力學分析

隨著高空擦窗作業難度和危險性的加大以及科技的進步，出現了一些高空作業的擦窗機器，代替了手工勞動。目前市場上的家用擦窗機器人主要有單面真空吸力和雙面磁力的兩種，基本無法跨越窗框進行作業。擦窗機器人在擦窗時進行跨越動作而不滑落和傾翻是家用擦窗機器中的一項關鍵技術。針對目前擦窗機器人的使用情況，設計了一款新型的擦窗機器人，并對機器人的力學特性作了深入分析和探討，給出了滿足要求的條件公式。為機器人的設計提供了理論依據。

1 擦窗機器人的結構設計

擦窗機器人的機構分為兩個車體，采用履帶式的運動結構，兩個車體由大臂和小臂連接。車體與玻璃之間的貼服力由真空吸盤產生的吸力吸附。履帶與玻璃之間的壓力由彈簧力產生，為了使壓力均衡，每條履帶上有兩個壓力點。

2 小車橫向受力分析

在圖1中，小車沿著Y軸運動，其受力情況為：受重力G1，G2，G3；吸盤吸力V；接觸面對小車1的總支撐反力N；接觸面對小車1中的吸盤的支撐反力N2；接觸面對小車1中的履帶的總支撐反力N1，N3；驅動電機的扭矩；接觸面對小車1的摩擦力Ffy；Ffz；吸盤與行走機構之間用彈簧連接，彈簧對小車和吸盤的彈力為F彈，大小相等方向相反，這個力屬于小車內部的力。

4 結束語

新款機器人分為兩部分，可以完成清洗、行進和跨越窗框的動作。為了使新款機器人在完成擦窗運動時能更加牢固地貼服在玻璃上，對擦窗機器人進行了受力分析，通過受力分析得到了在滿足不打滑和不傾翻的條件下最大的驅動力。為機器人的機械結構設計提供了理論依據。

參考文獻

[1]錢志源，付莊，趙言正.一種在驅動輪打滑情況下爬壁機器人動力學建模方法[J].上海交通大學學報，2007，6（6）.

[2]嚴世榕，S.K.Tso，聞邦椿.爬墻式機器人安全系統的動力學變結構控制研究[J].機器人ROBOT，2002，3.

作者簡介：杜微（1977-），女，漢族，吉林省長春市人，長春工程學院，講師，研究領域為機械設計自動化與仿真。