擦窗机器人越障问题的研究

杜微　孙雅萍　孟艳萍

摘 要：爬墙机器人的关键技术在于机器人在墙面爬行过程中能否与墙面保持紧密的接触。擦窗机器人是通过在玻璃表面一面行进一面完成清洗窗户表面的一款自动化产品。通过对擦窗机器人在跨越运动时的力学分析，得出了一般情况下机器人在跨越时保证不发生倾翻和下滑的状态下进行跨越的条件公式。

关键词：爬墙机器人；关键技术；力学分析

随着高空擦窗作业难度和危险性的加大以及科技的进步，出现了一些高空作业的擦窗机器，代替了手工劳动。目前市场上的家用擦窗机器人主要有单面真空吸力和双面磁力的两种，基本无法跨越窗框进行作业。擦窗机器人在擦窗时进行跨越动作而不滑落和倾翻是家用擦窗机器中的一项关键技术。针对目前擦窗机器人的使用情况，设计了一款新型的擦窗机器人，并对机器人的力学特性作了深入分析和探讨，给出了满足要求的条件公式。为机器人的设计提供了理论依据。

1 擦窗机器人的结构设计

擦窗机器人的机构分为两个车体，采用履带式的运动结构，两个车体由大臂和小臂连接。车体与玻璃之间的贴服力由真空吸盘产生的吸力吸附。履带与玻璃之间的压力由弹簧力产生，为了使压力均衡，每条履带上有两个压力点。

2 小车横向受力分析

在图1中，小车沿着Y轴运动，其受力情况为：受重力G1，G2，G3；吸盘吸力V；接触面对小车1的总支撑反力N；接触面对小车1中的吸盘的支撑反力N2；接触面对小车1中的履带的总支撑反力N1，N3；驱动电机的扭矩；接触面对小车1的摩擦力Ffy；Ffz；吸盘与行走机构之间用弹簧连接，弹簧对小车和吸盘的弹力为F弹，大小相等方向相反，这个力属于小车内部的力。

4 结束语

新款机器人分为两部分，可以完成清洗、行进和跨越窗框的动作。为了使新款机器人在完成擦窗运动时能更加牢固地贴服在玻璃上，对擦窗机器人进行了受力分析，通过受力分析得到了在满足不打滑和不倾翻的条件下最大的驱动力。为机器人的机械结构设计提供了理论依据。

参考文献

[1]钱志源，付庄，赵言正.一种在驱动轮打滑情况下爬壁机器人动力学建模方法[J].上海交通大学学报，2007，6（6）.

[2]严世榕，S.K.Tso，闻邦椿.爬墙式机器人安全系统的动力学变结构控制研究[J].机器人ROBOT，2002，3.

作者简介：杜微（1977-），女，汉族，吉林省长春市人，长春工程学院，讲师，研究领域为机械设计自动化与仿真。