玻璃外墙自动清洁机器人(验证)_本科毕业设计论文.docx

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本科毕业论文（设计）

题 目：

玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）

学 生：

王雷 学号：

200940620331 学 院：

物理与电子科学学院专业：

电子信息科学与技术入学时间：

2009 年 9 月 15 日指导教师：

丁智勇 职称：

讲师 完成日期：

2009 年 4 月 20 日

10

诚 信 承 诺

我谨在此承诺：

本人所写的毕业论文《玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人（签名）：

2013年 4 月 20 日

玻璃外墙自动清洁机器人（验证机）

摘 要：

本文主要介绍了玻璃外墙自动清洁机器人的设计背景、设计思路、制作过程、工作原理、验证过程以及使用方向。

由于限于实验室条件以及对设计思路可行性的不确定性，所以决定先做一个验证机，即验证方案的可行性和对后期产品的设计提供方案。

玻璃外墙机器人在制造过程中主要使用了以下器件和材料，方管铝合金，自攻螺丝钉，铝板，DC5V步进电机，超大吸盘，微型抽气机，8mm丝杆，5mm空气导管，无线模块，

5V直流电源模块，74HC595以及单片机。

玻璃外墙机器人主要是由铝合金搭建主框架，这样可以在不降低机器人强度的情况下减轻重量。

机器人铝合金结合部以铝片加自攻螺丝钉加固，运动部分使用8mm丝杆加齿轮以控制运动，动力则采用DC5V步进电机的转动带动机器人运转，在工作时，以微型抽气机抽出超大吸盘内的空气以使机器人吸在玻璃墙幕上，整个机器人使用51单片机来控制驱动，使用74HC595对单片机的I/O口进行扩展，机器人用220V交流电转5V直流电源模块供电，以确保步进电机能达到额定电流，提供强劲的动力，再用无线模块控制机器人的状态，使得机器人稳定有序的工作。

可以适合全玻璃结构的建筑体以及建筑中部分的玻璃墙面的清洁工作，它可以在无人干预的情况下完成指定玻璃墙面的清洁，替代传统的人工室外清理,。

使用玻璃外墙自动清洁机器人可以最大化的降低人的危险和劳动强度，提高工作效率，降低成本。

它还具有越障功能，对于有起伏有其他装饰材料的玻璃墙幕同样适合，同时它还能转弯，不光能垂直上下，还能向左向右移动真正做到清洁无死角。

玻璃外墙自动清洁机器人的清洁头同样使用步进电机控制，可以随工作环境的不同而随意的更改方向和高度。

有了这些设计，玻璃外墙自动清洁机器人可以说是真正做到清洁无死角。

关键词：

单片机；步进电机吸盘；微型抽气机；玻璃外墙；无线控制；机器人；74HC595

Glasswallautomaticcleaningrobot（demonstrator）

Abstract：

Thispaperdescribestheautomaticglasswallcleaningrobotdesignbackground,designideas,productionprocess,theworkingprinciple,theverificationprocessandtheuseofdirection.Limitedtolaboratoryconditionsandtheuncertaintyofthefeasibilityofthedesignideas,SoIdecidedtodoavalidationmachinetoverifythefeasibilityandthelatterpartoftheproductdesignprogram.

Glasswallofrobotsinthemanufacturingprocess,themainuseofthefollowingdevicesandmaterials,squaretubealuminumalloy,self-tappingscrews,aluminum,theDC5Vsteppermotor,oversizedcups,miniairpump,8mmscrew,the5mmairducts,thewirelessmodule5VDCpowersupplymodule,74HC595microcontroller.Theglassexteriorrobotmainstructuresthemainframeismadeofaluminumalloytoreducetheweight,sothatincasetherobotdoesnotreducethestrengthof.Robotaluminumalloyjunctionofaluminumandself-tappingscrewsreinforcement,movingpartsthe8mmscrewplusgeartocontrolthemovement,powerDC5Vsteppermotordrivenrotationoftherobotoperationatwork,amicroairpumpoutoversizedairwithinthesuctioncuptotherobotsuctionontheglasscurtainwall,theentirerobotuses51microcontrollertocontrolthedrive,usingthe74HC595microcontrollerI/Oportexpansion,robot220VACto

5VDCpowersupplymodulestoensurethatthestepperThemotorcanreachtheratedcurrent,strongpower,andthenthestateofthewirelessmoduletocontroltherobot,therobotstableandorderlywork.

Suitableforall-glassstructureofthebuildingandtheglasswallofthebuildingpartofthecleaningwork,itcanbedoneintheabsenceofinterventionthespecifiedglasswallcleanalternativetotraditionalartificialoutdoorclean-up.Automaticglasswallcleaningrobotcanbemaximizedtoreducetheriskofhumanandlaborintensity,improveworkefficiency,reducecosts.

Italsohasthemoreimpairedfunction,thereareupsanddownsandotherdecorativematerialisalsosuitableforglasscurtainwall,itcanturn,notonlyverticallyupanddown,butalsotomovetotherighttothelefttrulycleanandfreeofdeadends.Theglassexteriorautomaticcleaningrobotcleaningheadusingthesamesteppermotorcontrol,withdifferentworkenvironmentfreeofchangedirectionandheight.Withthisdesign,theautomaticglasswallcleaningrobotcanbesaidtotrulycleanandfreeofdeadends.

Keywords:

Single-chip;steppermotor;sucker;Microairpump;glasswall;radiocontrol;robot;74HC595

目 录

1绪论 6

1.1课题研究背景及意义 6

1.2课题研究现状 6

1.3研究要求 7

2玻璃外墙自动清洁机器人机械部分设计 7

2.1基本问题的解决及材料的选取 7

2.2玻璃外墙自动清洁机器人机械部分设计 8

2.2.1机器人的框架设计 8

2.2.2玻璃外墙自动清洁机器人腿的设计 9

2.2.3玻璃外墙自动清洁机器人行走动力设计 10

2.2.4玻璃外墙自动清洁机器人清洁头设计 11

2.2.5玻璃外墙自动清洁机器人吸附系统设计 13

2.2.6玻璃外墙自动清洁机器人机械部分总体设计 13

3玻璃外墙自动清洁机器人硬件电路部分设计 15

3.1单片机最小系统设计 15

3.2单片机I/O口的扩展设计 16

3.3系统系统PCB设计 16

4玻璃外墙自动清洁机器人软件设计 17

4.1程序设计思路 17

4.2系统总体程序算法流程图 17

4.3玻璃外墙自动清洁机器人前进程序算法流程图 18

4.4玻璃外墙自动清洁机器人后退、左转弯、右转弯程序算法流程图 19

4.5玻璃外墙自动清洁机器人程序设计语言 19

5 调试 19

5.1调试整体方案 19

5.2机械部分调试 19

5.3硬件电路的调试 20

5.4系统程序的调试 21

5.5调试结果 21

6 结论 21

注释 23

参考文献 23

致谢 40

1绪论

1.1课题研究背景及意义

改革开放以来，中国的经济高速发展，在世界经济总量上占的比重越来越高，中国也在2010年成功超越日本，成为世界第二大经济体。

在经济高速发展的大条件下，中国的建筑也高速的发展，高层建筑越来越多（超过24米的称为高层建筑，超过100米的称为超高层建筑，152米以上的称为摩天建筑）。

据不完全统计，截止2012年7月，仅仅重庆市目前已建成并投入使用的高层建筑就有8664栋，在建的649栋，而现在中国在建的摩天大楼就超过200座，可以想象，中国的高层建筑何止万座。

在这些高层建筑中，很多是玻璃墙幕的，很漂亮，很美丽。

但这种建筑很容易变脏，降低建筑物的美感，影响市容市貌。

所以，这种建筑物就要定时清洁玻璃墙面。

那么什么是玻璃墙幕及玻璃墙幕的清理有哪些要求，详细资料请见附录B

——中华人民共和国行业标准“玻璃幕墙工程技术规范”（JG.J102-2003）。

现在国内外玻璃外墙的清洁主要有两种方式，一是使用机器人；二是采用

人工的方式。

目前国外主要采用了机器人来清洁，然而这种机器人的价格过于昂贵，清洗的速度较低，效果也比较差。

国内玻璃外墙的清洗工作主要由人工来完成，由于是室外高空作业，人的危险性就比较高，受到环境的影响也比较大，效率也