近年来,随着我国城市化进程越来越多的人涌入城市,城市住宅建筑不断向高处发展。为了满足住宅玻璃清洁的需要,把人从擦玻璃这样繁重危险的家务劳动中解放出来,擦玻璃机器人运用而生。本文在研究总结国内外玻璃清洁机器人技术和成果的基础上,研发出一款面向居民住宅楼玻璃清洁的家用擦玻璃机器人。本文围绕以下几点开展工作:1.擦玻璃机器人总体方案的确定。应用模块化设计理论,首先确定擦玻璃机器人要实现清洁玻璃所需要的基本功能即子功能。综合考虑并得出各个子功能在功能相关、装配相关、空间相关、能量相关、信息相关、时间相关等准则上的相关度,然后采用谱系聚类法对所有的子功能进行聚合得出聚类谱系图,依据得到的聚类谱系图将擦玻璃机器人划分成四大功能模块,即运动吸附模块、支撑模块、控制模块、清洁模块。确定出擦玻璃机器人的总体方案。2.擦玻璃机器人功能模块的实现。本文对所确定出的四个功能模块进行了研究,构建出基于框架结构电驱真空吸盘吸附的擦玻璃机器人。并对机器人清洁模块进行重点研究,结构上实现了抹布快换的功能,提出并研究了能对紧密附着在玻璃上的污渍进行重点清洁的可伸缩刮板机构,保证了机器人对玻璃的有效清洁。3.擦玻璃机器人力学分析。对擦玻璃机器人在不同吸附状态下的受力进行了静力学分析,得出了机器人稳定吸附的约束条件,并对机器人结构和吸盘做了优化。对受力最大的吸盘和外框架连接板这两个关键部件进行了有限元仿真,验证了这两个关键部件能满足工作要求。4.擦玻璃机器人控制系统的研究。在对机器人工作路径规划的基础上,使用PLC作为主控制器,完成了控制系统的硬件设计、I/O口的分配和硬件接线。使用施耐德公司编程软件TwidoSuite进行了控制程序的编写,并对T型加减速控制步进电机的方式进行了研究。完成了程序的调试。5.最后,试制出了第一代擦玻璃机器人样机,并对其吸附功能和运动功能进行了实验验证。结果表明机器人结构基本合理、控制简便。为后期机器人越障和具备更多自适应功能的研究奠定了基础。