● 摘要
随着经济的发展，玻璃幕墙在城市高层建筑中的应用越来越广泛。然而，由于玻璃幕墙使用量的增多及使用年限的增加，其安全性问题也越来越突出。如何现场检测既有玻璃幕墙服役健康状态及安全使用性能也越来越受到人们的重视。本论文结合国内外爬壁机器人和玻璃幕墙检测技术的研究成果，设计了一种用于玻璃幕墙现场安全检测的双腔体负压爬壁机器人，该机器人能够在玻璃壁面上自由移动并通过检测设备对玻璃进行安全检测。本文先后开发了两代机器人样机，并进行了样机实验和性能分析。本论文的主要研究内容如下：（1）在综合分析国内外爬壁机器人优缺点的基础上，根据全隐框玻璃幕墙的工作环境特点，进行了机器人系统的总体设计，确定了机器人的外形、吸附方式、移动机构方案和检测装置方案，在此基础上，提出全隐框玻璃幕墙检测方式的总体方案。然后建立双腔体爬壁机器人的力学模型并进行相应的分析，找出影响机器人性能的关键因素。（2）详细设计了两代玻璃幕墙检测机器人样机的机械结构，包括总体机械结构、移动机构、吸附模块、检测装置、外壳与降噪、安全与人性化等，并对一些关键部件进行了强度校核。针对第一代机器人样机在实际测试中所暴露出的问题，对机器人每个功能模块都进行了缺陷分析，并对这些设计缺陷提出了相应的改进措施，并完成了第二代机器人的结构改进设计。（3）开发了幕墙检测机器人的控制系统。以DSP芯片TMS320F2812为核心，完成了主控模块、直流电机驱动、风机驱动、无线通讯、继电器模块、辅助摄像头和传感信息采集模块的硬件电路设计。在此基础上，设计了包括上位机控制软件界面、下位机控制程序和无线通讯协议在内的软件系统。（4）进行了两代机器人样机的实验研究。实验主要包括：在玻璃壁面上的运动功能实验、幕墙玻璃检测实验和其他性能实验，还通过小型单腔体机器人平台研究了爬壁机器人的关键设计参数，并对两代样机的性能参数进行了比较。实验结果验证了机器人机械结构和控制系统设计的合理性。