喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有,,下載后全都有,,請(qǐng)放心下載,原稿可自行編輯修改=====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有,,下載后全都有,,請(qǐng)放心下載,原稿可自行編輯修改=====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有,,下載后全都有,,請(qǐng)放心下載,原稿可自行編輯修改=====================
管道清洗機(jī)器人的優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要: 最近,由于垃圾自動(dòng)收集設(shè)施(即 GACF)被廣泛安裝在韓國(guó)首爾大都市 區(qū),因此對(duì)管道中可用的清潔機(jī)器人(稱為管道內(nèi)清潔機(jī)器人)的興趣正在增加。 到目前為止,關(guān)于管道內(nèi)機(jī)器人的研究一直專注于檢查而不是清潔。在 GACF 中,當(dāng)垃圾移動(dòng)時(shí),我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì)(直徑: 300mm 或 400mm)。因此,在本文中,通過(guò)使用 TRIZ(俄語(yǔ)縮寫中的問(wèn)題解決的發(fā)明理論), 我們將提出一種 GACF 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人,其具有 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu),可以調(diào) 節(jié)以適合管道的內(nèi)表面使用氣動(dòng)壓力(不是彈簧) 。所提出的用于 GACF 的管道 內(nèi)清潔機(jī)器人本身可以具有向前 /向后移 動(dòng)以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人本 體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸。另外,對(duì)于直徑為 400mm 的管道,機(jī)器人的連桿應(yīng)通過(guò)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑?;谑褂?TRIZ 的概念設(shè)計(jì),我們將與韓國(guó) Robot Valley 公司的現(xiàn)場(chǎng)工程師合作,建立機(jī)器人的 初始設(shè)計(jì)。對(duì)于管內(nèi)清洗機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì),利用機(jī)器人與管道內(nèi)表面碰撞的最 大沖擊力進(jìn)行模擬。當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的鏈接被拉伸以適合時(shí), RecurDyn進(jìn)入 400 毫 米直徑的管道。利用基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的 ANSYSWorkbench(簡(jiǎn)稱 DOE),模擬最 大沖擊力對(duì)滑動(dòng) 機(jī)構(gòu) 6 連桿施加的應(yīng)力。最后,將確定最佳尺寸,包括 4 個(gè)連桿 的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2,并且具有 4 個(gè)連桿的最小質(zhì)量。它 將被驗(yàn)證與 Robot Valley, Inc。專家的初步設(shè)計(jì)相比, 4 連桿的最佳設(shè)計(jì)具有接 近 2 的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量的 4 個(gè)連桿。此外,管道內(nèi)清潔機(jī)器人的原型 將進(jìn)一步研究說(shuō)明。 關(guān)鍵詞: 管道內(nèi)清潔機(jī)器人, 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu), TRIZ,優(yōu)化設(shè)計(jì), RecurDyn, 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)( DOE), ANSYSWorkbench 1 引言 最近 ,由 于垃圾自動(dòng)收集設(shè)施(即 GACF)被廣泛安裝在韓國(guó)首爾大都市區(qū), 因此對(duì)管道中可操作的清潔機(jī)器人(我們將此稱之為機(jī)器人管道清潔機(jī)器人)的 興趣正在增加。 盡管根據(jù)調(diào)查,韓國(guó) GACF 處于初始階段,但據(jù)報(bào)道,通過(guò)解 決現(xiàn)有手動(dòng)拾取方式導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題(包括公寓之美),居民滿意度較高。 然而, GACF 仍然存在設(shè)備安裝費(fèi)用昂貴,運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高,食物垃圾收集率和回收率下降 等問(wèn)題。這意味著 GACF 需要提高穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)技能。 到目前為止,韓國(guó)垃圾收集的方式如下 ; 當(dāng) 我們把垃圾放在塑料袋里并放在 某個(gè)地方時(shí),一輛皮卡車會(huì)繞過(guò)那個(gè)區(qū)域 并撿起垃圾。 通常垃圾暴露在道路上, 而狗,貓或老鼠等通常會(huì)損壞垃 圾袋。 因此,城市的美麗可能會(huì)受到破壞,特 別是在夏天。 此外,垃圾袋會(huì)導(dǎo)致蒼蠅或有害昆蟲的惡臭。 因此,這種垃圾處 理系統(tǒng)可以歸結(jié)為不衛(wèi)生。 與目前韓國(guó)垃圾處理和拾取系統(tǒng)的這種不方便且不衛(wèi)生的方式相比, GACF 具有定期安裝的僅垃圾槽。 在 GACF 中,管道在地下構(gòu)建,使用戶能夠扔垃圾 袋。 將垃圾暫時(shí)存放在插槽的底部后,將其連接到與管道連接的存儲(chǔ)區(qū)域。 因 此, GACF 不需要任何人力來(lái)拾取 垃圾,并且進(jìn)一步是環(huán)境友好的系統(tǒng),垃圾不 會(huì)暴露在外面。 與現(xiàn)有的 人力和車 輛接送方式相比, GACF 擁有一個(gè)中央收集的設(shè)施,在地 下建造的管道中提供約 6070km / h 的高速運(yùn)行空氣。 GACF 可以根據(jù)垃圾的類 型(易燃或不易燃)將垃圾放入垃圾焚燒爐。 加工后的垃圾可以運(yùn)到 集裝箱車 輛的最終處置場(chǎng)地。 圖 1 顯示了 GACF 的關(guān)鍵圖。 圖 1 GACF 的關(guān)鍵圖 如上所述, GACF 可以快速收集生活垃圾。 此外, GACF 可以將生活垃圾 運(yùn)送到最終處置場(chǎng)所,即垃圾焚燒爐。 具體而言,當(dāng)居民將家庭垃圾扔進(jìn) GACF 的輸入槽時(shí),垃圾通過(guò)與收集場(chǎng)地相連的管道運(yùn)輸。 在 收集的場(chǎng)地, GACF 操 作一個(gè)與管道連接的鼓風(fēng)機(jī),并從進(jìn)氣口吸入空氣,如圖 1 所示。 此時(shí),根據(jù) 氣流, GACF 收集生活垃圾。 為了長(zhǎng)期穩(wěn)定地維 護(hù) GACF,管道內(nèi)清潔很重要。 在不久的將來(lái),需要開發(fā)一種具有自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的管道內(nèi)清潔機(jī)器人,以使管道清潔。 管道清洗機(jī)器人的使用可以使管道老化延遲,從而可以降低管道更換成本。 到目前為止,關(guān)于管道內(nèi)機(jī)器人的研究一直專注于檢查而不是清潔。 例如, Roh 等人。 開發(fā)了一種用于地下燃?xì)夤艿赖牟顒?dòng)驅(qū)動(dòng)管道內(nèi)檢測(cè)機(jī)器人。 此外, Choi 等人。開發(fā)了一種管內(nèi)檢查 /清潔機(jī)器人,它可以通過(guò) 使用帶彈簧的輪子粘 在管道的內(nèi)表面上,如圖 2 所示。這種機(jī)器人有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn),即機(jī)器人可以 與 當(dāng)一個(gè)輪子在管道的分支點(diǎn)處無(wú)效時(shí),管道的內(nèi)表面 。 圖 2 管道內(nèi)檢查 /清潔機(jī)器人( Choi 等人) 在 GACF 中,當(dāng)垃圾移動(dòng)時(shí),我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì)(直 徑: 300mm 或 400mm)。 因此,在本文中,我們將 開發(fā)一種 GACF 管道內(nèi)清潔 機(jī)器人,其滑動(dòng)機(jī)構(gòu)可以通過(guò)氣動(dòng)壓力(不是彈簧)調(diào)節(jié)到適合管道內(nèi)表面。 所 提出的用于 GACF 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人本身可以具有向前 /向后移動(dòng)以及清潔時(shí) 刷子的旋轉(zhuǎn) 。 機(jī)器人本體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸。 另 外,對(duì)于直徑為 400mm 的管道,機(jī)器人的連桿應(yīng)通過(guò)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展以適應(yīng)管道 的直徑。 機(jī)器人前部有一個(gè) 攝像頭和一個(gè)旋轉(zhuǎn)刷,可同時(shí)進(jìn)行清潔和檢查。 此 外,它可以通過(guò)使兩個(gè)刷子彼此反向旋轉(zhuǎn)來(lái)提高清潔效率。 本文的結(jié)構(gòu)如下。第二節(jié)通過(guò)使用 TRIZ(俄語(yǔ)縮寫中的問(wèn)題解決的發(fā)明理 論)解釋了所提出 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人的概念設(shè)計(jì)?;谶@種概念設(shè)計(jì),我們將 與韓國(guó) Robot Valley 公司的現(xiàn)場(chǎng)工程師合作,建立機(jī)器人的初始設(shè)計(jì)。對(duì)于管道 內(nèi)清潔機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì),在第 三節(jié)中,當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿拉伸到 400mm 時(shí), 使用 RecurDyn模擬機(jī)器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力。管道直徑。 在第四節(jié)中,通過(guò)使用 ANSYSWorkbench 基于最大沖擊力對(duì)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的 6 個(gè) 連桿施加的應(yīng)力進(jìn)行模擬。 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(簡(jiǎn)稱 DOE)。最后,將確定最佳尺寸,包 括 4 個(gè)連桿的厚度,以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2,并且具有 4 個(gè)連桿的最 小質(zhì)量 。第五節(jié)將得出結(jié)論。 2.基于 TRIZ 的管道清洗機(jī)器人的基本設(shè)計(jì) 提出的管道內(nèi)清潔的概念設(shè)計(jì)機(jī)器人使用 TRIZ 的 6SC 執(zhí)行如下: A.( 6SC 的第 1 步)圖片中的問(wèn)題 陳述 圖 3 顯示了管道內(nèi)清潔機(jī)器人的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。 問(wèn)題是機(jī)器人無(wú)法裝入直徑為 300mm / 400mm 的管道,因?yàn)楦鶕?jù)兩種類型的管道(直徑為 300mm 或 400mm), 它沒(méi)有任何可變機(jī)構(gòu)。 圖 3 管內(nèi)清潔機(jī)器人的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) B.( 6SC 的第 2 步)系統(tǒng)功能分析 為了解決上面提出的問(wèn)題,我們首先進(jìn)行系統(tǒng)功能分析,如圖 4 所示 在目標(biāo)上,機(jī)器人應(yīng)設(shè)計(jì)成適合兩種類型的管道(直徑 300毫米或 400毫米)。 在該圖中,保持機(jī)器人的直徑意味著保持機(jī)器人的狀態(tài)適合管道。 圖 4 系統(tǒng)功能分析 C.( 6SC 的第 3 步) 理想的最終結(jié)果( IFR) 作為 IFR,我們建議將機(jī)器人設(shè)計(jì)成適合較小直徑(即 300mm)的管子, 然后以可伸縮的形式裝入較大直徑(即 400mm)。 D.( 6SC 的第 4 步)矛盾和分離原則 下面的句子可以表示矛盾:“兩個(gè)機(jī)器人體應(yīng)分別設(shè)計(jì)成適合兩種類型的管 子(直徑 300mm 或 400mm)。 并且,機(jī)器人應(yīng)該被設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。 “為了找 到矛盾問(wèn)題的解決方案,我們?cè)谙旅娴木渥又袘?yīng)用分離原則: ”兩種管道的每個(gè) 機(jī)器人體分別設(shè)計(jì),然后是兩個(gè)機(jī)器人體 被放在一個(gè)機(jī)器人身上。 E.( 6SC 的第 5 步)元素 - 相互作用分析 圖 5 顯 示了 元素 - 交互分析。 在這個(gè)問(wèn)題中,元素是 “機(jī)器人的身體 ”和 “管 的直徑 ”。這個(gè)圖表明機(jī)器人的身體設(shè)計(jì)成適合兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直徑( 300 毫米和 400 毫米)的管道作為可變機(jī)構(gòu)。 圖 5 元素相互作用分析 F.( 6SC 的第 6 步)問(wèn)題解決和評(píng)估 問(wèn)題的暫定解決方案可以如下:對(duì)于兩種類型的標(biāo)準(zhǔn)化管道( 300mm 或 400mm),機(jī)器人的直徑需要是可變的。 如圖 6 所示,本文提出的最終問(wèn)題解決 方案是 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu),以適應(yīng)直徑為 300mm / 400mm 的管道。 特別地,在該 解決方案中,氣動(dòng)壓力用于使滑動(dòng)機(jī)構(gòu)配合到管的內(nèi) 表面中。 因此,機(jī)器人具 有三個(gè)用于一個(gè)滑塊的 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu),如圖 7 所示。 如該圖所示,管內(nèi)清潔機(jī) 器人具有總共六個(gè) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu),即前滑塊 3 個(gè),后滑塊 3 個(gè)。 圖 6 6 連桿滑動(dòng) 機(jī)構(gòu) 圖 7 一個(gè)滑塊的三個(gè) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 該問(wèn)題解決方案的評(píng)估可以如下進(jìn)行:當(dāng)三個(gè)六連桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)落入管道 的分支點(diǎn)時(shí),使用氣動(dòng)壓力的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)可以通過(guò)保持機(jī)器人的直徑來(lái)逃離 分支點(diǎn)(在其他 單詞,機(jī)器人的狀態(tài)適合管道,并且可以穩(wěn)定地移動(dòng),因?yàn)榭?以固定三個(gè) 6 連桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè),如圖 8 所示。 圖 8 使用分支點(diǎn)處的氣動(dòng) 壓力評(píng)估 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 3.使用 RECURDYN進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬 基于第二節(jié)中介紹的管道內(nèi)清潔機(jī)器人的概念設(shè)計(jì),圖 9 中提出了使用氣動(dòng) 壓力的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的初始設(shè)計(jì),與韓國(guó) Robot Valley 公司合作。 特別是表 1 顯示了鏈路 1 至 4 的初始設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度和厚度,這些設(shè)計(jì)來(lái)自機(jī)器人谷的設(shè)計(jì)專家 的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。 對(duì)于管道清洗機(jī)器人的最佳設(shè)計(jì),最大沖擊沖擊力 通過(guò)使用 RecurDyn(多體動(dòng)力學(xué))在本節(jié)中模擬機(jī)器人與管道內(nèi)表面之間的關(guān)系 模擬程 序)當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿伸展到適合管道直徑 400mm 時(shí)。 特別是選擇 直徑為 400mm 的管道而不是 300mm 直徑的管道,因?yàn)榧僭O(shè)前者具有比后者更大的加速 度和更長(zhǎng)的位移。 圖 9 采用氣動(dòng)壓力的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 表格 1 鏈接的初始設(shè)計(jì) Links 1 2 3 4 Length (mm) 91 91 37 145 Thickness (mm) 10 5 5 10 當(dāng) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與初始 拉伸表 1 的長(zhǎng)度尺寸和厚度 由于氣動(dòng),適合 400 毫米直徑的管道 它會(huì)碰撞壓力(推動(dòng)滑動(dòng)連桿,即連桿 5) 與管道的內(nèi)壁。 那 個(gè)時(shí)候,多體 動(dòng)態(tài)模擬程序,即 RecurDyn用于查找 機(jī)器人之間碰撞的 最大沖 擊力和管道的內(nèi)表面。 在這個(gè)動(dòng)態(tài)的第一步 仿真, 6 連桿滑動(dòng)的三維建模 使用 SolidWorks的機(jī)制(如圖 9 所示)是 導(dǎo)入 RecurDyn。 在此模擬中使用的約束條件 RecurDyn是重力,關(guān)節(jié),固定狀態(tài),接觸和 彈簧力條件。 重力由 g = 9.81m / s2 提供 在圖 10 所示的方向上,設(shè)置 6 個(gè)接頭 RecurDyn中的 Revolute Joints,如圖 10 所示 連接到接頭 1 的部分是固定的,而 下部是固定的 連接到第 2 關(guān)節(jié)不需要約束,以便它可以滑動(dòng)。 圖 10 關(guān)節(jié)和固定狀態(tài)的約束 機(jī)器人六個(gè) 6 連 桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞 管道內(nèi)表面只有一個(gè)六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)為 方便起見(jiàn),在 RecurDyn中考慮過(guò)。 2 個(gè) 6 連桿輪 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)由內(nèi)部“固體接觸” 給出側(cè)面如圖 11 所示。另外,固體接觸 條件是針對(duì)固定部件的碰撞而給出的(與 接頭 1 連接)與滑動(dòng)部分(連接到接頭 2) 。 圖 11 接觸約束 6 連桿機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)由 氣動(dòng)壓力。 但沒(méi)有氣動(dòng)壓力 RecurDyn計(jì)劃中的 約束。 在這個(gè)模擬中,我們 已賦予彈簧力氣動(dòng)壓力。 的情況下 氣動(dòng)壓力, 6 連 桿機(jī)構(gòu)滑動(dòng) 加速度為 2 m / s2。 通過(guò)動(dòng)態(tài)模擬 RecurDyn如圖 12 所示,彈簧力 條 件 彈簧常數(shù)為 5 N / mm,彈簧位移為 40 mm 使 6 連桿機(jī)構(gòu)以 1.97m / s2 加速度 滑動(dòng)。 因此,氣動(dòng)壓力可以用彈簧力代替常數(shù) 5 N / mm,位移 40 mm。 圖 12 彈簧力條件 圖 13 顯示了當(dāng) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與管道內(nèi)側(cè)(直徑 400 mm)碰撞時(shí)使用 RecurDyn模擬的沖擊力。 如該圖所示,機(jī)構(gòu)滑動(dòng) 1 秒鐘(從彈簧力條件起作 用的瞬間)。 然后我們可以看到最大沖擊力約為 100N。 圖 13 使用 RecurDyn的沖擊力仿真結(jié)果 4. 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 現(xiàn)在 我們處理 6 連桿滑動(dòng)的最佳設(shè)計(jì) 本節(jié)中的管道內(nèi)清潔機(jī)器人的機(jī)構(gòu)。 首先,最大沖擊力,即通過(guò)前一節(jié)中使用 RecurDyn的動(dòng)態(tài)模擬獲得的 100N, 加載到 6 輪鏈滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的車輪 1 的點(diǎn)上,如圖 14 所示( 3-D 模型) ANSYSWorkbench)。 我們假設(shè)車輪 1 在動(dòng)態(tài)模擬中比車輪 2 更早地與管道內(nèi) 側(cè)發(fā)生碰撞,因?yàn)檐囕?1 與 6 車道機(jī)構(gòu)的距離比車輪 2 短。然后使用 ANSYSWorkbench 進(jìn)行靜態(tài)分析基于 DOE( 也就是說(shuō),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))以獲得 4 個(gè)設(shè)計(jì)變量的最佳尺寸,即如圖 15 所示的 4 個(gè)鏈節(jié)的厚 度。 圖 14ANSYSWorkbench 的三維模型 圖 15 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)(俯視圖) DOE 通常用于通過(guò)對(duì)給定設(shè)計(jì)(或性能測(cè)試)問(wèn)題執(zhí)行最小模擬(或?qū)嶒?yàn)) 來(lái)提取最大信息。 DOE 可以幫助確定定量 關(guān)于問(wèn)題中每個(gè)設(shè)計(jì)(或?qū)嶒?yàn))因素 (或變量)的影響。 這導(dǎo)致找到設(shè)計(jì)(或?qū)嶒?yàn))變量的最佳值。 在 6 連桿機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)變量的數(shù)量(統(tǒng)計(jì)術(shù)語(yǔ)中的控制因子)是表 4 中所示的四個(gè)等級(jí) 中的四個(gè)。表 2 顯示了機(jī)器人谷的現(xiàn)場(chǎng)工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的每個(gè)因素的水 平。 對(duì)于這種 6 鏈路機(jī)制,四級(jí)四設(shè)計(jì)變量的正交陣列( L16)是使 用 DOE(特 別是 MINITAB)而不是全 256( 44)生成的。 表 2 設(shè)計(jì)變量的水平 Level Factor 1 2 3 4 Link1 Thickness(mm ) 5 10 3 8 Link2 Thickness(mm ) 5 10 3 8 Link3 Thickness(mm ) 5 10 3 8 Link4 Thickness(mm ) 5 10 3 8 基于表 3 的正交陣列( L16),使用 ANSYSWorkbench 對(duì) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 進(jìn)行 16 次靜態(tài)分析。 4 個(gè)設(shè)計(jì)變量的最優(yōu)值可根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選擇 :( 1) 6 連桿 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)應(yīng)高達(dá) 2(現(xiàn)場(chǎng)工程師在機(jī)器人設(shè)計(jì)中建議最佳安全系數(shù)為 2) ),( 2)應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)的質(zhì)量。 可以以與多目標(biāo)問(wèn)題類似的方式指定標(biāo)準(zhǔn)。 因此,該多目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)由等式( 1)給出。 這里 sf1 和 sf2 表示縮放因子。而且, w1 和 w2 是加權(quán)因子。根據(jù)等式( 1) 選擇適當(dāng)?shù)闹亓亢捅壤蜃又?。由于多目?biāo)標(biāo)準(zhǔn)必須是線性組合函數(shù),因此 0.5 的值已分配給 w1 和 w2。同時(shí), sf1 和 sf2 的常數(shù)分別由 0.5 和 0.5 給出,以便將 客觀標(biāo)準(zhǔn)的最大值的上限值設(shè)置為 1.根據(jù) DOE,進(jìn)行了 16 次分析。圖 16 顯示 了 使用 ANSYSWorkbench 通過(guò)靜態(tài)分析執(zhí)行的 16 個(gè)結(jié)果。因此,與其他 15 組設(shè)計(jì)變量相比,表 3 的最后一列顯示了紅色下劃線的最優(yōu)(對(duì)應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)的 最小值)設(shè)計(jì)變量。因此,鏈路 1,2,3 和 4 的最佳厚度均為 5mm,而鏈路 1,2,3 和 4 的初始厚度分別為 10mm, 5mm, 5mm, 10mm,如表 1 所示??梢宰⒁獾?, 最優(yōu)設(shè)計(jì)(或最佳厚度)具有目標(biāo)函數(shù)的值(即 0.09653),包括安全系數(shù) 2.7065 和質(zhì)量 0.145kg,遠(yuǎn)小于初始設(shè)計(jì)的情況,目標(biāo)值(即 0.27631) 功能包括安全系 數(shù) 3.6751 和初始質(zhì)量 0.241kg 的情況,如表 3 中的第 17 行(下劃線為藍(lán)色)所 示。特別是鏈節(jié)的材料是經(jīng)過(guò)特殊熱處理的 AL 7075-O( ss)。因此,我們可以 得出結(jié)論,與 Robot Valley, Inc。的專家進(jìn)行的初始設(shè)計(jì)相比, 4 個(gè)鏈路的最佳 設(shè)計(jì)具有接近 2 的最佳安全系數(shù)以及具有 4 個(gè)鏈路的最小質(zhì)量。 - 包括 具有這 些最佳尺寸的 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的管道清潔機(jī)器人如圖 17 所示。該原型機(jī)與 Robot Valley, Inc。合作進(jìn)行清潔測(cè)試。 表 3 正交陣列 圖 16 使用 ANSYSWorkbench 進(jìn)行靜態(tài) 分析的結(jié)果之一 圖 17 管內(nèi)清洗機(jī)器人的原型,包括最佳尺寸的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 5. 結(jié)論 最近,由于垃圾自動(dòng)收集設(shè)施(即 GACF)被廣泛安裝在韓國(guó)首爾大都市區(qū), 因此對(duì)管道內(nèi)清潔機(jī)器人的興趣正在增加。在 GACF 中,當(dāng)垃圾移動(dòng)時(shí),我們 必須去除粘附在垃圾內(nèi)表面的雜質(zhì) 管(直徑: 300mm 或 400mm)。因此,在本 文中,通過(guò)使用 TRIZ(俄語(yǔ)縮寫中的問(wèn)題解決的發(fā)明理論),我們提出了一種 GACF 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人,其具有 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu),可以調(diào)節(jié)以適合管道的內(nèi) 表面使用氣動(dòng)壓力(不是彈簧)。所提出的用于 GACF 的 管道內(nèi)清潔機(jī)器人本身 可以具有向前 /向后移動(dòng)以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn)。機(jī)器人本體應(yīng)具有適合直徑 為 300mm 的較小管道的有限尺寸。另外,對(duì)于直徑為 400mm 的管道,機(jī)器人 的連桿應(yīng)通過(guò)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑。基于這種概念 設(shè)計(jì),我們與韓國(guó) Robot Valley 公司的現(xiàn)場(chǎng)工 程師合作,建立了機(jī)器人的初始設(shè)計(jì)。對(duì)于管道內(nèi)清 潔機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì),當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿伸展到適合直徑 400mm 的管道時(shí),使 用 RecurDyn模擬機(jī)器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力。 。利用基于實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)的 ANSYSWorkbench(簡(jiǎn)稱 DOE),模擬了最大沖力對(duì)滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 6 連桿 施加的應(yīng)力。最后確定了最佳尺寸,包括 4 個(gè)連桿的厚度,以便在本文中具有最 佳安全系數(shù) 2,并且具有 4 個(gè)連桿的最小質(zhì)量。經(jīng)驗(yàn)證,與機(jī)器人谷公司專家進(jìn) 行的初步設(shè)計(jì)相比, 4 連桿的最佳設(shè)計(jì)具有接 近 2 的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量 為 4 連桿。管內(nèi)原型清潔 機(jī)器人包括具有這些最佳尺寸的 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu),已經(jīng) 與 Robot Valley, Inc。合作開發(fā)了清潔測(cè)試。為了進(jìn)一步研究這個(gè)原型,現(xiàn)有的 清潔工具需要重新設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單有效的類型,因?yàn)槠浞此⒌膹?fù)雜機(jī)理。