中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含UG三維3D建模及3張CAD圖紙+帶36頁(yè)加正文1.82萬(wàn)字】-jxsj30

中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含UG三維3D建模及3張CAD圖紙+帶36頁(yè)加正文1.82萬(wàn)字】-jxsj30

【詳情如下】【需要咨詢購(gòu)買全套設(shè)計(jì)請(qǐng)加QQ1459919609】

01.avi

1zhuangpeitu(zhengti.stp

UG

UGmoxing

中期檢查表.JPG

中期檢查表.pdf

大錐齒輪.dwg

文件清單.txt

裝配圖.dwg

說(shuō)明書正文.doc

驅(qū)動(dòng)軸1.dwg

摘  要

隨著科技的發(fā)展,中央空調(diào)為人們創(chuàng)造舒適環(huán)境的同時(shí)卻又帶來(lái)了隱患。“空調(diào)病”患者逐漸增多,造成這樣原因的就是中央空調(diào)通風(fēng)管道的并不能得到及時(shí)清洗，這讓人體健康受到了極大傷害。另一個(gè)方面的影響是不潔凈的空調(diào)風(fēng)管還會(huì)讓制冷效果下降,使得大量的能源被浪費(fèi)。故制造中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人目前刻不容緩。

本文闡述了國(guó)內(nèi)外中央空調(diào)清潔機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，講明了本課題的研究背景及意義，進(jìn)行了中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究設(shè)計(jì)，并針對(duì)現(xiàn)存情況,本文研制出一種具有自適應(yīng)可調(diào)型空調(diào)風(fēng)管清掃機(jī)器人,通過(guò)更換不用的刷頭及履帶足自變位系統(tǒng)機(jī)器人能夠滿足方管、圓管管道的清掃工作要求。通過(guò)履帶足上的電磁鐵的通斷電能夠?qū)崿F(xiàn)水平與垂直上升的工作要求。通過(guò)CCD彩色攝像機(jī)能實(shí)現(xiàn)控制人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

所設(shè)計(jì)的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人最終實(shí)現(xiàn)了不同管徑、不同管道的清洗工作，完成了自適應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人小型化、輕量化的要求，更適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展形勢(shì)。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；受力分析

Abstract

    With the development of science and technology, and create a comfortable environment for people of central air conditioning and brings hidden trouble."Air-condition disease" patients gradually increased, cause this is the central air conditioning ventilation pipes and can't get timely cleaning, greatly damage the human body health.Another aspect is the influence of unclean air duct refrigeration effect, still can let makes a lot of energy is wasted.So the manufacture of central air-conditioning duct cleaning robot is urgent.

    This paper expounds the development status of central air conditioning cleaning robots at home and abroad, clarifying the research background and significance of this topic, the central air-conditioning duct cleaning robot mechanical structure of the research design, and in view of existing situation, this paper developed a kind of adaptive adjustable type air duct cleaning robot, by changing the don't have to brush a head and tracked robot foot since the deflection system can satisfy the square tube, pipe pipe cleaning work requirements.By means of the electromagnet of caterpillar foot power to achieve horizontal and vertical rising job requirement.Through the CCD color video camera can realize real-time monitoring control personnel.

    The design of central air-conditioning duct cleaning robot finally achieved different pipe diameter, pipe cleaning, complete the function of adaptive, realize the request of the robot miniaturization, lightweight, more adapt to the development of the current domestic situation.

Keywords: adaptive； structural design； stress analysis

目   錄

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

目錄 Ⅲ

1 緒論 1

1.1設(shè)計(jì)意義及發(fā)展現(xiàn)狀 1

1.2國(guó)內(nèi)中央空調(diào)管道清洗機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及存在的弊端 1

1.3 本章小結(jié) 2

2 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)人的整體設(shè)計(jì) 3

2.1 機(jī)器人功能的總體設(shè)計(jì)方案 3

2.2 清洗機(jī)器人的尺寸及參數(shù)要求 3

2.3 清洗機(jī)器人的系統(tǒng)組成及功能 3

2.4 模擬清洗機(jī)器人的工作狀態(tài) 3

3 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人移動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5

3.1 清洗機(jī)器人整體尺寸大小的確定 5

3.2 機(jī)器人移動(dòng)方式的選擇 5

3.3機(jī)器人履帶爬壁的力學(xué)分析 6

  3.3.1 爬壁時(shí)靜態(tài)力學(xué)分析 6

  3.3.2 爬壁時(shí)運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析 7

3.4機(jī)器人履帶足的選擇 8

  3.4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 8

  3.4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇計(jì)算 9

  3.5 機(jī)器人履帶的強(qiáng)度校核 11

  3.6 本章小結(jié) 12

4 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人清洗部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13

  4.1  清洗臂升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13

  4.2  清洗刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的確定 14

  4.3  本章小結(jié) 15

5 機(jī)器人自適應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)及監(jiān)控設(shè)備的選擇 16

5.1 履帶足變位裝置 16

5.2 刷頭更換裝置 16

5.3中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人照明和檢測(cè)裝置 17

  5.4 本章小結(jié) 17

6 機(jī)器人工作時(shí)的受力分析 18

6.1機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 18

6.2機(jī)器人直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析 19

6.3 機(jī)器人在管道中移動(dòng)時(shí)拖線阻力的分析 20

  6.4. 機(jī)器人越障極限狀態(tài)分析 22

  6.5 機(jī)器人爬坡和跨越溝道能力的研究 24

  6.6 機(jī)器人在風(fēng)管內(nèi)轉(zhuǎn)彎時(shí)的通過(guò)性分析 25

  6.6.1 機(jī)器人在水平直角彎管的通過(guò)性分析 25

  6.6.2 機(jī)器人在矩形管斜接彎頭的通過(guò)性分析 26

  6.6.3 機(jī)器人在圓弧形彎頭的通過(guò)性分析 27

  6.7 機(jī)器人轉(zhuǎn)彎半徑的研究 28

  6.8 本章小結(jié) 29

7 總結(jié) 30

參考文獻(xiàn) 31

致謝 32

大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題 目 : 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師 : 李長(zhǎng)勇 學(xué)生姓名： 張玉劼 所屬院系： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程 班 級(jí) ： 機(jī)械 13 完成日期 ： 2017年 6 月 1日 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） Ⅰ 摘 要 隨著 科技的 發(fā)展 ,中央空調(diào)為人們創(chuàng)造舒適環(huán)境的同時(shí) 卻 又帶來(lái)了隱患?！翱照{(diào)病”患者逐漸增多 ,造成這樣原因 的就是中央空調(diào)通風(fēng)管道的 并 不能得到及時(shí)清洗 ，這 讓 人體健康 受到了 極大 傷 害。另一 個(gè) 方面的影響是不 潔 凈的空調(diào)風(fēng)管還會(huì)讓 制冷效果下降 ,使得 大量的能源 被 浪費(fèi)。故制造中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人 目前 刻不容緩。 本文 闡述 了國(guó)內(nèi)外中央空調(diào)清潔機(jī)器人的發(fā)展 狀況 ， 講明 了本課題的研究背景 及 意義， 進(jìn)行 了中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人的 機(jī)械結(jié)構(gòu)的 研究設(shè)計(jì)，并針對(duì)現(xiàn)存情況 ,本文研制出一種具有自適應(yīng)可調(diào)型空調(diào)風(fēng)管清掃機(jī)器人 ,通過(guò)更換不用的刷頭 及履帶足自變位系統(tǒng) 機(jī)器人能夠滿足方管、圓管管道的清掃工作要求。通過(guò)履帶足 上的電磁鐵的通斷電 能夠?qū)崿F(xiàn)水平與垂直上升的工作要求。 通過(guò) 所設(shè)計(jì)的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人最終實(shí)現(xiàn)了不同管徑、不同管道的清洗工作，完成了自適應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人小型化、輕量化的要求，更適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展形勢(shì)。 關(guān)鍵詞 ： 自適應(yīng) ； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ； 受力分析 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） Ⅱ of a of is t is of a of is of is of at of of in of a of by t to a of of to CD of of of to of 疆大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） Ⅲ 目 錄 摘要 ....................................................................... Ⅰ .................................................................. Ⅱ 目錄 ....................................................................... Ⅲ 1 緒論 ...................................................................... 1 發(fā)展現(xiàn)狀 ..................................................... 1 央空調(diào)管道清洗機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 及 存在的弊端 ....................... 1 章小結(jié) ............................................................... 2 2 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)人的整體設(shè)計(jì) ............................................. 3 器人功能的總體設(shè)計(jì)方案 ............................................... 3 洗機(jī)器人的尺寸及參數(shù)要求 ............................................. 3 洗機(jī)器人的系統(tǒng)組成及功能 ............................................. 3 擬清洗機(jī)器人的工作狀態(tài) ............................................... 3 3 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人 移動(dòng)部分 的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) ................................... 5 洗機(jī)器人整體尺寸大小的確定 ........................................... 5 器人移動(dòng)方式的選擇 ................................................... 5 ............................................... 6 壁時(shí)靜態(tài)力學(xué)分析 ............................................... 6 壁時(shí)運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析 ............................................... 7 ..................................................... 8 動(dòng)電機(jī)的選擇 ................................................... 8 動(dòng)電機(jī) 的選擇計(jì)算 ............................................... 9 器人履帶的強(qiáng)度校核 .................................................. 11 章小結(jié) .............................................................. 12 4 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人 清洗部分 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................. 13 清洗臂升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................................. 13 清洗刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的 確定 ................................................. 14 本章小結(jié) ............................................................. 15 5 機(jī)器人自適應(yīng)裝置的設(shè)計(jì) 及監(jiān)控設(shè)備的選擇 .................................... 16 帶足變位裝置 ........................................................ 16 頭更換裝置 .......................................................... 16 .................................. 17 章小結(jié) .............................................................. 17 6 機(jī)器人 工作時(shí)的受力分析 .................................................... 18 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） Ⅳ .............................................. 18 ................................................ 19 器人在管道中移動(dòng)時(shí)拖線阻力的分析 .................................... 20 機(jī)器人越障極限狀態(tài)分析 ............................................... 22 器人爬坡和跨越溝道能力的研究 ........................................ 24 器人在風(fēng)管內(nèi)轉(zhuǎn)彎時(shí)的通過(guò)性分析 ...................................... 25 器人在水平直角彎管的通過(guò)性分析 ................................ 25 器人在矩形管斜接彎頭的通過(guò)性分析 .............................. 26 器人在圓弧形彎頭的通過(guò)性分析 .................................. 27 器人轉(zhuǎn)彎半徑的研究 .................................................. 28 章小結(jié) .............................................................. 29 7 總結(jié) ..................................................................... 30 參考文獻(xiàn) .................................................................... 31 致謝 ....................................................................... 32 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 計(jì)意義 及 發(fā)展現(xiàn)狀 隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，科技步入了人們的生活?？照{(diào)系統(tǒng)在人們的日常生活中已經(jīng)發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。中央空調(diào)系統(tǒng)控制著樓內(nèi)中空氣的更新代謝，被稱為“建筑物之肺”。而中央空調(diào)風(fēng)管管道在 清洗工作 中則會(huì)積 聚 許多 粉塵 或病菌及放射物等，這些對(duì)人體有害的 東西 在送風(fēng) 進(jìn)行 中很容易的便 感 染了空氣，并且長(zhǎng)期被人體吸入，會(huì)極大地危害 大 眾的 身體 。因 此，人們?cè)谝筇岣呱钯|(zhì)量同時(shí)，對(duì)于提高工作及居住場(chǎng)所 的 環(huán)境質(zhì)量的呼聲也越來(lái)越 急迫 。正是因?yàn)檫@樣，中央空調(diào)風(fēng)管管道清洗行業(yè)也必將成為一個(gè)中國(guó)新興的 還將 有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對(duì)中央空調(diào)風(fēng)管清潔機(jī)器人的研究更是具有很高的社會(huì)價(jià)值及 其 商業(yè)價(jià)值。 在國(guó)外一些發(fā)達(dá) 的國(guó)家 ， 對(duì)于 中央空調(diào)風(fēng)管管道的 清潔 頒布了較為嚴(yán)格 的 使用期限及清洗法律 ,例如美國(guó)國(guó)家風(fēng)管管道清洗協(xié)會(huì)制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《暖通管道空調(diào)系統(tǒng)的評(píng)估、清洗及修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)》，而日本制定了《日本風(fēng)道管道清洗協(xié)會(huì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。醫(yī)院、學(xué)校等需要每年清洗一次。類似的法律的產(chǎn)生完全可以 預(yù)見將來(lái)空調(diào)法將在世界各地開始實(shí)施。目前，許多發(fā)達(dá)國(guó)家均成立建設(shè)了中央空調(diào)風(fēng)管管道清洗協(xié)會(huì) ,如美國(guó)、英國(guó)的、瑞典的等等 ,已 經(jīng) 形成了一個(gè)非常 具體 的行業(yè)。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) ,目前國(guó)際上生產(chǎn)通風(fēng)管道清洗機(jī)器人的公司已不下 20 家 ,如瑞典的 ,加拿大的 ， 美國(guó)的與韓國(guó)的，英國(guó)的等。一些比較成熟并且具有代表性的生產(chǎn)產(chǎn)品如圖 1 圖 1內(nèi) 中央空調(diào)管道清洗機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 及 存在的弊端 相較于國(guó)外 ,我國(guó)目前中央空調(diào)的應(yīng)用正處于穩(wěn)步發(fā)展中。 2004 年我國(guó)第一臺(tái)風(fēng)管管道清 洗機(jī)器人由中科院蘭州分院研發(fā)成功。據(jù) 資料分析 ,其研制的清洗機(jī)器人樣機(jī) 實(shí)際 是根據(jù)矩形空調(diào)通風(fēng)管道的規(guī)格設(shè)計(jì)的 ,它具有對(duì)風(fēng)管管道內(nèi)污染情況實(shí)施觀察 、 在風(fēng)管管道中行走、對(duì)污染物及時(shí)進(jìn)行清潔的功能。這之后管道清洗機(jī)器人行業(yè) 已經(jīng) 取得了較大的發(fā)展。如清華大學(xué)、浙江大學(xué)、東華大學(xué)、大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 1 2 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、深幼大學(xué)等 ,已經(jīng)取得一定的成果。而東華大學(xué)獨(dú)立研制的中國(guó) 的、 首個(gè)能完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“自主變位 的 四履帶足機(jī)器人”如圖1示 ,此機(jī)器人憑借著 四個(gè)獨(dú)立的 的運(yùn)動(dòng)支腳 ,實(shí)現(xiàn)在空調(diào)管道內(nèi)靈活的 移動(dòng) ,還能完成如 越溝、 直立、爬坡等這 些高難度動(dòng)作。而 舉升式 的清洗臂能適應(yīng)于各種尺寸 、各種管道 的風(fēng)管管道，同時(shí)自帶的彩色攝像頭則能夠讓操作 人 員隨時(shí)監(jiān)控著機(jī)器人的清掃效果?？筛鼡Q的清洗刷能夠適應(yīng)于各種形狀的管道并進(jìn)行清 洗 。此機(jī)器人采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的技術(shù) ,從而 實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,可靠性好優(yōu)點(diǎn)。 圖 1中央空調(diào)系統(tǒng)通風(fēng)管道一般選用圓管 ,使其易于清洗 ,并且各種形狀管道的尺寸規(guī)格等都有明確的標(biāo)準(zhǔn) ,加上空調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)也較為到位 ,使得風(fēng)管內(nèi)臟亂程度相對(duì)于國(guó)內(nèi)較低 。 而國(guó)內(nèi)的風(fēng)管管道制作極為不規(guī)范 ,管道設(shè)計(jì)規(guī)格多 ,且經(jīng)常存在變徑的情況 ,再加上空氣質(zhì)量普遍較差 ,造成管道內(nèi)比較臟 ，造成清洗難度大。并且設(shè)備本身而言就很少針對(duì)中國(guó)的空調(diào)通風(fēng)管道的一些具體情況作出相適應(yīng)的設(shè)計(jì) ,造成在國(guó)內(nèi)工作效果并不理想。另外國(guó)外的風(fēng)管管道清洗機(jī)器人設(shè)備價(jià)格較為昂貴 ,使得一般清洗服務(wù)單位實(shí)在很難承受。針對(duì)這些緊需改變的情況 ,本文研究設(shè)計(jì)出了一種自適應(yīng)型風(fēng)管管道清洗機(jī)器人 ,它實(shí)現(xiàn)了滿足各種形狀和尺寸的風(fēng)管管道的清掃工作的要求 ,并且本文還對(duì)其各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及其受力情況進(jìn)行了分析。 章小結(jié) 本章主要介紹了所選的課題的來(lái)源以及研究背景 ,闡明了 中央空調(diào)風(fēng)管管道污染所造成的嚴(yán)重性以及定期清洗的必要性 ,并且說(shuō)明了目前國(guó)內(nèi)外中央空調(diào)通風(fēng)管道系統(tǒng)清洗狀況 ,引出了本課題的核心，即如何制造適應(yīng)于國(guó)內(nèi)中央空調(diào)風(fēng)管的清洗機(jī)器人，并說(shuō)明了本次課題研究的主要內(nèi)容。 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 3 2 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)人的整體設(shè)計(jì) 器人功能的總體設(shè)計(jì)方案 本文所研究并且設(shè)計(jì)的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人所要完成的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格的中央空調(diào)風(fēng)管的清掃及檢測(cè)工作。目前大部分風(fēng)管采用矩形管道 ,而圓形管道則是符合了我國(guó)中央空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)清洗行業(yè)達(dá)到規(guī)范化的趨勢(shì) ,所以從現(xiàn)實(shí)和前景來(lái)綜合考慮 ,本文所研制的清洗機(jī)器人是有自適應(yīng)型結(jié)構(gòu)的機(jī)器人 ,這種結(jié)構(gòu)使它能夠在不同的形狀和尺寸的風(fēng)管中正常工作 ,同時(shí)也確保清洗機(jī)器人系統(tǒng)的靈活性、可靠性以及清洗作業(yè)裝置的高效率性 ,并要實(shí)現(xiàn)在此基礎(chǔ)上 ,盡可能的使整個(gè)設(shè)置實(shí)現(xiàn)小型化和操作方便合理化 ,要使其具備一定的轉(zhuǎn)彎、爬坡和越障能力。且為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)管管道機(jī)器人的自適應(yīng)性 ,本文所研制的機(jī)器人采用履帶足變位裝置，通過(guò)連接桿的角度變化可以實(shí)現(xiàn)在矩形管和圓管中的清洗工作。通過(guò)更換底部履帶足與吸盤底則可以實(shí)現(xiàn)在水平管與垂直管中的行走。同時(shí)清掃臂舉升機(jī)構(gòu)采用 絲桿結(jié) 構(gòu)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的正反 轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)升高或降低。另外，通過(guò)清洗臂的刷頭轉(zhuǎn)化裝置則可以更換清洗刷，從而使該風(fēng)管清洗機(jī)器人能夠適應(yīng)各種不同類型和尺寸的管道。 洗機(jī)器人的尺寸及參數(shù)要求 為盡可能使整個(gè)系統(tǒng)小型化及操作合理方便 , 能夠穩(wěn)定運(yùn)行并且具有一定的越障、和爬坡自適應(yīng)能力。順利完成清掃作業(yè)任務(wù)?，F(xiàn)對(duì)清洗機(jī)器人系統(tǒng)提出以下性能參數(shù)指標(biāo)： （ 1）機(jī)器人主體尺寸 340*292*156（ 2）清洗高度范圍： 200 （ 3）機(jī)器人自重： 6 （ 4）最大行走速度： 12m/ 5）最大爬坡角度： 30° （ 6）最大工作行程： 30m （ 7）驅(qū)動(dòng)方式：直流電機(jī) （ 8）行走方式：履帶式 （ 9）最小回轉(zhuǎn)半徑： 146 （ 10）工作時(shí)間：≥ 8小時(shí) （ 11）控制方式：電纜線連接清洗機(jī)器人傳輸信號(hào) 洗機(jī)器人的系統(tǒng)組成及功能 為保障清洗機(jī)器人能夠順利、高效的完成清洗任務(wù)。于是機(jī)器人具有以下功能模塊： （ 1）移動(dòng)模塊 ； （ 2）清洗模塊 ； （ 3）控制模塊 ； （ 4）驅(qū)動(dòng)模塊 ； （ 5）監(jiān)控模塊 ； （ 6）自適應(yīng)模塊 ； 擬清洗機(jī)器人的工作狀態(tài) （ 1）根據(jù)所給出需清洗 管道 的建筑圖紙 ,根據(jù)實(shí)際情況制定詳細(xì)的清洗方案 。 （ 2）在適當(dāng)位置開施工口 ,放入風(fēng)管清洗機(jī)器人 。 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 4 （ 3）根據(jù)矩形管或是圓管，更換相適應(yīng)的清洗刷。另外還需要調(diào)節(jié)履帶足的角度，使之實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性。通過(guò)連接桿可以改變履帶足的角度，使之適應(yīng)于圓管。 （ 4）根據(jù)水平管道或垂直管道，可以將底部履帶足 上的電磁鐵通電 ，將機(jī)器人的水平運(yùn)動(dòng)改為垂直運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性。 （ 5）在機(jī)器人行走的過(guò)程中，工作人員可以通過(guò)監(jiān)控?cái)z像頭確定機(jī)器人的工作狀態(tài)并進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整。 章小結(jié) 本章主要介紹了本文所設(shè)計(jì)的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人總體設(shè)計(jì)方案 ,提出 了其具體參數(shù)及工作指標(biāo) ,并闡述了管道機(jī)器人各個(gè)組成單位間的關(guān)系及主要作用及各模塊的功能。 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 5 3 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人 移動(dòng)部分 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 洗機(jī)器人整體尺寸大小的確定 要完成機(jī)器人的自適應(yīng)性，則要保證他在各種尺寸的管道中能夠正常工作，根據(jù)實(shí)際情 況而言，機(jī)器人較容易出現(xiàn)不能正常工作的地方即卡死的地方是直角彎管。 圖 3a） 圖 3b） 計(jì)算機(jī)器人通過(guò)率時(shí)，需計(jì)算兩種極限情況。 第一種如圖 3a）所示，當(dāng)機(jī)器人的前后兩端處于彎管的直管部分時(shí)， 機(jī)器人的寬度 d 及長(zhǎng)度 L 應(yīng)滿足下式： m a / 2 ) c o s 4 5 ( / 2 )( / 2 ) s i n 4 5 ( / 2 ) c o s 4 5d R D R R D ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ???（ 3 要使 (R+D/2)— （ ）＞ 0，則彎管曲率半徑 L 與空調(diào) 風(fēng)管管道直徑 ＜ 3,而在實(shí)際生活彎管曲率半徑通常大于 3m，風(fēng)管直徑小于 600 所以第一種情況可以排除。 第二種如圖 3b）所示，當(dāng)機(jī)器人的前后兩端處于彎管的彎管部分時(shí)， 機(jī)器人的寬度 d 及長(zhǎng)度 L 應(yīng)滿足下式： 22m a / 2 ) ( / 2 ) R D ???? ? ? ? ???（ 3 由這兩個(gè)公式，將機(jī)器人長(zhǎng)度 L、管道寬度 D、及機(jī)器人寬度 d 代入式中，可得機(jī)器人長(zhǎng)度最大長(zhǎng)度 L≤ 513 綜合考慮機(jī)器人的性能且要實(shí)現(xiàn)小型化，故最終確定尺寸為 340× 294×156（ 器人移動(dòng)方式的選擇 目前國(guó)內(nèi)外的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)形式主要采用車輪式、腿足式、履帶式、蛇行式等 ,根據(jù)具體情況的不同來(lái)分別選用合適的移動(dòng)機(jī)構(gòu)。其中車輪式、腿足式和履帶式這三種移動(dòng)方式較為實(shí)用，因?yàn)樗鼈兘Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 6 安裝與控制，故應(yīng)用也最多的。本文為了優(yōu)選移動(dòng)方式 ,對(duì)這三種移動(dòng)方式的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)進(jìn)行了對(duì)比。詳情見下表 3 表 3輪式、履帶式、腿足式移動(dòng)方式的比較 移動(dòng)方式 車輪式 履帶式 腿足式優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、移動(dòng)速度快、操作靈活方便著地面積大、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性高，適用于多種路面自適應(yīng)性較強(qiáng)、越障能力強(qiáng)、對(duì)路面的接觸能力較強(qiáng)缺點(diǎn)著地面積小、越障能力不強(qiáng)、爬坡能力較弱、平穩(wěn)性不強(qiáng)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，履帶較容易磨損行走速度慢 、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、效率低行走原理兩側(cè)履帶由獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)清洗機(jī)器人的移動(dòng)有多個(gè)腳盤進(jìn)行反復(fù)吸附、脫落而進(jìn)行移動(dòng)裝配多個(gè)車輪，每個(gè)車輪有獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)根據(jù)這三種行走方式綜合考慮，本文的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器 人選用履帶足行走機(jī)構(gòu)。因?yàn)槁膸叫凶邫C(jī)構(gòu)具有較大的穩(wěn)定性 ,支撐面積大 ,越障能力較強(qiáng) ,符合本文的多適應(yīng)性原則。本文中履帶式行走機(jī)構(gòu)由兩個(gè)各裝有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的履帶足控制移動(dòng)。通過(guò)點(diǎn)擊的正反轉(zhuǎn)及單個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)、后退及轉(zhuǎn)彎。 器人履帶爬壁的力學(xué)分析 根據(jù)本文設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這一節(jié)進(jìn)行相適應(yīng)的力學(xué)分析，確保機(jī)器人能夠完成設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。并且為下一節(jié)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供必要的設(shè)計(jì)參數(shù)。 本文采用靜電吸附原理實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的爬壁運(yùn)動(dòng)。靜電吸附是指對(duì)導(dǎo)電電極施加高壓靜電從而 在電極上產(chǎn)生出大量自由電荷，利用自由電荷所激發(fā)的高壓強(qiáng)電場(chǎng)促使吸附單元磁化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吸附。以鋁箔為吸附電極，兩端覆以絕緣層，防止電荷流失及受外界環(huán)境影響。 要實(shí)現(xiàn)在垂直壁面上的運(yùn)動(dòng)，要完成“吸附”、“移動(dòng)”這兩方面。首先，根據(jù)“爬壁”這一特性來(lái)進(jìn)行力學(xué)分析，為了使機(jī)器人能夠在垂直壁上行走，需要對(duì)垂直避免上的近期人進(jìn)行靜態(tài)的受力分析：其次，要對(duì)其移動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行受力分析，用來(lái)確定電機(jī)的轉(zhuǎn)矩及履帶輪的設(shè)計(jì)，確定電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)，進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。 壁時(shí)靜態(tài)力學(xué)分析 由于機(jī)器人在垂直壁面上的失效形式 是是沿壁面下滑，于是就此進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算極限條件，要使機(jī)器人剛好下滑，有以下計(jì)算： 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 7 ???????????? （ 3 由此式可推地： ??????????? ? （ 3 G — 爬壁機(jī)器人一半的重量， G=i — 壁面對(duì)履帶上一個(gè)吸附單元的支持力， N 履帶上一個(gè)吸附單元對(duì)壁面的吸附力， N ? — 一個(gè)吸附單元對(duì)壁面的摩擦力， ? =0.5 n — 單邊履帶上有吸附作用的個(gè)數(shù)， n=9 將數(shù)值代入，可得 ?即單個(gè)吸附單元對(duì)壁面產(chǎn)生的吸附力 ?由此可知，單個(gè)吸附單元的最小吸附力約為 7N，考慮到一些不確定因素，需要適當(dāng)?shù)奶岣邫C(jī)器人與壁面的吸附力，但同時(shí)吸附力增大，會(huì)增大電機(jī)的輸出扭矩，導(dǎo)致爬壁機(jī)器人的體積增大，綜合考慮，采用的單個(gè)吸附單元最小吸附力為 F=15N。 由于吸附裝 置需要配套在同步帶上，所以其長(zhǎng)度有一定的限制，但是考慮到吸附張志需要支撐整個(gè)爬壁機(jī)器人，所以希望吸附的長(zhǎng)度盡可能長(zhǎng)些，以保證爬壁機(jī)器人的穩(wěn)定性，所以按要求選擇的電磁鐵的長(zhǎng)度接近同步帶的寬度為 37個(gè)電磁鐵的總體尺寸為 20× 35× 10標(biāo)準(zhǔn)的電磁鐵吸附力? ，故滿足爬壁的條件。 壁時(shí)運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析 首先分析基本的單電極吸附模式，如圖 3示，為 使機(jī)器人在垂直壁面上運(yùn)動(dòng)，需要所選用的電機(jī)提供足夠 的動(dòng)力，下面進(jìn)行必要的計(jì)算，從而確定電機(jī)的參數(shù)及型號(hào)。 向上爬行 時(shí) ，機(jī)器人單側(cè)的輸出力矩應(yīng)該克服履帶最下端的吸附單元的吸附力 G。（ H=機(jī)器人重心離 壁面 的距離，取 100 即 0??? 3 M ?? （ 3 式中 a— 吸附力與支持 力 的距離，取最大值 a=10附裝置寬度 a=20 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 8 所以 ? 機(jī)器人向下爬 行時(shí)的受力分析 清洗機(jī)器人向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，相比向上運(yùn)動(dòng)時(shí)需要一個(gè)制動(dòng)力矩來(lái)防止機(jī)器人下滑，做出受力分析：（ 0??? （ 3 此時(shí)可以很明顯的發(fā)現(xiàn)，相比之下，向上爬行的所需電機(jī)力矩更大一些。 故確定了此風(fēng)管清洗機(jī)器人的履帶足上最小吸附力 5N，履帶足上的電機(jī)所需的輸出轉(zhuǎn)矩 一段將根據(jù)這個(gè)選擇履帶中的電機(jī)。 器人履帶足的選擇 動(dòng)電機(jī)的選擇 目前，國(guó)內(nèi)外一致將機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式分為：電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)及氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)等。橫向做出以下比較。 表 3動(dòng)方式的比較 驅(qū)動(dòng)方式 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)精度高、比較容易實(shí)現(xiàn)密封、有優(yōu)良的調(diào)速技能，對(duì)周圍環(huán)境要求較低，所需輔助設(shè)備較少，推力大、體積小、調(diào)速方便成本低、動(dòng)作可靠、不發(fā)熱、無(wú)污染缺點(diǎn)推力較小、要完成大推力時(shí)，成本較高系統(tǒng)成本高、可靠性差、維修保壓麻煩推力較小，不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的中間位置調(diào)節(jié)，通常是兩個(gè)極限位置使用 綜合本課題所研究的中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人，要實(shí)現(xiàn)在密封狹小的工作環(huán)境中正常工作，又要實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化且成本較低，完全可以滿足所需的工作條件，故最終選用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 而電機(jī)驅(qū)動(dòng)目前又分為交流電機(jī)、直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。下面做出比較選擇： 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 9 表 3機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的選擇 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式交流電機(jī) 直流電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 伺服電機(jī)電機(jī)組成及工作原理主要分為同步電機(jī)和異步電機(jī)，定子繞組中通入三相電源時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)造成鐵芯切割磁感線，鐵芯上產(chǎn)生電流，電流收到磁場(chǎng)力的作用，鐵芯旋轉(zhuǎn)定子磁鐵、轉(zhuǎn)子、換向器、電刷、機(jī)殼、軸承等構(gòu)成，通過(guò)轉(zhuǎn)子和換向器使電流方向隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)分為永磁式（反應(yīng)式（混合式（工作原理：利用電子電路，將直流電變?yōu)榉謺r(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出，分為直流和交流伺服電機(jī)兩大類主要特點(diǎn)沒有電刷與換向器，無(wú)需維修。但驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，價(jià)格高控制簡(jiǎn)單、體積小、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩容易控制、效率高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大直接用數(shù)字信號(hào)控制，與計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)換效率低，易失步，過(guò)載能力弱當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著扭矩的增加而勻速下降調(diào)速方法分為電壓控制與頻率控制。其中，異步電機(jī)采用電壓控制調(diào)速采用電壓控制方式，兩者成正比，轉(zhuǎn)矩控制采用電流控制方式，兩者成正比用控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到精準(zhǔn)定位的目的，同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的調(diào)速方法由三種，調(diào)節(jié)電阻節(jié)電樞電壓節(jié)磁通的值根據(jù)本文的實(shí)際要求，要達(dá)到有較大的轉(zhuǎn)矩，且實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的速度變化，具有較快的響應(yīng)能力，有較大的負(fù)載能力，且要對(duì)電機(jī)進(jìn)行靈活的控制機(jī) 調(diào)速，故應(yīng)選擇控制類電機(jī)，根據(jù)本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人索要滿足的結(jié)構(gòu)條件及所要適應(yīng)的工作環(huán)境綜合考慮，滿足這些要求的，即選用直流伺服電機(jī)。 動(dòng)電機(jī) 的選擇計(jì)算 根據(jù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，我們選取機(jī)器人移動(dòng)的最大速度為 2m/合考慮清洗機(jī)器人的安裝尺寸及性能要求等方面的因素，擬選定的同步帶輪的大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 10 直徑為 d=45時(shí)，主動(dòng)帶輪最大的轉(zhuǎn)速為： m 2 ??? ?（ 3 根據(jù)實(shí)際情況，設(shè) 電纜的質(zhì)量 管壁間的摩擦系數(shù) ? =時(shí) 拖動(dòng)電纜所需 的 力 ???? ?。 而 爬坡阻力 為 ?式中， ? ， ? 為機(jī)器人最大爬坡角度， ? =30°。故爬坡阻力 慮到機(jī)器人在行走過(guò)程中還會(huì)遇到一些其它的阻力，故去總阻力為 02 ?則單個(gè)履帶足所需要提供的驅(qū)動(dòng)力 為 35N，則單個(gè)履帶足最大的功率 為 ?? 。 則 驅(qū) 動(dòng) 功 率 ： c ??? ( K A ） WP ?? ? （ 3 式中 ? — 帶輪的傳動(dòng)效率， 由于電機(jī)與主動(dòng)輪的傳動(dòng)比是 ，故驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速m rn n ?? 根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率 L 型。查詢機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定標(biāo)準(zhǔn)帶輪的外 徑 d=徑 ，齒數(shù)為 Z=30，節(jié)距 據(jù)機(jī)器人總體尺寸設(shè)中心距為a=250帶長(zhǎng) d 65320 ??? ?。按國(guó)標(biāo) 11616 表 標(biāo)準(zhǔn)帶長(zhǎng)為 線長(zhǎng) 齒數(shù)為 130個(gè)齒。根據(jù)帶長(zhǎng)反推可得出，帶輪間的中心距應(yīng)該為 a=251據(jù)機(jī)器人的綜藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，取帶寬為37 此時(shí)還要進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)的扭矩計(jì)算， 故根據(jù)本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)確定履帶足最大的驅(qū)動(dòng)力矩為 ? 2 表 3帶足 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要參數(shù) ： 額定電壓 24v 轉(zhuǎn)速 50~200機(jī)尺寸 36*63（ 出 軸直徑 6出軸長(zhǎng) 15 功率 約 30W 扭矩 約 m ???（ 3 ?????? 22 6(?大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 11 顯然 ? 故此電機(jī)可以滿足本文設(shè)計(jì)的清洗機(jī)器人所需的驅(qū)動(dòng)功率及轉(zhuǎn)矩。 器人履帶的強(qiáng)度校核 選取同步帶時(shí)為了滿足上面所需要固定的吸附單 元，故選帶寬為 37 m a 0 ?? ??? （ 3 經(jīng)查詢與計(jì)算， v /30~25/a x ???，滿足條件。 同步帶傳動(dòng)時(shí)，帶齒受力情況有剪切應(yīng)力，帶齒及帶輪之間的摩擦磨損，同時(shí)，在同步帶傳動(dòng)力矩是，同步帶在進(jìn)入主動(dòng)輪還會(huì)受到拉應(yīng)力。故，同步帶的失效形式有以下幾種： （ 1） 同步帶受拉應(yīng)力一起疲勞斷裂 （ 2） 帶齒斷裂 （ 3） 帶齒工作面被磨損，失去有效的工作面 通過(guò)研 究與查詢，當(dāng)同步帶工作時(shí)，并且?guī)С贼~帶齒輪嚙合齒數(shù) 6?，同步帶的帶齒剪切強(qiáng)度會(huì)大于抗拉強(qiáng)度。在現(xiàn)代加工工藝中，同步帶的耐磨性有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，故先暫時(shí)不考慮帶齒失效的現(xiàn)象。在本文的正常工作條件下，同步帶的失效形式是在拉應(yīng)力作用下的疲勞斷裂。所以要用同步帶的抗拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 在同步帶張緊且不打滑的情況下，及同步帶與同步輪嚙合處，剛好是同步帶入彎點(diǎn)，這樣可以是剪切應(yīng)力沿同步帶的平面方向，方便進(jìn)行計(jì)算。 進(jìn)分析可得，同步帶齒所受 的力是輪齒作用給帶齒的剪切力 r ?（ 3 同步帶所受到的拉應(yīng)力近乎等于剪切力，即 41' ??? （ 3 經(jīng)計(jì)算，履帶的拉應(yīng)力總是小于許用拉應(yīng)力 則可得出結(jié)論，在正常的工作條件時(shí)，本文所設(shè)計(jì)的同步帶并不會(huì)出現(xiàn)斷裂的情況。 最終設(shè)計(jì)出來(lái)的履帶機(jī)構(gòu)如下圖所示： 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 12 章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)器人各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和確定 ,主要包括移動(dòng)機(jī)構(gòu)、即履帶的水平及爬壁方式進(jìn)行了設(shè)計(jì)和選用。移動(dòng)機(jī)構(gòu)確定了移動(dòng)方案和驅(qū)動(dòng)方式 ,并選擇出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。最后進(jìn)行了一系列的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算，經(jīng)計(jì)算，所設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足所需要求。 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 13 4 中央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人 清洗部分 的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 清洗機(jī)器人要完成清洗風(fēng)管的正常清洗工作，清洗部分的設(shè)計(jì)必不可少。清洗裝置包括清洗臂、清洗臂升降機(jī)構(gòu)、清洗刷。下面就進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算，通過(guò)清洗臂及升降機(jī)構(gòu)來(lái)適應(yīng)不同尺寸的風(fēng)管管道，再通過(guò)清洗刷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)毛刷與管壁接觸，從而完成正常的清洗工作，確保清洗的效率及質(zhì)量。 清洗臂升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 目前，運(yùn)用在清洗機(jī)器人舉升機(jī)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)主要有螺桿滑塊結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)升降的步驟是：螺桿在電機(jī)的帶動(dòng)下作順時(shí)針或著逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) ,這時(shí)螺桿上的滑塊沿著螺桿左右移動(dòng)，接著通過(guò)支撐桿把清洗臂升起或是降落。而在實(shí)際清洗過(guò)程 中 ,清洗臂的調(diào)節(jié)角度不宜過(guò)度 ,所實(shí)現(xiàn)的最大舉升高度約為 臂長(zhǎng) ,這種舉升機(jī)構(gòu)并不是適應(yīng)于目前我國(guó)國(guó)內(nèi)還沒有進(jìn)行規(guī)范的風(fēng)管管道。所以本文所采用的舉升機(jī)構(gòu)是絲桿滑塊機(jī)構(gòu)，符合本文所涉及的機(jī)器人輕量化、小型化的要求，并且能夠通過(guò)更滑清洗刷完成不同尺寸風(fēng)管管道的清洗工作。 本文設(shè)計(jì)的升降機(jī)構(gòu)類似于卡車自卸車的舉升機(jī)構(gòu)，由支撐板、連接桿、絲桿及萬(wàn)向輪構(gòu)成。能夠?qū)崿F(xiàn)舉升角度為 40°，舉升高度為 200使清洗機(jī)器人具有了更大的清洗范圍，能夠適應(yīng)不同尺寸的風(fēng)管管道。 現(xiàn)在進(jìn)行簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)計(jì)算，絲桿的設(shè)計(jì)計(jì)算： ? ? ? ? 30333 5 0 0 0 5 0 0 0 0 d ?? ?? （ 4 此時(shí) 1400 ?A,故絲桿直徑 ，取絲桿直徑 ? 并由此可知，絲桿滑塊舉升機(jī)構(gòu)各部分的零件直徑只需大于 可完成舉升運(yùn)動(dòng)所需的強(qiáng)度條件。 現(xiàn)在電機(jī)的扭矩計(jì)算，由 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，此電動(dòng)機(jī)僅僅用于清洗臂的舉升機(jī)構(gòu)的升降。 它需要克服的力包含清洗臂的重量，舉升機(jī)構(gòu)的重量及清洗工作進(jìn)行時(shí)的阻力，本文設(shè)計(jì)的小車為實(shí)現(xiàn)輕量化的原則，清洗臂及舉升機(jī)構(gòu)的自身重力都不大，所選用的 30W 直流電機(jī)能夠滿足清洗要求。 為留有安全余量，現(xiàn)設(shè)電動(dòng)機(jī)需舉起的力為 00? ，速度為 .1 ，絲桿轉(zhuǎn)速 則電動(dòng)機(jī)所需的功率 0?? ，故電機(jī)所需扭矩 這個(gè)作為選電機(jī)的依據(jù)，根據(jù)前面表 3列電機(jī)選擇直流減速電機(jī)，故所選舉升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下： m 3 ? ?T ??? 0大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 14 表 4洗臂 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要參數(shù) ： 額定電壓 24v 轉(zhuǎn)速 50~200機(jī)尺寸 36*63（ 出軸直徑 6出軸長(zhǎng) 15 功率 約 30W 扭矩 約 m 由于機(jī)器啟動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷和運(yùn)轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)的過(guò)載現(xiàn)象，所以應(yīng)當(dāng)按軸上的最大轉(zhuǎn)矩最為聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 按下式計(jì)算： （ 4 式中： T — 公稱轉(zhuǎn)矩， 工作情況系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)表 14 A故 ? 照 ? ? （ 4 條件由聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)中選定該聯(lián)軸器型號(hào)為 00中的 ??T 為該型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩，經(jīng)查詢計(jì)算機(jī)比較得 ? ? ?? 4接著校核最大轉(zhuǎn)速，被連接軸的轉(zhuǎn)速 n 不應(yīng)超過(guò)所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速 即 m 000m a x rn n ?? 設(shè)計(jì)如圖 4示： 圖 4清洗刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的確定 對(duì)于清洗工作，清洗刷與管道的契合度是一個(gè)很重要的因素。機(jī)器人進(jìn)行清掃工作時(shí) ,清洗刷處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)中 ,刷毛掃過(guò)邊角以及與管壁的摩擦都會(huì)受到較大的阻力矩 ,如果毛刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率不夠就會(huì)因扭矩不足而停止轉(zhuǎn)動(dòng) ,時(shí)間一長(zhǎng)甚至?xí)龤щ姍C(jī)。因此在清洗刷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中我們需要選用一個(gè)功率和轉(zhuǎn)速都符合要求的毛刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 本文通過(guò)測(cè)量毛刷旋轉(zhuǎn)所需扭矩來(lái)確定驅(qū) 動(dòng)電機(jī)參數(shù)。如圖 4示 ,扭矩,F 為毛刷在工作過(guò)程中所需的穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)力 ,R 為毛刷軸半徑。對(duì)于一個(gè)已知的清洗刷頭 ,R 可以直接用尺量出 ,我們只需要測(cè)出 F 的大小 ,就可以計(jì)算大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 15 出所需扭矩 M ?？梢圆捎萌缦履M的方法來(lái)測(cè)量將一條繩子系在彈簧秤上 ,然后將繩子的另一頭繞在毛刷軸之上 ,并確保繩與軸之間不產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng) ,開始進(jìn)行實(shí)況模擬 ,將毛刷放置于管道內(nèi) ,固定其中心軸的位置 ,拉動(dòng)彈簧秤使毛刷產(chǎn)生平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng) ,此時(shí)彈簧秤的數(shù)值即為 F 的大小。 圖 4將測(cè)出的數(shù)據(jù)帶入 里 計(jì)算出能使毛刷在一般情況下正常平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩為 ? 為了保證基本的清洗要求 ,根據(jù)實(shí)際情況選取 毛刷驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速 000 計(jì)算。 此時(shí)電機(jī)功率可以通過(guò)下式求出 ： 5 01 00 5 0 ???? （ 4 由于電機(jī)在實(shí)際傳動(dòng)過(guò)程中會(huì)損失一部分功率 ,因此我們選擇電機(jī)的功率 要大于這個(gè)數(shù)值 ,綜合考慮到電機(jī)的性價(jià)比和安裝尺寸等 ,最后選擇型號(hào)為57 表 4洗刷 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要參數(shù) ： 額定電壓 24v 轉(zhuǎn)速 3000機(jī)長(zhǎng)度 48（ 重量 600g 輸出軸長(zhǎng) 15 功率 63W 扭矩 m 本章小結(jié) 本章對(duì)機(jī)器人 的清洗機(jī)構(gòu)進(jìn)行了 設(shè)計(jì)和 計(jì)算 。確定了 清洗 方 案 ,并選擇出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī) ，完成了 清洗機(jī)構(gòu)包括清洗臂舉升機(jī)構(gòu)和清洗刷機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ,并且選定了毛刷驅(qū)動(dòng)電機(jī) ， 滿足機(jī)器人工作環(huán)境的需要。 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 16 5 機(jī)器人自適應(yīng)裝置的設(shè)計(jì) 及監(jiān)控設(shè)備的選擇 由于目前國(guó)內(nèi)中央空調(diào)風(fēng)管既有矩形管道又有圓形管道 ,且設(shè)計(jì)制造并不規(guī)范 ,使得風(fēng)管的尺寸大小各不相同。為了提高其實(shí)用價(jià)值 ,機(jī)器人必須具備自適應(yīng)的 功能。本文所設(shè)計(jì)的管道機(jī)器人主通過(guò)履帶足變位裝置和刷頭更換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同形狀和尺寸管道的適應(yīng)功能。 通過(guò)攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 帶足變位裝置 本文 所設(shè)計(jì)的機(jī)器人既要在矩形管道內(nèi)運(yùn)行又要能工作于不同管徑的圓形管道 ,因此機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能根據(jù)管徑不同進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整 ,使履帶足面可以與圓形管壁充分接觸 ,保證機(jī)器人有足夠的牽引力和其工作的穩(wěn)定性。本文所設(shè)計(jì)的機(jī)器人采用履帶足變位裝置實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求 ,每個(gè)履帶足形成一個(gè)整體 ,通過(guò)擺腿與機(jī)器人本體相連如圖一所示 ,根據(jù)當(dāng)前管道情況手動(dòng)調(diào)節(jié) 履帶足間的套筒裝置，從而調(diào)節(jié) 兩側(cè)擺腿的張開角度 ,使管道機(jī)器人實(shí)現(xiàn)適應(yīng)不同直徑圓管的功能。圖 5 所示為機(jī)器人通過(guò)調(diào)整擺腿角度適應(yīng)不同管徑管道的示意圖 ,調(diào)節(jié)履帶足的的張開角度 ,使機(jī)器人履帶足面與圓形管壁始終保持充分良好的接觸 ,而保證機(jī)器人具有足夠的牽引力和附著力。 圖 5應(yīng)不同管徑示意圖 圖 5筒裝置 履帶足變位裝置如圖 5示 ,在機(jī)器人進(jìn)入管道前 ,操作者事先根據(jù)管道的實(shí)際情況 ,調(diào)節(jié) 兩履帶間的套筒裝置 ,通過(guò)連桿、 螺 桿和擺腿的一系列傳動(dòng) ,使得機(jī)器人的兩個(gè)履帶足橫向張開 ,水 平距離增大 ,就可以使履帶足面與不同內(nèi)徑的管壁保持充分接觸 ,實(shí)現(xiàn)其自適應(yīng)功能 。 頭更換裝置 機(jī)器人在進(jìn)入管道前 ,需要根據(jù)當(dāng)前管道的形狀和尺寸安裝上相適應(yīng)的刷頭。由上一章我們可知矩形管毛刷軸線與機(jī)器人行進(jìn)方向垂直 ,毛刷對(duì)稱于機(jī)器人的中線并分列兩側(cè)圓形管毛刷軸線與機(jī)器人行進(jìn)方向一致 ,并且處于管道的正中心。對(duì)這兩種情況進(jìn)行綜合協(xié)調(diào) ,本文中設(shè)計(jì)出一種既可適用于圓形管道又可用于矩形管道的管道清洗機(jī)器人刷頭更換裝置 ,可方便地根據(jù)管道情況更換刷頭。 刷頭更換裝置如 下 圖所示 ,電機(jī)處于機(jī)器人清洗臂中線位置 ,且輸出軸方 向與前進(jìn)方向一致。當(dāng)需要安裝矩形管刷頭時(shí) ,只用裝上一堆換向錐齒輪和一根雙輸大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 17 出軸 ,即可在兩邊安裝毛刷 ； 同時(shí)要更換成圓形管刷頭也十分方便 ,只需卸下上述裝置 ,在前方裝上一根輸出軸并用聯(lián)軸器與電機(jī)輸出軸相連即可。圖 5 5別為矩形管和圓形管毛刷安裝形式。 圖 5形管毛刷清洗 裝置 圖 5形管毛刷清洗 裝置 央空調(diào)風(fēng)管清洗機(jī)器人照明和檢測(cè)裝置 機(jī)器人采用攝像頭作為視頻輸入設(shè)備 ,如圖 5于中央空調(diào)管 道內(nèi)部的 光線較暗 ,機(jī)器人要檢測(cè)管內(nèi)的狀態(tài) ,必須攜帶照明設(shè)備 ,像頭 才能正確有效的工作。照明設(shè)備采用冷光源照明燈 ,亮度高 ,長(zhǎng)時(shí)間工作不會(huì) 發(fā)熱 ,適合在黑暗管道環(huán)境中使用。 圖 5色攝像機(jī) 機(jī)器人工作時(shí)需要在外監(jiān)控管道內(nèi)的狀況 ,清掃完成后 ,也要利用機(jī)器人自身攜帶攝像機(jī)拍攝風(fēng)管清洗后的情況 ,作為清洗效果評(píng)定依據(jù)。該機(jī)器人前后端均裝有攝像機(jī)及照明系統(tǒng)如圖 5示 ,采用圖像處理技術(shù) ,監(jiān)控機(jī)器人的工作狀況并對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)及探傷。由于 有固定像元結(jié)構(gòu) ,所以 色攝像機(jī)不但具有體積小、重量輕、 耗電少、壽命長(zhǎng)、可靠性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn) ,而且靈敏度和分辨率都很高 ,大大超過(guò)了電子束彩色攝像機(jī)。 章小結(jié) 本章主要介紹了機(jī)器人自適應(yīng)型裝置的設(shè)計(jì) ,詳細(xì)描述了履帶足變位裝置和刷頭更換裝置的結(jié)構(gòu)、特征和作用原理。機(jī)器人通過(guò)這些裝置并配合清洗臂的升降和伸縮功能 ,來(lái)適應(yīng)各種不同形狀和尺寸的空調(diào)管道。同時(shí)給出了具體的效果示意圖 及選用的彩色攝像機(jī)圖片。 大學(xué)畢業(yè) 論文 設(shè)計(jì)（論文） 18 6 機(jī)器人 工作時(shí)的受力分析 國(guó)內(nèi)風(fēng)管的設(shè)計(jì)制造和安裝并不規(guī)范 ,在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)發(fā)生管徑或尺寸大小改變 ,出現(xiàn)彎角、障礙和坡度等情況。為了保證機(jī)器人正常穩(wěn)定的工 作 ,我們有必要研究機(jī)器人在管道內(nèi)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ,并對(duì)其進(jìn)行受力分析 ,進(jìn)而確定出合理優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)和對(duì)機(jī)器人動(dòng)力系統(tǒng)的具體要求。 器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 該機(jī)器人采用雙履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu) ,兩側(cè)的履帶分別由一個(gè)單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng) ,而履帶式移動(dòng)機(jī)器人能夠行走必須要滿足兩個(gè)條件 ： ①驅(qū)動(dòng)裝置牽引力必須大于或等于行駛中所受到的阻力之和 ,以提供足夠的前進(jìn)動(dòng)力 。 ②牽引力必須小于或等于管壁與履帶之間的附著力 ,使其不會(huì)打滑。由于履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)在地面運(yùn)動(dòng)時(shí) ,即使只裝有一對(duì)主從動(dòng)帶輪 ,仍然保持整個(gè)履帶面都與地面接