中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)

1、 衢州學(xué)院衢州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題題目：目：中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) 作作者：者： 董董 海海 系系 （部）：（部）： 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 08 級(jí)（級(jí)（2）班）班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 田田 敬敬 職職稱：稱： 講講 師師 二零一一年一月十八日二零一一年一月十八日中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)摘摘 要要隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們的身心健康越來越受到重視。而污染的中央空調(diào)日益成為危及人們身心的禍害根源，據(jù)調(diào)查,在室內(nèi)空氣污染來源中,中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的污染占 40%53%

2、。因此，中央空調(diào)尤其是中央空調(diào)管道的檢測(cè)與清洗越來越受到社會(huì)的重視。本文首先闡述了中央空調(diào)管道清洗的背景與現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外中央空調(diào)清潔機(jī)器人的發(fā)展，闡明了本課題的研究背景和意義，簡(jiǎn)述了本文的組織形式和研究?jī)?nèi)容。然后重點(diǎn)介紹了中央空調(diào)清潔機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三大結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。同時(shí)，針對(duì)中央空調(diào)清潔機(jī)器人清掃中央空調(diào)管道時(shí)存在的難點(diǎn)，本文深入探討了機(jī)器人轉(zhuǎn)彎與安全行走的原理。最后，本文對(duì)主要工作和研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)今后的研究方向做出了展望。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字： 中央空調(diào)，機(jī)器人，旋轉(zhuǎn)刷，電動(dòng)機(jī)目目錄錄中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)I摘摘 要要I

3、第一章第一章前前 言言11.1 課題的背景與意義 11.2 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 11.2.1 國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人 21.2.2 中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 31.3 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 3第二章第二章 中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)52.1 工作原理及組成 52.2 機(jī)器人設(shè)計(jì)原則 62.3 整體方案選擇 7第三章第三章 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 93.1.1 電機(jī)的選擇 93.1.2 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 103.1.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 153.2 導(dǎo)向輪系統(tǒng) 183.2.1 導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 183.2.2 電機(jī)的選取 183.2.3 傳

4、動(dòng)帶的選擇 193.2.4 導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì) 21第四章第四章 清掃機(jī)構(gòu)清掃機(jī)構(gòu)- 24 -4.1 清掃方案確定 - 24 -4.2 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件 - 25 -4.3 構(gòu)件的選擇 - 25 -4.3.1 氣動(dòng)馬達(dá)的選擇 - 25 -4.3.2 旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì) - 27 -第五章第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng)- 28 -5.1 攝像頭的選擇 - 28 -5.2 攝像頭的固定和調(diào)整 - 28 -5.3 監(jiān)視器 - 29 -5.4 照明裝置 - 29 -5.5 灰塵收集裝置 - 30 -第六章第六章 結(jié)束語結(jié)束語- 31 -參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)- 33 -謝謝 辭辭- 34 -第一章第一章 前前

5、 言言1.11.1 課題的背景與意義課題的背景與意義 在室內(nèi)空氣污染來源中,中央空調(diào)的污染物與日俱增。2003 年 8 月份中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院及衛(wèi)生部共同起草了 GB19210-2003空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗規(guī)模和衛(wèi)生部 2003公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)模 ，衛(wèi)生部還于 2005年提出了公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法 。目前全國共有上百萬臺(tái)中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國內(nèi)市場(chǎng)上尚無管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高,適用范圍廣，成本較低,對(duì)促進(jìn)我國中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意

6、義。1.21.2 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來越重要的作用。國外專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)和國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，從 20 世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長(zhǎng)率平均在 10左右。2004 年增長(zhǎng)率達(dá)到創(chuàng)記錄的 20。其中，亞洲機(jī)器人增

7、長(zhǎng)幅度最為突出，高達(dá) 43%1.2.1 國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人圖 1-1 中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人技術(shù)參數(shù)規(guī)格：380260180mm(長(zhǎng).寬.高)重量：11.5kg工作電壓：36v行走速度：800mm/min9800mm/min 無極變速爬坡能力：不小于 40 度越障礙能力：不小于 45mm垃圾鏟負(fù)重：2kg照明：高亮度 LED立體清掃能力：長(zhǎng)擺臂水平擺動(dòng)有效寬度達(dá) 1250mm，垂直擺動(dòng)有效高度為 1000mm，短擺臂水平擺動(dòng)有效寬度達(dá) 800mm，垂直擺動(dòng)有效高度為 800mm特點(diǎn)： 采用雙滾刷結(jié)構(gòu)在擺臂與風(fēng)管側(cè)壁形成夾角時(shí)，保證將管道角部徹底清洗干凈（采用與管道垂直相切角度旋轉(zhuǎn)毛刷

8、的機(jī)構(gòu)是不可能將角部清洗干凈的） 。擺臂可以實(shí)現(xiàn)水平和垂直擺動(dòng)分別控制（速度為較適宜的往返 10 次/每分鐘） ，可同步運(yùn)動(dòng)，亦可停在擺臂行程當(dāng)中的任意位置，以適應(yīng)矩形風(fēng)管和圓形風(fēng)管的不同操作要求，實(shí)現(xiàn)真正的立體清掃。 由軟軸機(jī)提供的強(qiáng)大動(dòng)力（550 瓦）既保證了毛刷大扭矩、高轉(zhuǎn)速的工作要求，毛刷旋轉(zhuǎn)方向亦可隨時(shí)調(diào)整（清掃管道底面時(shí)毛刷可將較大的顆粒粉塵抽掃到前方，提高了清洗潔凈度） 。 攝像機(jī)云臺(tái)置于車體后部，廣角鏡頭可全視角觀察到一米處毛刷在最大擺動(dòng)位置的工作狀態(tài)（視角 1.5 米） ，同時(shí)履帶行走機(jī)構(gòu)也始終在視線內(nèi)，方便確定機(jī)器人工作位置，清掃過程一覽無余。 滾刷尺寸直徑較大，厚度較小，

9、只要車體能通過就能進(jìn)行清洗工作，不會(huì)發(fā)生毛刷與風(fēng)管由于尺寸原因卡住的情況，清洗高度在 250mm 至 600mm 的管道時(shí)擺臂只需水平擺動(dòng)即可，一次行走就可完成方形或矩形管道的高效清洗。 為防止清洗較窄管道發(fā)生水平擺動(dòng)行程不能到位有可能造成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生過載而損壞，特殊設(shè)計(jì)了擺臂角度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。 一機(jī)多能，清掃機(jī)器人前端裝配上垃圾清運(yùn)鏟，可以清理管道內(nèi)的塊狀物體，裝配上標(biāo)準(zhǔn)軟軸毛刷可方便地清掃圓形管道，裝配上氣鞭可以方便地對(duì)格柵式消聲孔板進(jìn)行清洗，裝配上氣溶膠噴霧裝置即可完成大截面管道全部空間的消毒工作。1.2.2 中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)國內(nèi)有超過 500 萬個(gè)各類中央空調(diào)需要清洗保

10、養(yǎng)，而且每年正在以 10%的速度遞增，這些中央空調(diào)大部分運(yùn)行了 20 年以上卻從未清洗。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量所帶來的危害越來越重視，尤其是 2003 年“非典”疫情的傳播，已使人們對(duì)中央空調(diào)帶來的疾病隱患有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識(shí)。為了保障公眾健康，2006 年 3 月 1 日，衛(wèi)生部制定并實(shí)施了公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法 ，中央空調(diào)的衛(wèi)生問題得到了前所未有的關(guān)注，對(duì)空調(diào)管道進(jìn)行定期清洗勢(shì)在必行。因此，中央空調(diào)清洗行業(yè)將成為中國一個(gè)新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對(duì)中央空調(diào)清潔機(jī)器人的研究與開發(fā)更是具有一定的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。1.31.3 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)本

11、次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人，要求機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，能高效地完成管道內(nèi)的清污工作。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：（1）了解中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的基本知識(shí)。（2）進(jìn)行管道清潔機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)及其零部件設(shè)計(jì)。（3）設(shè)計(jì)原始參數(shù)：1）機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定的曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。2）機(jī)器人的尺寸大小：高度范圍：170400mm長(zhǎng)度范圍：310780mm寬度范圍：300800mm3）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度為 412m/min4）可以實(shí)現(xiàn)局部最大爬坡能力5）管內(nèi)越障 2mm6）最大行程

12、150m第二章第二章 中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.12.1 工作原理及組成工作原理及組成本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人（如圖2-1）用于污染的中央空調(diào)管道的清潔，整體結(jié)構(gòu)主要由行圖2-1中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人走機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機(jī)構(gòu)又分為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪系統(tǒng)兩部分。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖2-2）所示，驅(qū)動(dòng)方式為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前軸。在清掃之前，通過調(diào)整支撐臂上的螺釘來調(diào)節(jié)兩個(gè)導(dǎo)向輪（如圖2-3）的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時(shí)導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約20mm。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)）

13、 ，其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力F向機(jī)器人中心偏移，簡(jiǎn)化成牽引力F，及順時(shí)針的扭矩M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。其左轉(zhuǎn)的原理相同。清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機(jī)器人清掃系統(tǒng)的核心工作部件之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),與氣動(dòng)馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個(gè)裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動(dòng)馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。尼龍刷適用于所有材質(zhì)的

14、管道,不會(huì)對(duì)管道壁造成損傷;鋼刷適用于各種鋼管;不銹鋼刷適用于鈦合金管道和銅鎳合金管道;銅刷適用于材質(zhì)為有色金屬的管道。清潔過程中，通過監(jiān)視系統(tǒng)可以方便的對(duì)清掃情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想時(shí)可以操縱機(jī)器人后退再清掃一次。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經(jīng)濟(jì)問題。目前全國共有上百萬臺(tái)中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國內(nèi)市場(chǎng)上尚無管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高,適用范圍廣,成本較低,對(duì)促進(jìn)我國中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意義。2.22.2 機(jī)器人設(shè)計(jì)原則機(jī)器人設(shè)計(jì)原則（最小

15、運(yùn)動(dòng)慣量原則）：由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件多，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，采用最小運(yùn)動(dòng)慣量原則，可增加機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)特性。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，并注意運(yùn)動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心裝配。（尺度規(guī)劃優(yōu)化原則） ：當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時(shí)，通過尺度優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機(jī)器人剛度的提高，使運(yùn)動(dòng)慣量進(jìn)一步降低。（高強(qiáng)度材料選用原則）：由于操作機(jī)從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。 （剛度設(shè)計(jì)的原則）：機(jī)器人設(shè)計(jì)中，剛度是比強(qiáng)度更重要的問題，要使剛度最大，必須恰當(dāng)

16、地選擇桿件剖面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。 （可靠性原則）：機(jī)器人因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性?？梢酝ㄟ^概率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過系統(tǒng)可靠性綜合方法評(píng)定機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性。 （工藝性原則）：機(jī)器人是一種高精度、高集成度的自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時(shí)要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致機(jī)器人性能的降低和成本的提高。2.32.3 整體方案選擇整體方案選擇 本次設(shè)計(jì)的

17、主要難題是機(jī)器人的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制，為此兩個(gè)比較成熟的方案：方案一：雙電機(jī)各驅(qū)動(dòng)機(jī)器人兩個(gè)前輪，工作人員通過攝像頭觀察機(jī)器人在管道中的運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整兩電機(jī)的速度，對(duì)機(jī)器人進(jìn)項(xiàng)轉(zhuǎn)向控制。方案二：?jiǎn)坞姍C(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的前軸，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪系統(tǒng)，兩個(gè)導(dǎo)向輪的角度可調(diào)。清掃管道之前，調(diào)整兩個(gè)導(dǎo)向輪之間的橫向距離比管道寬度略窄，以大小相同方向相反的轉(zhuǎn)速與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)啟停，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速度比驅(qū)動(dòng)輪線速度略大，當(dāng)某一導(dǎo)向輪碰到管壁時(shí)，導(dǎo)向輪的切向力和電機(jī)的牽引力的合力會(huì)迫使機(jī)器人轉(zhuǎn)向，從而保證機(jī)器人始終運(yùn)行在管道的中央并能完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向。相比較而言，方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，但兩電

18、機(jī)的速度差的控制不好把握，兩電機(jī)啟動(dòng)的同步度不好控制，而且對(duì)工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，機(jī)器人的自動(dòng)化程度較低；方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是個(gè)創(chuàng)新，提高了機(jī)器人的智能化，大大減輕了工作人員的工作量，只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)稍微復(fù)雜一些。綜合考慮這兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我決定采用方案二。另外本次設(shè)計(jì)采用輪式機(jī)構(gòu)傳輸，輪外部采用橡膠制履帶，工業(yè)橡膠與管道的摩擦系數(shù)為 0.8，是普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的 5.8 倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的 4.7 倍。圖 2-2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖圖 2-3 導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)圖第三章第三章 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.13.1 機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)

19、構(gòu)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖 2-2）所示，根據(jù)任務(wù)書的要求機(jī)器人在管道中的前進(jìn)速度為 412m/min，即速度在 0.0670.2m/s 之間。根據(jù)設(shè)計(jì)要求初步估計(jì)機(jī)器人小車的尺寸：長(zhǎng) 寬 高=2003003003.1.1 電機(jī)的選擇（1）根據(jù)外形尺寸，估計(jì)機(jī)器人的總質(zhì)量 MM=箱體質(zhì)量+履帶機(jī)構(gòu)質(zhì)量+機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量+旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)量+導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)質(zhì)量+傳輸線質(zhì)量+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量。大體估計(jì)總重為 15kg。（2）計(jì)算驅(qū)動(dòng)機(jī)器人所需要的牽引力 FF=履帶輪摩擦力+旋轉(zhuǎn)刷摩擦力，據(jù)估計(jì)牽引力大小在 125N 左右（3）電機(jī)的選取小型減速電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，比

20、較符合該機(jī)器人的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用。初選減速交流電機(jī)，型號(hào)：70YN15-2 的減速單相電容可逆電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)廠家江蘇無錫紅湖電機(jī)有限公司。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)如下：輸出功率：P=20W；電壓：U=220V；頻率：f=50HZ；電流：I=0.35A；輸出轉(zhuǎn)速：20r/min；允許負(fù)載：F=5Nm外形尺寸如（圖 3-1）：70X70?5912233315圖 3-1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外形尺寸3.1.2 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)如下：初選車輪直徑 d=110mm，由車的前進(jìn)速度 0.1m/s 得第二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速：2/()0.29 /NVdr s則傳動(dòng)比： u=12201.150.29 60NN （1）選定齒輪類

21、型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）由選定的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)2）管道清潔機(jī)器人速度和扭矩不大，故選用 7 級(jí)精度（GB-10095-88）3）材料選擇：由參考書1表 10-1 選擇大小齒輪皆為 40Cr 調(diào)制淬火硬度為 241-256HBS 或 48-55HRC選用小齒輪數(shù)和大齒輪數(shù)1Z2Z （3.1）21ZuZ124Z 21.15 2427.6Z 取228Z （2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由參考書1設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即 （3.2）311)(132. 2HEdttZuuTKd式中：.小齒輪分度圓直徑；1td .載荷系數(shù)；tK .小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；1T .齒寬系數(shù)；d .傳動(dòng)比

22、；u 彈性影響系數(shù)；EZ 接觸疲勞許用應(yīng)力。H1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)1.3tK 計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩5411195.5 10/1.91 10TP nN mm由參考書1表 10-7 選取齒寬系數(shù)0.5d由參考書1表 10-6 查德材料的彈性影響系數(shù)218 .189 MPaZE由參考書1圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪1limH的接觸疲勞強(qiáng)度極限。其中：=1090MPa，=1090MPa。2limH1limH2limH由參考書1式 10-13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)， 11160hn jLNn21/NNu，。711.44 10N 721.25 10N 由參考

23、書1圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)， 1HNK2HNK=1.14，=1.141HNK2HNK計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由參考書1式（10-12）得 11lim1()/HHNHKS1(1.14 1090)/112.42.6HMPa 22lim2()/HHNHKS2(1.14 1090)/11242.6HMPa2）計(jì)算計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值1tdH=3042311.3 1.51 102.15189.82.32()0.51.151242.6td計(jì)算圓周速度 v 11/(60 1000)3.14 30 20/(60 100)0.0314/tvdnvm s

24、計(jì)算齒寬 b 已知 可得1dtbd0.5 3015bmm計(jì)算齒寬與齒高之比：已知模數(shù)，齒高/d h11/30/241.25tmtdz得：=15/2.8125=5.332.252.25 1.252.8125hmtmm/d h計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù) v=0.314m/s，7 級(jí)精度，由參考書1圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)1.0VK 直齒輪，假設(shè)。由參考書1表 10-3 查得/100/atK F bN mm1.1HaFaKK由參考書1表 10-2 查得使用系數(shù)1.0AK 由參考書1表 10-4 查得 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)：2231.120.18 (1 0.6)0.23 10HddKd將數(shù)

25、據(jù)代入后得：1.244HK由參考書1圖 10-13 查得則有載荷系數(shù)1.15FK1.3684AVHHKK K KK按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑由參考書1式（10-10a）得： =30 =30.5171311(/)tddK Vt131.3684()1.3計(jì)算模數(shù) m 11/30.517/241.272mdzmm(3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由參考書1式（10-5）得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式： （3.3）1322()FaSadFY YKTmz式中：m.代表齒輪模數(shù)k.代表載荷系數(shù) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩1T齒寬系數(shù)d1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值由參考書1圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1590FE

26、MPa大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限2590FEMPa由參考書1圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： 10.97FNK20.98FNK計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由參考書1式 10-12 得111/0.97 590/1.4408.79FFNFEKSMPa222/0.98 590/1.4413FFNFEKSMPa計(jì)算載荷系數(shù) K1.00 1.00 1.1 1.151.266AVHHKK K KK查得齒形系數(shù)由參考書1表 10-5 查得： 12.50FaY22.62FaY查得應(yīng)力校正系數(shù)由參考書1表 10-5 查得： 11.55SaY21.59SaY計(jì)算大小齒輪的并加以比較FaS

27、aFY Y1112.80 1.55/408.790.01062FaSaFY Y2222.72 1.57/424.30.01009FaSaFYY可知小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算模數(shù)的數(shù)值，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒面直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù) 1.213，可就近圓正為 1.3，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)取 20，大齒輪齒數(shù)mmd517.30134.20/11mdZ。252 .242021. 112Z

28、uZ 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（4）計(jì)算幾何尺寸1）計(jì)算分度圓直徑：mmmZd263 . 12011mmmZd5 .32222）計(jì)算中心距mmdda25.292/ )3426(2/ )(213）計(jì)算齒輪寬度15305 . 01dbd取mmBmmb70,1512（5）演算： NdTFt33.127330/1091. 12/2411 ，合適。mmNmmNbFKtA10089.8415/33.12731/通過以上方案設(shè)計(jì)初選車輪直徑 d=110mm，第二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速 N =0.29r/s，傳動(dòng)比2u=1.15。3.1.3 傳

29、動(dòng)軸的設(shè)計(jì)（1）求出輸出軸上的功率 P 轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T 已知：傳遞功率， 轉(zhuǎn)速 n=0.29r/s kwwP0194. 04 .1997. 020扭矩 T=9550000mmNnP106487 .106476029. 00194. 09550000/（2）求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 5 .32253 . 122Zmdt圓周力NdTFt26.6555 .32106482/22徑向力NFFta5 .23820tan26.655tan（3）初步確定軸的最小直徑：先按參考書1 式（15.2）初步估算軸的最小直徑選軸的材料,由參考書1表（15-1）選 35SiMn 調(diào)質(zhì)處理

30、，毛坯直徑此種材料的機(jī)械特性mm100800b570s硬度 299-286HBS。35512051根據(jù)參考書1表（15-3）取 A1000則24. 7)4 .17/0194. 0(100)/(31310minnTAd又軸端安裝車輪需用鍵槽應(yīng)擴(kuò)大 7%-8%故）=7.83，圓正為 8mm。%81 (24. 7mind軸的具體尺寸設(shè)計(jì)見（圖 3-2） 。圖 3-2 齒輪軸（4）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度1）計(jì)算各力的大小由估算的車的重量和阻力得,。NFFNHNH5 .4321NFFNVNV5 .2721NFFNVNV89. 443由力矩平衡得 ，NFt2 .139NFFtr23.4520tan2）

31、畫彎矩,扭矩圖（如圖 3-3）所示。3）校核軸的強(qiáng)度已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面做彎矩合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力，其公式為。224ca通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對(duì)稱循環(huán)便應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為 （式中）22)(4ca1PNH1PNV1PNV2PNV4PNV3PNH4PNH3PNH2FrFt1435.5N.mm1608.41N.mm907.5N.mm1305N.mm3043.91N.mm234.3N.mm907.5N.mm234.3N.mm圖 3-3 軸彎矩、扭矩圖對(duì)于直徑為

32、d 的圓周，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入WM /TWT /上式，則軸的彎矩合成強(qiáng)度條件為 （3.4）12222)()2(4)(WTMWTWMWca式中：軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為 MPaca M軸所受的彎矩，單位為 Nmm T軸所受的扭矩，單位為 Nmm W軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 mm ，計(jì)算公式見參考書1表 15-43 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值可按參考書1表 15-1 選用1經(jīng)計(jì)算得。故經(jīng)校核該設(shè)計(jì)可用。7095. 21ca 前軸和后軸相比除沒有齒輪外可選用相同的尺寸，因?yàn)楹筝S承受了主要的彎矩力矩，軸經(jīng)校核符合要求，前軸也應(yīng)符合要求。4）軸承的選擇 由于滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，具

33、有摩擦阻力矩較小；徑向有隙較小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度較高；結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而軸承主要須傳遞徑向載荷，所以選用應(yīng)用廣泛的深溝球軸承。根據(jù)軸徑選取型號(hào)：兩對(duì)型號(hào)為 100 的深溝球軸承。3.23.2 導(dǎo)向輪系統(tǒng)導(dǎo)向輪系統(tǒng)3.2.1 導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 為控制機(jī)器人在管道中前進(jìn)方向，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪。在清掃之前，調(diào)整支撐臂上的螺釘來控制兩個(gè)導(dǎo)向輪的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時(shí)導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約 20mm。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)） ，其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大（如圖 3-4） 。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的

34、左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力 F 向機(jī)器人中心偏移，簡(jiǎn)化成牽引力 F，及順時(shí)針的扭矩 M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。其左轉(zhuǎn)的原理相同。在此處可以仿照汽車的機(jī)構(gòu)后輪采用差動(dòng)裝置，這樣可以更方便的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。但考慮到這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，同時(shí)增加車重，會(huì)帶來一系列的問題。最重要的是，設(shè)計(jì)的機(jī)器人質(zhì)量較輕，并且行進(jìn)速度不高。這樣完全可以旨在導(dǎo)向輪的輔助作用下即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。3.2.2 電機(jī)的選取因已知導(dǎo)向輪輸出線速度比驅(qū)動(dòng)輪線速度 0.1m/s 稍大，暫定 0.12m/s，導(dǎo)向輪直徑暫定 66mm，帶的傳動(dòng)比為 2，則電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為 86.86r/min。在此選用小型交流減速電機(jī)，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價(jià)格低，且

35、購買方便。通過網(wǎng)上查詢并對(duì)它的輸出轉(zhuǎn)距，輸出轉(zhuǎn)速，以及安裝尺寸進(jìn)行比較，再次用北京臺(tái)立偉成機(jī)電有限公司的電機(jī)，型號(hào)為 2IK6A-C。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)和尺寸如表 3-1：表 3-1 電機(jī)性能參數(shù)輸出功率 P電壓 U 頻率 f電流 I輸出轉(zhuǎn)速 N允許負(fù)載 T6W220V50Hz0.25A50r/min1.4Nm圖 3-4 機(jī)器人在管道中前進(jìn)示意圖3.2.3 傳動(dòng)帶的選擇3.2.3.1 傳動(dòng)方案的確定由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)與導(dǎo)向輪是遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，所以采用傳動(dòng)帶，并且?guī)鲃?dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸振，且造價(jià)低廉，不需要潤滑，維護(hù)容易等特點(diǎn)。平帶雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是尺寸較大，最小尺寸系列的平帶的最小帶輪直徑

36、為112mm，所以不合適。雖然輕型 V 帶系列，尺寸小，傳動(dòng)功率大，但是它適合傳動(dòng)中高速轉(zhuǎn)速，即小帶輪轉(zhuǎn)速在 1005000r/min 之間。而所設(shè)計(jì)的減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為 50r/min，雖然傳遞功率并不大，但是由于轉(zhuǎn)速太低，帶所傳遞的力就很大，那么所選帶的型號(hào)就大，根數(shù)也多，所以也不合適。因此選擇了圓弧齒同步帶（HTD）,它能在低速下傳遞較大功率，預(yù)緊力小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且它的耐磨性好，工作時(shí)噪音小，不需要潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境，已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。3.2.3.2 帶的尺寸設(shè)計(jì)由參考書2中表 36.1-71 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下：（1）設(shè)計(jì)功

37、率 PdPd=KAP=1.0 0.006kw=0.006kw, 其中工況系數(shù) KA=1.02)選帶型和節(jié)距 Pb根據(jù)設(shè)計(jì)功率 Pb 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=50r/min, 由參考書2圖 36.1-22 選帶型 5M 節(jié)距 Pb=5mm3)小帶輪齒數(shù) Z1 和節(jié)圓直徑 dP1由 Z1（由參考書2表 36.1-81 查得） ，選取 Z1=1512min ZdP =1bPZ1mmmm89.235154)確定大齒輪齒數(shù) Z2 和節(jié)圓直徑 dP2Z =iZ221mmmmPZdPb77.47530,3015225)帶速 vsmVsmsmndPv/40/00625. 0/10000605089.2310000

38、60max116)初定軸間距 a0a =182mm07)帶長(zhǎng) L 及其齒數(shù) Z0021221004)dPdP() dPdP(22aaL mm1824)89.2377.47()77.4789.23(218222 mm29.477查表取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng) 480mm,齒數(shù) Z=308）實(shí)際軸間距 a當(dāng)軸間距不可調(diào)整時(shí)，根據(jù)已知條件：a=可算出,97.3772cos2112dPdP3 .57180121adPdP = 3 .5718289.2377.47180 =172.489）帶寬 bs已知各種帶型的基準(zhǔn)寬度如表 3.2 所示：表 3-2 各種帶型的基準(zhǔn)寬度 帶型3M 5M8M 14M20Mb0S5 92

39、040 115因所選帶型為 5M，則基準(zhǔn)寬度 b=9mm0S由參考書2公式 36.1-7 計(jì)算得，bs=9mm3.2.4 導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)3.2.4.1 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸由由參考書2表 36.1-90 知圓弧齒同步帶帶輪尺寸如（表 3-3）：（單位：mm）表 3-3 圓弧齒同步帶帶輪尺寸 項(xiàng)目符號(hào) 5M節(jié)圓直徑dPd59.4422bPPZ 外圓直徑da d=d-2a=43.452a2P 齒槽弧半徑 R 1.5605. 0齒槽深hg 2.16008. 0齒槽角2 14齒頂圓角半徑 r1 0.4805. 00齒形尺 寸 節(jié)頂距 2a 1.14為了方便加工，導(dǎo)向輪應(yīng)該是簡(jiǎn)單的圓柱形。同時(shí)為了增大摩擦力，

40、適當(dāng)增大其高度（15mm）及直徑（5mm） ，加工好之后再在導(dǎo)向輪外面纏上一層工業(yè)橡膠。3.2.4.2 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)為了減輕尺寸及重量，可以選擇軸的材料選用 40Cr。（1）初選軸徑由于軸為傳動(dòng)軸，主要受轉(zhuǎn)距，受很小的彎矩，所以利用根據(jù)按轉(zhuǎn)距計(jì)算軸徑的計(jì)算公式，由參考書2中表 20-10 知：對(duì)于實(shí)心軸： d （3.5）3NPA式中： P軸的輸出功率 N軸的轉(zhuǎn)速 A與軸材料及其相應(yīng)的許用扭剪應(yīng)力有關(guān)的設(shè)計(jì)系數(shù)，選取 A=1058（由參考書2表 20-11 查得） ，計(jì)算得：d。取 d=14mm（由下面軸承安裝尺寸mm525. 6dmin=12.4mm 求得）（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于傳動(dòng)軸較短，帶輪尺

41、寸很小，帶輪的軸向及周向固定很不方便，所以決定將帶輪、導(dǎo)向輪及軸作成一體，如圖 3-5。 圖 3-5 傳動(dòng)軸尺寸3.2.4.3 軸承選擇根據(jù)軸徑 d選取軸承號(hào)為 6000 的深溝球軸承，其中軸承內(nèi)圈通過軸向mm525. 6固定，軸向固定通過與軸過盈配合。外圈與軸承孔過盈配合進(jìn)行軸向固定，軸向固定通過端蓋實(shí)現(xiàn)。第四章第四章 清掃機(jī)構(gòu)清掃機(jī)構(gòu)清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機(jī)器人清掃機(jī)構(gòu)的核心工作部件之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),與氣動(dòng)馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個(gè)裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和

42、頂部。在清掃過程中,利用氣動(dòng)馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。尼龍刷適用于所有材質(zhì)的管道,不會(huì)對(duì)管道壁造成損傷;鋼刷適用于各種鋼管;不銹鋼刷適用于鈦合金管道和銅鎳合金管道;銅刷適用于材質(zhì)為有色金屬的管道。此外應(yīng)注意的一個(gè)問題是：旋轉(zhuǎn)刷在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，管道上部的灰塵會(huì)在旋轉(zhuǎn)刷的的帶動(dòng)下飛向前方，而管道下方的灰塵則會(huì)飛向機(jī)器人本身。為此可以在機(jī)器人的下部安裝一臺(tái)吹風(fēng)機(jī)將灰塵吹向前方，但考慮到這樣會(huì)使機(jī)器人的重量加大，這樣會(huì)帶來一系列問題，比如：會(huì)增大驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)的功率，從而加大了車重和車的尺寸，這樣做。是得不償失的，因此我

43、決定在管道的另一端裝上灰塵收集裝置（即一個(gè)大的抽風(fēng)機(jī)） ，這樣就可以將灰塵都吸走。從而解決了以上的問題。4.14.1 清掃方案確定清掃方案確定為了提高清掃的質(zhì)量，系統(tǒng)可以采用左右擺動(dòng)或上下擺動(dòng)。當(dāng)采用上下擺動(dòng)時(shí)，可以采用四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)或不完全齒。當(dāng)采用左右擺動(dòng)時(shí)，則須在支撐桿上加上一個(gè)支桿，并須用球鉸鏈聯(lián)接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。同時(shí)在支撐桿上鉆孔安裝鉸鏈會(huì)對(duì)桿產(chǎn)生削弱。此外如想改變旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的高度也不易實(shí)現(xiàn)，故不采用此結(jié)構(gòu)。此兩種方案設(shè)計(jì)出來的旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，鑒于目前所學(xué)知識(shí)限制，我設(shè)計(jì)了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的清掃方案，即在氣動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)刷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)管道進(jìn)行清洗。4.24.2 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)

44、主要構(gòu)件旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的主要構(gòu)件有氣動(dòng)馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)刷、支架、夾具、螺管等。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 4-1 所示：圖 4-1 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)簡(jiǎn)圖4.34.3 構(gòu)件的選擇構(gòu)件的選擇4.3.1 氣動(dòng)馬達(dá)的選擇氣動(dòng)馬達(dá)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)的原動(dòng)機(jī)，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力裝置。各類型式的氣馬達(dá)盡管結(jié)構(gòu)不同，工作原理有區(qū)別，但大多數(shù)氣馬達(dá)具有以下特點(diǎn)： （1）可以無級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和轉(zhuǎn)速。便可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的目的。（2）能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣馬達(dá)只要簡(jiǎn)單地用操縱閥來改變馬達(dá)進(jìn)、排氣方向，即能實(shí)現(xiàn)氣馬

45、達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時(shí)換向。在正反向轉(zhuǎn)換時(shí)，沖擊很小。氣馬達(dá)換向工作的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它具有幾乎在瞬時(shí)可升到全速的能力。葉片式氣馬達(dá)可在一轉(zhuǎn)半的時(shí)間內(nèi)升至全速；活塞式氣馬達(dá)可以在不到一秒的時(shí)間內(nèi)升至全速。利用操縱閥改變進(jìn)氣方向，便可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負(fù)荷。 （3）工作安全，不受振動(dòng)、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動(dòng)、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。 （4）有過載保護(hù)作用，不會(huì)因過載而發(fā)生故障。過載時(shí)，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停止，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障?？梢蚤L(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)

46、轉(zhuǎn)，溫升較小。 （5）具有較高的起動(dòng)力矩，可以直接帶載荷起動(dòng)。起動(dòng)、停止均迅速。可以帶負(fù)荷啟動(dòng)。啟動(dòng)、停止迅速。 （6）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬。功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦；轉(zhuǎn)速可從零一直到每分鐘萬轉(zhuǎn)。（7）操縱方便，維護(hù)檢修較容易 氣馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，馬力大，操縱容易，維修方便。 （8）使用空氣作為介質(zhì)，無供應(yīng)上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染 壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送 由于氣馬達(dá)具有以上諸多特點(diǎn)，故它可在潮濕、高溫、高粉塵等惡劣的環(huán)境下工作。除被用于礦山機(jī)械中的鑿巖、鉆采、裝載等設(shè)備中作動(dòng)力外，船舶、冶金、化工、造紙等行業(yè)也廣泛地采用。 因?yàn)闅鈩?dòng)馬達(dá)結(jié)構(gòu)比

47、較簡(jiǎn)單，使用氣動(dòng)馬達(dá)可以使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)刷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，經(jīng)過選擇比較，我決定選取葉片式氣動(dòng)馬達(dá)。葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)： （1）保證迅速的啟動(dòng)； （2）非常簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速； （3）過載停轉(zhuǎn)不會(huì)被損壞； （4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)壽命，低價(jià)格； （5） 瞬時(shí)逆轉(zhuǎn)； （6）可以無油操作經(jīng)過網(wǎng)上查詢，我決定選取溫州博泰機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的氣動(dòng)馬達(dá)，他們生產(chǎn)的氣動(dòng)馬達(dá)主要有以下幾種型號(hào):表 4-1 氣動(dòng)馬達(dá)型號(hào)型號(hào)最大功率(Hp)最大功率時(shí)扭矩（N.m)停止轉(zhuǎn)矩（N.m）啟動(dòng)扭矩（N.m）額定轉(zhuǎn)速（rpm）耗氣量(L/m3)重 量（Kg)TMY0050.050.180.350.301960600.95TMY

48、0100.100.360.730.6319601301.8TMY0400.402.04.03.2414004203.2TMY0600.603.06.15.1514006404.2TMY1501.507.514.612.51400200010.4TMY2502.508.917.314.81400300012.8VAM1501.503.556.95.9296022004.9VAM3603.609.017.515.3296056009.6經(jīng)過選擇，我決定采用 TMY010 型號(hào)的氣動(dòng)馬達(dá)，其三維立體圖如圖 4-2 所示。圖 4-2 氣動(dòng)馬達(dá)4.3.2 旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的清掃刷的示意圖如圖 4-3 所

49、示。圖 4-3 清掃刷的示意圖 圖中表示了清掃刷的左右兩半部分，中間空的地方是連接氣動(dòng)馬達(dá)的。其中，刷子的兩個(gè)端面部分的刷毛做成弧狀是為了能夠更徹底的清掃，此外，在兩端刷子對(duì)應(yīng)氣動(dòng)馬達(dá)伸出軸上圓周的位置可設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的安裝開口銷的銷釘口以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刷與氣動(dòng)馬達(dá)的連接。第五章第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng)5.15.1 攝像頭的選擇攝像頭的選擇（1）目前，市場(chǎng)上的主流攝像頭使用的感光元件主要有 CCD 和 CMOS 兩種。CCD 是應(yīng)用在攝影、攝像方面的高端元素技術(shù)，采用 CCD 感光元件的攝像頭在各方面的性能都不錯(cuò)，具有成像靈敏度高、抗震動(dòng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。CMOS 則主要應(yīng)用于較低影像

50、品質(zhì)的產(chǎn)品中，具有價(jià)格低、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但 CMOS 攝像頭對(duì)光源要求高。（2）現(xiàn)在市場(chǎng)上數(shù)碼攝像頭的連接方式有接口卡、并口和 USB 接口三種。通過對(duì)工作環(huán)境、圖像要求以及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，決定采用 GS-388 彩色數(shù)碼攝像機(jī)，由于管道內(nèi)光線較暗，所以另外安裝燈光照明系統(tǒng)。5.25.2 攝像頭的固定和調(diào)整攝像頭的固定和調(diào)整由于所清掃管道的高度變化范圍很大，所以需要方便的調(diào)整攝像頭的高度。本設(shè)計(jì)采用攝像頭螺管與機(jī)器人基座螺紋連接，并用緊定螺釘壓緊，根據(jù)需要靈活可靠的調(diào)整攝像頭及照明系統(tǒng)的高度。另外攝像頭、照明系統(tǒng)、支架用緊定螺釘固定，可以圖 5-1 攝像頭旋松螺釘，對(duì)攝像頭及照明

51、系統(tǒng)進(jìn)行俯仰角的調(diào)整，再擰緊固定，也能很方便可靠的根據(jù)需要調(diào)整視角范圍。如圖 5-1 所示5.35.3 監(jiān)視器監(jiān)視器 采用 10 英寸彩色視頻監(jiān)視器，攝像頭通過并行接口方便的接在監(jiān)視器上，監(jiān)視器還具有錄像功能，記錄整個(gè)清掃過程，使清掃工作有案可查。5.45.4 照明裝置照明裝置 本方案用到的照明裝置，可以到相關(guān)的廠家購買，攝像頭主要用來觀察管道內(nèi)的情況，但因管道為封閉的，光線暗淡，其要在照明裝置燈泡的幫助下，才可以成功的觀察管道是否清掃干凈，以便徹底清潔中央空調(diào)管道。它們用電線連接著遠(yuǎn)程的供電設(shè)備，保證它們的正常工作。 總之通過監(jiān)視系統(tǒng)可以方便的對(duì)清掃情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想時(shí)可

52、以操縱機(jī)器人后退再清掃一次。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經(jīng)濟(jì)問題。5.55.5 灰塵收集裝置灰塵收集裝置 灰塵收集裝置是與機(jī)器人分離的一個(gè)裝置，為設(shè)計(jì)方便起見，我決定采用一個(gè)大功率的抽風(fēng)機(jī)在連接里格管子通向空調(diào)管道中，在抽風(fēng)機(jī)下部再安裝一個(gè)灰塵收集的塑料兜。當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將灰塵吸入塑料兜中。由于抽風(fēng)機(jī)都有現(xiàn)成的設(shè)備，因此我決定在網(wǎng)上查找有關(guān)的成品。 網(wǎng)上查找抽風(fēng)機(jī)（杭州春蘭電器有限公司）如圖 5-2 所示。其性能參數(shù)如表 5-1所示。圖 5-2 抽風(fēng)機(jī)表 5-1 抽風(fēng)機(jī)參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)SHWX-100BSHWX-120B容差值額定電壓（V）220220/額定頻率()ZH5050/額定輸入功率1000120010%最大真空度2021.5-5%最大風(fēng)量33.1-8%溫升8585/噪聲9898/火花等級(jí)二級(jí)二級(jí)/絕緣等級(jí)BB/最大吸入效率30%31%-10%第六章第六章 結(jié)束語結(jié)束語通過本次課題的設(shè)計(jì)，本文完成的工作主要包括以下方面： 1可組合的機(jī)械設(shè)計(jì)模式，使機(jī)器人可以適應(yīng)不同高度