買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 管道清灰機器人 的設(shè)計 摘 要 本設(shè)計內(nèi)容為 管道清灰機器人 ，主要對 管道清灰機器人 結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的設(shè)計，機器人的末端操作器即手指是可替換夾具，操作臂有四個自由度，可實現(xiàn)在工作空間范圍內(nèi)的物體的轉(zhuǎn)移， 旋轉(zhuǎn)角可達 360 度， 手爪一次可載荷 5 操作臂的動力源為舵機，總共有 5 個舵機，它們分別控制腰部旋轉(zhuǎn)，大臂、小臂、手腕的擺動，以及手爪張合，本文設(shè)計的 管道清灰機器人 可用于小工作空間內(nèi)完成對小質(zhì)量物體的轉(zhuǎn)移工作 達到管道清灰的目的，同時也可以做為搬運機器人使用 。 關(guān)鍵詞： 四自由度 ；操作臂；舵機 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 In of in of be in of 60 of a of in be in to to at be as a of 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 第 1 章 概述 . 4 器人概述 . 4 道機器人概述 . 6 內(nèi)外管道機器人的發(fā)展 . 6 內(nèi)管道機器人的發(fā)展 . 6 外管道機器人的發(fā)展 . 8 器人的發(fā)展前景 . 10 第 2 章 總體方案的制定及比較 . 11 道機器人的設(shè)計參數(shù)和技術(shù)指標(biāo) . 11 體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和比較 . 11 第 3 章 部件的設(shè)計和計算 . 15 道機器人工作量計算 . 15 走機構(gòu)的設(shè)計和計算 . 16 開機構(gòu)和放大桿 組的設(shè)計 . 23 作臂的設(shè)計 . 24 第 4 章 控制 原理設(shè)計 . 26 制原理的分析和設(shè)計 . 26 要控制流程圖 . 27 第 5 章 其它 . 29 小錐齒輪的設(shè)計和校核 . 29 的 設(shè)計 和校核 . 32 的校核 . 40 謝 辭 . 41 參考文獻 . 42 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 1 章 概述 器人概述 機器人 920 年至 1930 年期間在捷克作家凱勒爾 *凱佩克（ 名為 羅莎姆的萬能機器人 的幻想劇中，一些小的人造的和擬人的傀儡絕對地 服從其主人的命令。這些傀儡被稱為“機器人”。該單詞起源于捷克語“ 意思是“強制的勞動”。 機器人的組成與人類相似。舉例說，人搬運某一物體的運動過程可用圖（ a）所示的方塊圖來說明。首先，人聽到外部的命令或用眼睛看到外部的指令，并由眼睛測量出距離。感受到這兩種信息經(jīng)過感覺神經(jīng)送到大腦中，大腦經(jīng)過分析計算，然后通過運動神經(jīng)發(fā)出指令，手臂用最好的方式伸向物體，并將物體抓住，手上的感覺神經(jīng)，感覺物體已經(jīng)抓牢了，把信息傳給大腦。大腦命令手抓起物體，同時指令腳移動到所要求到達的地點，最后放下物體。一般包 括以下幾個部分見圖（ b）： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 當(dāng)于人的大腦）； 當(dāng)于人的手）； 當(dāng)于人的腳）； 當(dāng)于人的口、耳、眼、鼻以及皮膚上的感覺神經(jīng)）。 實際的機器人在不同的程度上具有兩種特有的屬性：對環(huán)境的通用性和自動適應(yīng)性。通用性：具有完成各種任務(wù)以及以不同的方式完成相同的結(jié)構(gòu)或機械能力。這意味著機器人的機械結(jié)構(gòu)具有可變的機械形狀。自動適應(yīng)性： 是指一個機器人必須被設(shè)計成由其 自己去完成任務(wù)，盡管難以預(yù)知，但卻可以有限的知道在完成任務(wù)期間環(huán)境的變化，通過改變路徑、姿態(tài)等來處理所面對的問題，最終完成任務(wù)。為了對機器人進行分類，必須能夠定義和區(qū)分不同的類型，因此根據(jù)不同的定義就有不同的分類方法?，F(xiàn)在使用的有很多種。以下介紹日本工業(yè)機器人協(xié)會（ 分類方法： 第一類：手工操作裝置：一種由操作人員操作的具有若干個自由度（ 裝置； 第二類：固定程序的機器人：依照預(yù)定的不變的方法按部就班執(zhí)行任務(wù)的操作裝置，對任務(wù)的執(zhí)行順序很難進行修改； 第三類：可變程序的機器人：與第二類是同 一種類型的操作裝置，但其執(zhí)行步驟可以修改； 第四類：再現(xiàn)式機器人：操作人員通過手動方式引導(dǎo)或控制機器人完成任務(wù)，而機器人控制裝置則記錄其運動軌跡，需要時可以重新調(diào)出記錄的軌跡信息，機器人就能以自動的方式完成任務(wù)； 第五類：數(shù)值控制機器人：由操作人員給機器人提供運動程序，而不是用手動方式教導(dǎo)機器人完成指定的作業(yè)任務(wù)； 第六類：智能機器人 :通過對環(huán)境變化的感知，改變其運動軌跡、姿態(tài)等措施圓滿的完成任務(wù)。 機器人的誕生和機器人學(xué)的建立無疑是 20 世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)的重大成就。自 60 年代初機器人問世以來，作為 20 世紀(jì)人 類最偉大發(fā)明之一的機器人技術(shù)，經(jīng)歷了近半個世紀(jì)的發(fā)展，已取得了長足的進步。特別是到了 20 世紀(jì) 90 年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。除了用于工業(yè)生產(chǎn)中從事焊接、噴漆、搬運和裝配等作業(yè)的工業(yè)機器人的水平不斷提高之外，各種用于非制造業(yè)的特種、智能機器人系統(tǒng)也有了長足的進展。工業(yè)機器人在經(jīng)歷了誕生成長成熟期后，已成為現(xiàn)代先進制造業(yè)中必不可少的核心裝備，當(dāng)今世界上約有上百萬臺工業(yè)機器人正與工人朋友并肩戰(zhàn)斗在各條戰(zhàn)線上。非制造業(yè)中的仿人性機器人、農(nóng)業(yè)機器人、水下機器 人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、娛樂機器人、服務(wù)機器人等各種用途的特種機器人也正以飛快的速度向?qū)嵱没~進。 道機器人概述 20世紀(jì) 70年代以來 , 石油、化工、天然氣及核工業(yè)等產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 , 各種管道作為一種重要的物料輸送設(shè)施 , 得到了廣泛應(yīng)用。由于腐蝕、重壓等作用 , 管道不可避免地會出現(xiàn)漏孔、裂紋等現(xiàn)象。同時多數(shù)管道安裝環(huán)境人們不能直接到達或不允許人們直接進入 , 為進行質(zhì)量檢測和故障診斷 , 采用傳統(tǒng)的全面挖掘法、隨機抽樣法工程量大 , 準(zhǔn)確率低 , 管道機器人就是為解決這一實際問 題產(chǎn)生的。它是由可沿管道 內(nèi)部或外部自動行走裝置、攜有一種或多種傳感器及操作裝置如：機械手、噴槍、焊槍、刷子。管道機器人的工作空間是復(fù)雜、封閉的各種管道 , 包括水平直管、各角度彎管、斜坡管、垂直管以及變徑管接口等 , 所以需要在操作人員的遙控操作或計算機自動控制下 , 進行一系列管道作業(yè)。管道機器人可完成的管道作業(yè)有以下幾類： 裝過程中的管內(nèi)外質(zhì)量檢測。 涂、焊接、內(nèi)部拋光等維護。 面腐蝕、裂縫破損等故障診斷。 救等其它用用途。 內(nèi)外管道機器人的發(fā)展 內(nèi)管道機器人的發(fā)展 國內(nèi)在管道機器人方面的研究起步較晚 , 而且多數(shù)停留在實驗室階段。哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄧宗全教授在國家“ 863”計劃課題“ X 射線檢測實時成像管道機器人的研制”的支持下 , 開展了輪式行走方式的管道機器人研買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 制 , 實現(xiàn)了管內(nèi)外機構(gòu)同步運動作業(yè)無纜操作技術(shù) , 并研制了鏈?zhǔn)胶弯搸絻煞N新型管外旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。該系統(tǒng)由六大部分組成 (1)移動載體 (2)視覺定位 (3)收放線裝置 (4)X 射線機 (5)檢測控制 ， 系統(tǒng)控制 (6)防護系統(tǒng) 1 2 3 4線控制 5 6線機 7 8 9上海交通大學(xué)研發(fā)了小口徑管道內(nèi)蠕動式移動機構(gòu)。它是模仿昆蟲在地面上爬行時蠕動前進與后退的動作設(shè)計的。其主要機構(gòu)由撐腳機構(gòu)、三個氣缸（前氣缸、中氣缸、后氣缸）、軟軸、彈簧片、 法蘭盤組成。針對微小空間、微小管道實時探測的要求，研制成電磁驅(qū)動微小型管道機器人樣機。微小管道機器人由四個電磁驅(qū)動單元組成。其驅(qū)動機理模擬生物體的蠕動爬行。它是通過給線圈加一系列的時序脈沖進行控制，依次使各單元動作，達到蠕動爬行的運動。 西安交通大學(xué)設(shè)計制作了蠕動式微動直線自行走機構(gòu)。這種行走機構(gòu)以電 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 致伸縮微位移器做驅(qū)動器，以電磁鐵機構(gòu)作為可吸附于行走表面的保持器。 廣州工業(yè)大學(xué)借用仿生學(xué)原理，研制成結(jié)構(gòu)獨特的，像蠕蟲一樣的微管道 機器人的運動由電磁力驅(qū)動。機器人由前后兩個電磁線圈和前后兩個驅(qū)動器組 成。當(dāng)分別通電時，機器人的兩個驅(qū)動器相互吸合收縮。當(dāng)后電磁線圈斷電時，后部突然放松，由此產(chǎn)生的推力將機器人前部 (前驅(qū)動器 )向前推進一段距離；反向運動依次類推。 外管道機器人的發(fā)展 國外關(guān)于燃?xì)夤艿罊C 器人的研究始于 20 世紀(jì) 40 年代 , 由于 70 年代的微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展 , 管道檢測機器人技術(shù)于 90 年代初，得到了迅猛發(fā)展并接近于應(yīng)用水平。 日本機器人的發(fā)展經(jīng)過了 60 年代的搖籃期 , 70 年代的實用期 , 到 80年代進入普及提高期 , 開始在各個領(lǐng)域內(nèi)廣泛推廣使用機器人。日本管道機器人眾多 , 東京工業(yè)大學(xué)于 1993 年開始研究管道機器人 , 并且成功研制出 列的機器人，以下介紹 管道機器人， 如圖（ 1）所示 ： 其采用“電機 - 蝸輪蝸桿 - 驅(qū)動輪”的驅(qū)動 方案 , 同時每個驅(qū)動輪都有一個傾斜角度測量輪 , 通過測量輪探測機器人的傾斜角度 , 并反饋給 電機從而保證管道機器人的驅(qū)動輪以垂直的姿態(tài)運動。該管道機器人系統(tǒng)通過像頭實現(xiàn)信息的采集 , 整個系統(tǒng)采用拖纜控制方式 , 檢測距離超過買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 100m。 美國是機器人的誕生地 , 早在 1962 年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人 , 是世界上的機器人強國之一 , 其基礎(chǔ)雄厚 , 技術(shù)先進 , 并有很多管道機器人產(chǎn)品。美國 司系列管道檢測機器人 國外現(xiàn)有的已成型管道機器人。美國紐約煤氣集團公司 (的卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機器人技術(shù)學(xué)院的 士在美國國家航空和宇宙航行局 (資助下于 2001 年開發(fā)了長距離、無纜方式的管道機器人系統(tǒng) 專門用于檢測地下煤氣管道的情況 , 如圖 2 所示。 該管道機器人系列 有如下特征 : ( 1) 一次作業(yè)檢測距離長 ,采用無纜方式 , 自帶電池并且電池可以多次反復(fù)充電 , 使管道機器人具有良好的自推進能力。 ( 2) 可以在鑄鐵和鋼質(zhì)煤氣管道中 , 低壓和高壓條件下工作。 (3) 管道機器人的彩色攝像頭采用嵌入式“魚眼”鏡頭 , 結(jié)構(gòu)非常緊湊。 (4) 可以順利通過 90的彎管接頭和垂直管道。 ( 5) 與外部操作人員采用無線通訊方式。 ( 6)該管道機器人可以探測煤氣管道內(nèi)部是否水滲透、碎片堆積 ; 可以確定管道內(nèi)部缺陷的確切位置并且定位相應(yīng)的作業(yè)裝置 ; 采用視頻圖像的形式準(zhǔn)確地反映管道內(nèi)部的狀況條件。 德國工業(yè)機器人的總數(shù)占世界第三位 , 僅次于日本和美國。德國學(xué)者 人在德國教育部的資助下于 2000 年研制成功了多關(guān)節(jié)蠕蟲式管道機器人系統(tǒng) 機器人由六節(jié)單元組成 , 其頭部和尾部兩個單元體完全相同 , 每個單元之間的節(jié)點由 3 個電動機驅(qū)動 , 使得 以抬起或者彎曲買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 機器人個體 , 從而可以輕松越過障礙物或?qū)崿F(xiàn)拐彎運動 ,該管道機器人系統(tǒng) 有 21 個自由度 , 長度為 2m, 質(zhì)量為 50采用無纜控制方式 , 統(tǒng)使用于直徑為 300 600管道。加拿大 履帶采用剛性支承結(jié)構(gòu) , 兩履帶的夾角可以調(diào)節(jié) , 以適應(yīng)不 同的作業(yè)管徑。兩履帶調(diào)節(jié)到平行位置時 , 可以在平地或矩形管道內(nèi)行走。但這種剛性支承的雙履帶式管內(nèi)機器人行走機構(gòu)的兩履帶夾角在行走過程中是無法改變的 , 因此不適應(yīng)管徑變化的作業(yè)場合。 研制的管道檢測機器人系統(tǒng)只適用于 200管道 , 而且一次作業(yè)的檢測距離不大于 500m; 采用四輪獨立伺服驅(qū)動方案研制成管道檢測機器人系統(tǒng) 該機器人系統(tǒng)只能實現(xiàn)對 200徑的地下輸水管道的檢測 , 一次檢測距離為 400m, 系統(tǒng)采用拖纜控制方式。 器人的發(fā)展前景 展望 21 世紀(jì) 機 器 人 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨 勢 ， 明 顯 地 向 著 智 能 化（ 向發(fā)展，包括機器人本身向智能機器人進化和實現(xiàn)機器人化（ 產(chǎn)系統(tǒng)。具體地說，傳感型智能機器人發(fā)展較快，新型智能技術(shù)（如臨場感、虛擬現(xiàn)實、記憶材料、多智能體系統(tǒng)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等）在機器人上得到開發(fā)與應(yīng)用，采用模塊化設(shè)計技術(shù)，進一步推動機器人工程，注意開發(fā)微型和小新機器人，重視研制行走機器人，研制應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作地非制造業(yè)機器人和服務(wù)機器人，開發(fā)敏捷制造系統(tǒng)，軍用機器人將用于裝配部隊等?？?的說來，雖然存在不少難關(guān)，甚至出現(xiàn)某些陰影，但新世紀(jì)機器人學(xué)的發(fā)展前景是十分光明和充滿希望。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 2 章 總體方案的制定及比較 道機器人的設(shè)計參數(shù)和技術(shù)指標(biāo) （ 1）管道機器人的工作環(huán)境 a管道為金屬冶煉廠煙氣輸送管道，管道為圓管，管道直徑為700000道底部每周可形成厚約 100煙灰堆積層； b煙灰密度 ； c管道中有水平、小于 30。傾斜， 3 倍管道直徑彎曲三種形式； d管道底部每隔 50m 有一可自動打開的清潔，供機器人傾倒垃圾； （ 2）管道機器人的 技術(shù)要求 a. 機器人必須小巧、靈活、拆卸方便； b生產(chǎn)能力高，每小時清潔能力應(yīng)在 40m 左右； c機器人在工作過程中，其結(jié)構(gòu)可適應(yīng)應(yīng)不同管徑的變化情況； d機器人自動化程度高，控制方便靈活； 體結(jié)構(gòu)的設(shè)計和比較 1）行走機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)國內(nèi)外的管道機器人的移動方式大致可分為六種： 活塞移動方式 滾輪移動方式 履帶移動方式 足腿移動方式 蠕動移動方式 螺旋移動方式 其各有優(yōu)缺點。以下分別介紹。 活塞移動式依靠其首尾兩端管內(nèi)流體形成的壓差為驅(qū)動力，隨著管內(nèi)流體的流動向前運 動，其原理類似于活塞在汽缸內(nèi)的運動，即把管道看作汽缸， 把具有一定彈性和硬度的 作活塞。其缺點是：越障能力和拐彎能力差。 滾輪移動式優(yōu)點是移動速度快，轉(zhuǎn)彎容易，結(jié)構(gòu)簡單，易小型化，采用多輪方式時牽引力隨輪數(shù)增加而增加。缺點是著地面積小，維持一定的附著力較困難，這使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，越障能力有限。 履帶移動式的優(yōu)點是著地面積大，易產(chǎn)生較大的附著力，對路面的適應(yīng)性強，牽引性能好，越障能力強。缺點是體積大不易小型化，拐彎半徑大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還要保持履帶的張緊。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 足腿移動式的優(yōu)點是對粗糙路面適應(yīng)性能較好，越障能 力極強，可適應(yīng)不同管徑的變化。缺點是結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，行走速度慢。 蠕動移動式的優(yōu)點是適應(yīng)微小管徑，越障能力強。缺點是移動速度慢，控制復(fù)雜。 螺旋移動式的優(yōu)點是有一定的越障能力，可適應(yīng)不同管徑的變化，可在垂直管道中行進。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移動速度慢，驅(qū)動力要求高。 根據(jù)設(shè)計參數(shù)和技術(shù)要求，所要研制的管道機器人必須要有高可靠性，高效率。所以采用上述行走機構(gòu)的移動方式的組合來實現(xiàn)行走，這樣可利用其綜合優(yōu)點避免單一移動方式的缺點。由于管道存在不同的彎管，這就要求機器人的行走機構(gòu)有一定的拐彎能力和越障能力。所以，設(shè) 計了一種如下頁圖所示的可伸縮的三只履帶腿式（三只腿成 120分布）組合行走機構(gòu)， 其特點是：移動速度快、轉(zhuǎn)彎比較容易、有較大牽引力、對粗糙路面適應(yīng)性好、越障能力強；同時，可伸縮性使得機器人對變徑管道有較好的自適應(yīng)性。 如下圖： 2）操作機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)管道機器人的操作對象是一些堆積的灰塵，并且灰塵在管道底部買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 （ 2）操作機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)管道機器人的操作對象是一些堆積的灰塵，并且灰塵在管道底部堆積，同時成疏松狀，所以操作機構(gòu)有以下兩種方案： 借鑒挖掘機的工作原理。利用鏟斗鏟起灰塵，然 后行走到管道底部的垃圾開口，傾倒灰塵。這種方案簡單，可靠；但是由于管道直徑的限制，其鏟斗的容積比較小，同時垃圾開口每隔 50m 才有一個開口，其大部分時間都在行走上，所以機器人的工作效率很低。 借鑒吸塵器的工作原 理。利用帶有操作臂的吸塵器的吸頭，灰塵通過吸塵管道到主體內(nèi)部，設(shè)計箱體的容積比較大，最后，移動到垃圾開口處傾倒垃圾，從而減少在往返的次數(shù)來提高工作效率。 所以采用具有兩個自由度的機械臂，臂末端附上吸塵器頭，臂上附上塑料軟管，軟管最終以主體的垃圾箱密封連接。 3）撐開機構(gòu)的設(shè)計 由于管徑的變化，需要撐開 機構(gòu)來適應(yīng)管徑的變化。在本機器人設(shè)計中，采用滾珠絲杠螺母副來和放大桿組來實現(xiàn)。其機構(gòu)簡圖如下圖所示： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 基 座 2 放大桿組 3 撐開桿 4 絲 杠 5 絲杠螺母 6 行走機構(gòu) 當(dāng)絲杠 4 旋轉(zhuǎn)時，絲杠螺母 5 在絲杠上左右移動，從而拉動撐開桿 3，撐開桿 3 鉸接在放大桿組 2 上，從而改變其傾角來適應(yīng)管徑的變化。 （ 4）最終方案的確定 根據(jù)以上的分析和比較，最后得出最終方案。 設(shè)計的管道清潔機器人包括以下五部分： 行走裝置 （為整個行走提供動力）； 撐開桿組 （適應(yīng)管徑的變化）； 操作臂裝置（操作臂包括吸塵器的操作部分和傾倒垃圾部分）； 信號采集裝置（為控制 提供信號和圖像）； 控制裝置（控制管道清潔機器人行走和動作）。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 3 章 部 件的設(shè)計和計算 道機器人工作量計算 由于管道直徑是變化的，變化范圍為（ 7001000通過計算當(dāng)管道直徑為 1000，且堆積相對底部為 100圖下圖所示；每50m 最大的工作量 其中 h=100d=1000 R=d/2=1000/2=500 a=0000 2 2 2 25 0 0 4 0 0 3 0 0b R a mm a r c t a n ( / ) a r c t a n ( 3 0 0 / 4 0 0 ) 3 6 . 8 7 22922123 6 0 22 3 6 . 8 7 15 0 0 2 4 0 0 3 0 03 6 0 24 . 0 8 8 1 0s R a 由于每隔 50m 才有一開口，所以總的工作量： 4 3 9 35 0 1 04 . 0 8 8 1 0 5 0 1 0 2 . 0 4 1 0l m l m m 又因為煙灰的密度為 33 g 9 3 6 33 . 5 2 . 0 4 1 0 1 0 7 . 1 5 1 0 7 . 1 5 1 0m V g k g h=100 d=1000=500 300b 0s 3935 0 1 02 . 0 4 1 0l m mV m m 33 g 37 1 0m 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 走機構(gòu)的設(shè)計和計算 （ 1）行走機 構(gòu) 的 驅(qū)動電 機功率的 預(yù) 算 預(yù) 取管道 清潔 機器人的容 積為 33 5 3 5 3 5 4 2 8 7 5 c 容 5m 3 . 5 4 2 8 7 5 1 . 5 0 1 0 g 1 5 0 k m g 1 5 0 9 . 8 1 4 7 0 . 6 管道機器人在裝滿的情況下，受力圖如左圖所 示：其中預(yù)?。?212 c o s 6 0 F G F 21F G F =00 =于履帶是三組；成 120分布；受到的是摩擦阻力 ; 212F F F 驅(qū) （其中是橡膠與鋼之間的摩擦系數(shù)） =2 400 =管道機器人的工作行程速度 V 為 ： V=s 3 3 1 2 . 9 6 0 . 5 1 6 5 6 . 4 8W F V W 驅(qū)總 （ 有效功率） 由于是三組履帶，所以每個履帶的驅(qū)動電機至少為： W= 3 3=以，選取電機的功率為 800W;同時電機要能變速，才能在管道內(nèi)轉(zhuǎn)彎；所以選擇伺服電機，最終選擇 服電機（安川公司）。 342875容 m 150 2F= F=s W= 2）行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 確定行走機構(gòu) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 由于管道直徑最小時， D=700時總體方案中已經(jīng)確定采用 3 組履帶，相對來說比較狹??；所以行走機構(gòu)尺寸不能太大。 首先，確定履帶的寬度。由于履帶的寬度較小，那么它的工作所提供的驅(qū)動力就會減??；而其寬度 太大時，所受到的阻力就會很大。通過作圖的方法，取履帶的寬度 為： =150 其次，確定履帶的長度。履帶的長度越長其轉(zhuǎn)彎的靈活性就會受到影響。所以，履帶的長度不能太長。所以其長度 L 為： L=580 最后，確定履帶的高度。履帶的高度受到管道直徑的限制，同時還受到撐開桿組的影響；由于撐開桿組要能在 =7001000圍內(nèi)變化，所以桿長要達到給定的范圍。通過對撐開桿組的設(shè)計，后最終確定高度 H=175 確定行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 由于外形尺寸的限制，電機內(nèi)置在履帶組中，同時采用錐齒輪來換向，最后驅(qū) 動履帶輪。其結(jié)構(gòu)圖如下圖所示： 50=580=175確定行走機構(gòu)中的履帶輪和履帶輪 采用同步帶的結(jié)構(gòu)來設(shè)計履帶。以下是同步帶傳動的優(yōu)點： 1. 適用于兩軸中心距較大傳動，承載能力較大。 2. 帶具有良好的彈性，可以緩沖、吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。 3. 結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護較為方便，價格低廉。 首先，確定同步帶的主要參數(shù)：（查機械設(shè)計手冊 13 齒 形：梯 形 齒距制式：模數(shù)制 型 號： 距：次，設(shè)計帶輪：（查機械設(shè)計手冊 13 (1)初選帶輪的次數(shù)： 17z ； 選擇切削帶輪齒形的刀具類型 切出直線齒廓的特別刀具； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 齒槽角： 2 =2 =40； 節(jié) 距 : m= 7 節(jié)圓直徑 ： 7 1 7 1 1 9d m z m m ； 模 數(shù)： 7m ； 齒側(cè)間隙： 1； 17z 2=40 119d 7m 1名 義徑 向 間 隙：0 ； 徑 向 間 隙：0 0 . 4 1 . 3 7 0 . 4 7 3 . 8 3 6e e m ； 外 圓 直 徑 ：0 2 1 2 0 2 1 . 7 5 0 1 1 6 . 5 中 = 外 圓齒 距：00( ) / 3 . 1 4 1 1 6 . 5 1 7 2 1 . 5 2 9p d z m m ； 外 圓齒 槽 寬 ：0 1 0 . 0 6 1 1 1 . 0 6mb s c m m ； 齒 槽深： 4 . 2 3 . 8 3 6 8 . 0 3 6h e ； 齒 槽底 寬 ： 7； 齒 根 圓 角半 徑 ： 0 . 2 5 0 . 2 5 7 1 . 7 5 ； 0 . 2 5 0 . 2 5 7 1 . 7 5 ； 最后， 設(shè)計 履 帶 ：（ 查 機械 設(shè)計 手 冊 13 由于采用同步 帶 的 結(jié)構(gòu)來設(shè)計 履 帶 ，同 時 履 帶 用于特殊的工作 環(huán) 境，所以不能完全采用同步 帶 的 參數(shù) ，根據(jù)具體的 結(jié)構(gòu) 尺寸 設(shè)計 履 帶 。 節(jié) 距： 齒 形角： 2 =40； 齒 根厚： = 齒 高： 帶 高： ； 齒頂 厚： 7 節(jié)頂 距： = 帶 寬 ： 115sb 0 0d=0p=0b=文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 2=40 = 7 =115sb 確定大小 錐齒輪參數(shù) （ 詳細(xì) 的 設(shè)計過 程 見 第五章） 整 個 行走裝置里， 錐齒輪 的主要作用 ， 傳遞動 力。同 時 考 慮 到其完全在行走裝置 內(nèi) 部，尺寸受到限制。根據(jù)以上的因素， 設(shè)計 大小 錐齒輪 的具體 參數(shù) 。 根據(jù) 總 體 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖 ，采用 軸 交角 90 。 齒輪類 型 為 ：直 齒錐齒輪 、 齒 形制 為 12369 1990,齒 形角 為 20、 齒頂 高系 數(shù) *、 頂 隙系 數(shù) * 。（ 查 機械 設(shè)計 手 冊 14 大 錐齒輪 的次 數(shù)1 30z ;小 錐齒輪 的次 數(shù)2 23z 。大小 錐齒輪 的具體 參數(shù) 分 別 如下： （ 查 機械 設(shè)計 手 冊 14 大 錐齒輪 ： 法向模 數(shù) ： 齒 數(shù) ： 30z ； 法向 齒 形角： 20分度 圓 直 徑 ： 3 0 2 . 5 7 5d m z m m 分度 圓錐 角：11230c o t c o t 5 2 3 1 2 6 23za r c a r 齒頂圓 直 徑 ： *12 c o d h m =75+2 1 2 31 26 =齒根圓直徑： *12 ( ) c o d h c m 大錐齒輪： 30z 2075d 1 5 2 3 1 2 6 m =75（ 1+ 2 31 26 = 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 錐 距：221212 s i n 2m z mR z z = 222 0 2 32 = 齒頂角： *a r c ta n = 1 2 3=3 1 43 齒 根角 ： *()a r c t a n c = (1 0 . 2 ) 2 . 5a r c t a . 2 5 3=3 47 1 頂圓錐 角 ： = 52 3126 +3 1 43 =55 33 9 根圓錐 角 ： = 52 3126 47 1 =48 44 25 齒 寬 ： b=25 5 3 3 9 a 4 8 4 4 2 5 f b=25錐齒輪 ： 法向模數(shù)： ； 齒 數(shù)： 23z ； 法向齒形角： 20分度圓直徑： 2 3 2 . 5 5 7 . 5d m z m m 分度圓錐角：11230c o t c o t 3 7 2 8 3 4 23za r c a r 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 齒頂圓直徑： *12 c o d h m = 1 7 28 34 =齒根圓直徑： *12 ( ) c o d h c m = 1+ 7 28 34 =錐 距：221212 s i n 2m z mR z z = 222 0 2 32 =齒頂角： *a r c ta n = 1 2 3=3 1 43 小錐齒輪 ： 23z 20 d 37 2834 1 43a 齒根角： *()a r c t a n c = (1 0 . 2 ) 2 . 5a r c t a . 2 5 3=3 47 1 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 頂圓錐角： = 37 2834 +3 1 43 = 41 3017 根圓錐角： = 37 2834 47 1 = 33 4133 齒 寬 ： b=25 確定直齒輪的參數(shù)（詳細(xì)的設(shè)計過程見第五章） 在整個行走裝置中，直齒輪的作用，主要是傳遞動力。根據(jù)行走機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和尺寸限制，同時為了減少零件的個數(shù)和降低成本，才用兩個完全相同的直齒輪，齒頂高系數(shù) *、 頂隙系數(shù) * 。 齒數(shù) z=40， 。 其具體參數(shù)如下： 分度圓直徑：1 2 . 5 4 0 1 0 0d m z m m 齒 頂 高 ： * 1 2 . 5 2 . 5h m 齒 根 高： *()h c m(1 0 ) 2 = 47 1f a 41 3017 f 33 4133b=25d=100mm .5 全 齒 高：h h=齒頂圓直徑：112d h=100+2 105齒根圓直徑：112d h=100齒 厚 ： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 齒 根 寬： / 2 3 . 1 4 2 . 5 2 3 . 9 2 7 中 心 距： 100a d 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 頂 隙： * 0 . 2 5 2 . 5 0 . 6 2 5c c m 開機構(gòu)和放大桿 組的設(shè)計 (圖 a) (圖 b) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 撐開機構(gòu)采用絲杠螺母和放大桿組的結(jié)合，來適應(yīng)管徑的變化。通過作圖法來模擬最?。▓D a）、最大管徑（圖 b）時的情況（在 ，按比例 1： 1）如上頁 圖所 示： h 105 9 3 fd m m 100a 最后量出各桿件的 長 度： 撐 開 桿桿 長 ： 200cl 放大桿放大桿桿長： 300fl 由于在其之上安裝了壓力彈簧，其實際桿長為 330 380 鉸 接 處 的位置： 在放大桿 組 90 。 作臂的設(shè)計 (圖 c) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 操作臂包括吸塵器的操作臂和拉開卸料門的桿件機構(gòu)。 吸塵器操作臂的設(shè)計 由于管道的管徑是變化的，同時灰塵主要分布在管道底部，所以要求操作臂要能夠適應(yīng)管徑的變化，不僅要在最小管徑是能工作，也要在管徑最大是也能正常的工作。根據(jù) 這些要求，設(shè)計了具有兩個平面自由度的桿件機構(gòu)來實現(xiàn)。其結(jié)構(gòu)如 圖（ c）所示：其各個桿件的參 數(shù)見零件圖。其驅(qū)動電機采用 直流伺服電機。功率為 120W。 卸料門的拉開桿件的設(shè)計 當(dāng)垃圾箱裝滿時，重量能達到 時電機的驅(qū)動功率 120W，驅(qū)動力較??；所以，在設(shè)計時采用“死點”的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)卸料門的開合。 工作原理：當(dāng)卸料門閉合式，連桿處于死點位置即位置 1，這是無論在卸料門上施加多大的力，卸料門也不會打開；當(dāng)灰塵裝滿時，驅(qū)動電機通電，讓連桿 轉(zhuǎn)動，從而破壞死點的狀態(tài)，在灰塵的重力和連桿的拉力下，卸料門打開即位置 2。當(dāng)灰塵傾倒完后，連桿逆向轉(zhuǎn)動，推動連桿向上移動從而使卸料門閉合， 從而回到位置 1。 其結(jié)構(gòu)簡圖見圖（ d）所示： 各個桿件的長度，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)尺寸，采用作圖法計算出桿件的長度。其尺寸參數(shù)如下： 連桿0連桿50連 桿2005020紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 第 4 章 控制原理設(shè)計 制原理的分析和設(shè)計 我們擬將兩對光電傳感器（記為 和 ）分別置于本管道清潔機器人前后兩側(cè)從而在前進或后退時都可以檢測行進前方有無障礙物從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。見下面示意圖： 將一對超聲波測距傳感器 (記為 別置于本管道清潔機器人車體前后適當(dāng)位置 ，用來檢測其前進或后退時管徑的變化情況，以使 另外，將一個光電傳感器 (記為 于吸塵裝置下方適當(dāng)位置，用來檢測下方管壁上的灰塵是否已清潔干凈；又將一個壓力傳感器（記為 于垃圾箱底板適當(dāng)位置，用來檢測垃圾箱是否已經(jīng)裝滿，從而使本管道情節(jié)機器人停止繼續(xù)清灰塵轉(zhuǎn)而倒垃圾。另外一個超聲波傳感器 (記為 于裝灰塵的垃圾箱下方適當(dāng)位置，在垃圾箱裝滿后通過檢測前方一定距離范圍內(nèi)有沒有障礙物來判斷清潔口是否已經(jīng)打開，從而使