某水下清理機器人的行走機構(gòu)的組成分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u13686某水下清理機器人的行走機構(gòu)的組成分析案例概述 13461.1吸附機構(gòu) 1242931.2傳動機構(gòu) 2185151.3承載機構(gòu) 2298991.4張緊機構(gòu) 3103142.1.5推動機構(gòu) 3188241.2行走機構(gòu)在正常工作情況下受力的分析 4162031.3行走機構(gòu)減速器步進電機的選型 61.1吸附機構(gòu)吸附行走機構(gòu)一直都認為是整個船體表面船體表面水下清掃機器人行走機構(gòu)的重中之重，因為我們首先做的一件重要事就是把它的吸附行走機構(gòu)必須做到要直接地把它吸引起來到水下船體船身的運動表面，這樣一個只有能夠直接進行清洗的行走機器才可以能夠直接完成水下運動船體船身表面的全部清理清洗工作。吸附傳遞機理的基本原理是：附著在鏈條上的永磁塊（整體結(jié)構(gòu)如下圖1.1所示）和擺動磁輪（整體結(jié)構(gòu)如下圖1.2所示）作為吸附流體，吸附在齒輪整個軀干結(jié)構(gòu)的表面上。電磁輪泵應(yīng)直接安裝在與各連桿相連的軸上，因為我們要充分考慮到電磁輪泵應(yīng)直接安裝在與各連桿相連的軸上。如果我們能把永磁場的永磁塊直接接觸到整個機身的表面，然后，當(dāng)永磁場通過磁輪從整個機身表面分離時，在運動過程中，永磁場與機身表面可能會不斷發(fā)生摩擦和碰撞，這不僅會導(dǎo)致機身內(nèi)永磁場的鐵塊嚴(yán)重損壞，還會對機身造成損傷，經(jīng)過多年的使用，整個機身的表面會在長時間后被高度腐蝕。因此，我們可以要求這些磁輪直接接觸整個機身表面，而永磁輪的鐵塊不會直接接觸整個機身表面，吸附力范圍內(nèi)的磁輪足夠?qū)?，同時也有效減少了殼體與整個殼體的磁塊表面直接接觸或碰撞對殼體造成的嚴(yán)重損傷，每個永磁軌道必須安裝48個鐵制永磁塊，在由兩個連接件連接的永磁波中間安裝兩個小型永磁翼，永磁鐵必須嚴(yán)格選用，必須是世界上最著名的磁性材料，這樣才能有效地保證，船舶自動清洗機器人具有足夠的氣動力和吸力將其移動到整艘船的內(nèi)表面。圖1.1永磁鐵塊圖1.2磁輪1.2傳動機構(gòu)而與吸附機構(gòu)相比，傳動機構(gòu)也非常重要，因為只有動力直接傳遞給清洗機器人，機器人才能運行和清洗。由于清洗機器人主要主動進行水下直接清洗，水下環(huán)境相對較差，以及其傳動特點和性能，我們選擇這種傳動方式為鏈?zhǔn)絺鲃樱準(zhǔn)絺鲃拥闹饕康氖怯蓚鲃渔満推渌溳喗M成。齒輪的反向運動和鏈傳動能量的有效傳遞可以通過單個驅(qū)動輪的不同驅(qū)動齒輪與每個驅(qū)動鏈之間的鏈節(jié)之間的嚙合相互作用來實現(xiàn)。1.3承載機構(gòu)支撐機構(gòu)用來承載整個水下清洗機器人的重量，支撐機構(gòu)不僅要承載運行機構(gòu)的大部分重量，還要承載清洗機構(gòu)的重量，因此支撐機構(gòu)也更為重要，它應(yīng)該成為整個清洗機器人的主要任務(wù)，在承載機構(gòu)上有一個軸承（其結(jié)構(gòu)圖如圖1.3所示）。它的主要功能是在整個飛行過程中清潔和移動機器人時，船體和飛機表面可能會出現(xiàn)一些障礙物。如果機器人通過它的路線，它將無法移動，路線可以被一些障礙物直接懸掛。如果沒有痕跡，就是高度，如果很高，很可能整個機器人會因為儲能不足而墜落。因此，具有較大承載力的車輪將有力地支撐整個履帶，使整個履帶不被每個障礙物抬得過高，從而可以大大降低機器人這種特殊情況的發(fā)生率。圖1.3承載機構(gòu)1.4張緊機構(gòu)張緊機構(gòu)的主要目的是避免電壓的產(chǎn)生，由于傳動鏈和傳動鏈?zhǔn)峭ㄟ^傳動連接到傳動鏈上的，因此可以有效地防止張緊的產(chǎn)生傳動鏈輪與傳動鏈沒有緊密接觸，通過在夾緊操作中不斷向前、向下移動夾緊機構(gòu)的母親（如下圖1.4所示），實現(xiàn)夾緊機構(gòu)的夾緊功能。圖1.4張緊機構(gòu)2.1.5推動機構(gòu)推動裝置的目的是為被清潔的機器人提供足夠的移動動力，被清潔的機器人沿著大型水下覆蓋物在其表面快速移動。一種稱為步進發(fā)動機的電機驅(qū)動裝置直接安裝在履帶的左右兩側(cè)脊上，一種稱為步進發(fā)動機的發(fā)動機驅(qū)動裝置直接安裝在鏈輪的內(nèi)側(cè)，步進發(fā)動機的驅(qū)動特點是低排量和高性能，可作為該類自動行走機構(gòu)使用，具有足夠的轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)備，節(jié)省了轉(zhuǎn)矩運動空間，可由多個驅(qū)動器同時控制不同步進電機的驅(qū)動和運行，并可同時控制步進電機的各種驅(qū)動，以實現(xiàn)自動行走在正常情況下，它能提供所需的全部額定轉(zhuǎn)矩和傳動轉(zhuǎn)矩，大大提高了電變流器的工作效果和經(jīng)濟可行性，由于左右兩臺發(fā)電機都能相互控制和控制，我們不僅可以同時控制兩臺電動發(fā)電機的控制速度，還可以直接對兩臺電動發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)齒輪進行差動控制，如下圖1.5所示。圖1.5驅(qū)動機構(gòu)1.2行走機構(gòu)在正常工作情況下受力的分析船體水下表面清理機器人的普遍清潔工作處理狀態(tài)一般是廣泛指沿著與清潔船舶船體表面相同平行高度的船體垂直線運動方向?qū)嚥按w內(nèi)部進行清潔，其船體前進方向高度應(yīng)與船體水下表面清理機器人上所承載的船體重力運動方向大致保持高度垂直。同樣，船體水下表面清理機器人與工業(yè)船舶船體表面之間所能形成的溫度夾角隨工作溫度從左右到內(nèi)發(fā)生變化，工作的身體狀態(tài)又被我們劃分成作為兩種類的靜態(tài)和一個動態(tài)，但是由于一個步進驅(qū)動電機的這個驅(qū)動力矩方式所在地的水平面與該處的身體受力影響分析方式所在地的水平面之間相當(dāng)于垂直，所以一個步進驅(qū)動電機的這個驅(qū)動力矩對此處的身體受力并不是沒有什么大的影響，這樣便可以使得我們完全可以毫無疑問地用心去仔細考慮這個驅(qū)動機的力矩所產(chǎn)生給我們身體帶來的受力影響，因此一個靜態(tài)和一種動態(tài)在這個垂直平面上的兩種受力分析方式都應(yīng)該是相同的。一般在水下運動的這種狀態(tài)下，我們主要應(yīng)該考慮的就是如何防止船體表面船體表面水下清掃機器人出現(xiàn)嚴(yán)重滑落或者在某一點上升時發(fā)生了嚴(yán)重傾覆。因為它們都必須是沿著與其他船舶船體共享的任何一條船體直線運行方向，因而一般不會輕易出現(xiàn)船體滾動的異常情況，所以整個一般的船舶工作環(huán)境狀態(tài)下的水清掃工和機器人僅僅只是需要分別考慮兩種不會失效的工作形式。在這兩種壓力條件下，清掃器和機器人時所需要承受的機械力量主要因素包括：水對永磁性懸浮鐵塊的磁力和吸附力，清掃器和機器人時的流體重力，水的流體懸浮推動力，水對于船舶清掃器和機器人的摩擦阻力，履帶和其他船舶齒輪殼體內(nèi)層表面之間摩擦產(chǎn)生的機械摩擦力。一般在一定工作高壓狀態(tài)下的氣體受力強度分析試驗結(jié)果主要如下表見圖1.6所示。圖1.6行走機構(gòu)一般工作狀態(tài)下的受力圖其中：——清掃清潔機器人的總運動承載力是重力(其中一般包括軸承抗重力傾覆的軸承機構(gòu))和漂浮力的量之和；——清掃機器人的軸在保持橫向或相對垂直轉(zhuǎn)動方向的兩個位置之間有一個逆向夾角；——清掃清潔機器人的軸承重心力和高度；——左右兩個各排各列履帶圍繞永磁性軸承鐵塊的電動磁場和吸附作用能力；——左右兩個各排各列履帶與軸承輪船壁之間的逆向摩擦力；——確定水流對于兩個清掃清潔機器人的相互逆向轉(zhuǎn)動作用力；——左右兩個各排履帶圍繞軸承齒輪中心的轉(zhuǎn)動距離。因為船體表面船體表面水下清掃機器人只是在一般工作的狀態(tài)下才可能會同時發(fā)生兩種情況的失效，因此我們就需要將這兩種情況分別做出受力分析。防止下滑的受力分析防止永磁性鐵塊的電動磁吸附力即是永磁性鐵塊電動磁吸附力需要遠遠超過其水平或垂直行于船體表面上的重力與浮動作用之和所產(chǎn)生的一部分力，同時還需要促進履帶與船體表面之間的摩擦力遠遠超過其水平或垂直行于船體表面上的重力與浮動作用之和所產(chǎn)生的一部分力。根據(jù)這樣的分析，則我們可以說是為了使得清潔機器人不會因為發(fā)生打亂而滑落必要條件如下：(3-1)其中：(1)；(2)。所以我們可以根據(jù)以上不會發(fā)生打轉(zhuǎn)或者滑落等情況的條件來計算得出電磁吸附能力的臨界值。(3-2)防止傾覆的受力分析所以當(dāng)我們的船體表面船體表面水下清掃機器人處于一般正常工作運行狀態(tài)下的情況時候，由于各種外力所產(chǎn)生的壓應(yīng)和力矩，有很大的可能就會在C點上產(chǎn)生各種傾覆的現(xiàn)象，因此，我們必須做到嚴(yán)格控制各種外力，防止出現(xiàn)傾覆的情況。根據(jù)這樣的設(shè)計要求，對C點進行取矩，得到的防止C點發(fā)生橫向傾覆的條件是：(3-3)其中：；所以我們可以依靠以上不會發(fā)生電磁傾覆現(xiàn)象的條件來計算得出電磁吸附能力的臨界值。(3-4)根據(jù)上面兩種設(shè)計方法可用來估計防止水下清潔作業(yè)機器人的磁鐵之吸附力F在一般水下工作環(huán)境狀態(tài)下的臨界點數(shù)值。(3-5)1.3行走機構(gòu)減速器步進電機的選型根據(jù)以上這些受力分析，我們就能夠根據(jù)計算得出來的臨界值和條件，進行了相應(yīng)的電動機選型。因為我們在設(shè)計時考慮到水下清掃機械系統(tǒng)機器人本身的整體和重量都是否會對它產(chǎn)生重要的作用和影響，所以，我們最好的方法就是盡量地選擇一臺體積小、重量輕、扭矩大的電機，同時，我也是在設(shè)計中選擇了一臺帶有傳動減速器的步進電機，這樣的步進電機和傳動減