【正文】 長度范圍：310—780mm寬度范圍：300—800mm3）機器人的運動速度為 4—12m/min4）可以實現(xiàn)局部最大爬坡能力5）管內越障 2mm6）最大行程 150m機械工程學院畢業(yè)設計（論文）第二章 中央空調管道機器人系統(tǒng)設計 工作原理及組成本次設計的機器人（如圖21）用于污染的中央空調管道的清潔，整體結構主要由行圖21中央空調管道清潔機器人走機構、清掃機構和監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機構又分為驅動機構、導向輪系統(tǒng)兩部分。驅動機構（如圖22）所示，驅動方式為單電機驅動機器人前軸。在清掃之前，通過調整支撐臂上的螺釘來調節(jié)兩個導向輪（如圖23）的橫向距離，保證機器人處于管道中央時導向輪兩端距管道壁各有約20mm。清掃工程中，兩導向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉（其中左導向輪逆時針旋轉，右導向輪順時針旋轉） ，其旋轉速度比機器人前進速度略大。如左邊的導向輪碰到管道的左壁，則導向輪的切向摩擦力F向機器人中心偏移，簡化成牽引力F，及順時針的扭矩M，迫使機器人右轉。其左轉的原理相同。清潔工作主要由旋轉刷系統(tǒng)完成，旋轉刷裝置是機器人清掃系統(tǒng)的核心工作部件機械工程學院畢業(yè)設計（論文）之一，旋轉刷由氣動馬達驅動,與氣動馬達相連的刷桿采用伸縮式結構,可以進行長度調節(jié)。旋轉刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個裝置可以進行俯仰調整,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,利用氣動馬達吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風機抽出。設計的旋轉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的管道,不會對管道壁造成損傷。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)可以方便的對清掃情況進行實時監(jiān)控，當出現(xiàn)清掃效果不理想時可以操縱機器人后退再清掃一次。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經濟問題。目前全國共有上百萬臺中央空調亟待清洗保養(yǎng),空調清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國內市場上尚無管道清潔機器人產品,本文設計的中央空調管道清潔機器人系統(tǒng)結構簡單,自動化程度高,適用范圍廣,成本較低,對促進我國中央空調管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內空氣質量、提高生活和健康水平等具有積極的意義。 機器人設計原則（最小運動慣量原則）：由于機器人運動部件多，運動狀態(tài)經常改變，必然產生沖擊和振動，采用最小運動慣量原則，可增加機器人運動平穩(wěn)性，提高機器人動力學特性。為此，在設計時應注意在滿足強度和剛度的前提下，盡量減小運動部件的質量，并注意運動部件對轉軸的質心裝配。（尺度規(guī)劃優(yōu)化原則） ：當設計要求滿足一定工作空間要求時，通過尺度優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機器人剛度的提高，使運動慣量進一步降低。（高強度材料選用原則）：由于操作機從手腕、小臂、大臂到機座是依次作為負載起作用的，選用高強度材料以減輕零部件的質量是十分必要的。 （剛度設計的原則）：機器人設計中，剛度是比強度更重要的問題，要使剛度最大，必須恰當?shù)剡x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）：機器人因機構復雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應高于部件的可靠性，而部件的可靠性應高于整機的可靠性。可以通過概率設計方法設計出可靠度滿足要求的零件或結構，也可以通過系統(tǒng)可靠性綜合機械工程學院畢業(yè)設計（論文）方法評定機器人系統(tǒng)的可靠性。 （工藝性原則）：機器人是一種高精度、高集成度的自動機械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設計時要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結構設計而無良好的工藝性，必然導致機器人性能的降低和成本的提高。 整體方案選擇 本次設計的主要難題是機器人的前進后退及轉向控制，為此兩個比較成熟的方案：方案一：雙電機各驅動機器人兩個前輪，工作人員通過攝像頭觀察機器人在管道中的運行情況，適時調整兩電機的速度，對機器人進項轉向控制。方案二：單電機驅動機器人的前軸，在機器人前方左右兩端各安裝一個導向輪系統(tǒng)，兩個導向輪的角度可調。清掃管道之前，調整兩個導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速與機器人驅動輪同時啟停，導向輪轉動線速度比驅動輪線速度略大，當某一導向輪碰到管壁時，導向輪的切向力和電機的牽引力的合力會迫使機器人轉向，從而保證機器人始終運行在管道的中央并能完成自動轉向。相比較而言，方案一結構簡單，控制靈活，但兩電機的速度差的控制不好把握，兩電機啟動的同步度不好控制，而且對工作人員的技術要求較高，工作人員的勞動強度較大，機器人的自動化程度較低；方案二采用導向輪系統(tǒng)，在機械結構設計上是個創(chuàng)新，提高了機器人的智能化，大大減輕了工作人員的工作量，只是結構設計及傳動系統(tǒng)稍微復雜一些。綜合考慮這兩個方案的優(yōu)缺點，我決定采用方案二。另外本次設計采用輪式機構傳輸，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 ，是普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的 倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的 倍。機械工程學院畢業(yè)設計（論文）圖 22 驅動機構示意圖圖 23 導向輪結構圖機械工程學院畢業(yè)設計（論文）第三章 行走機構設計 機器人驅動機構驅動機構（如圖 22）所示，根據(jù)任務書的要求機器人在管道中的前進速度為 4—12m/min，即速度在 —。根據(jù)設計要求初步估計機器人小車的尺寸：長 寬 高=?203? 電機的選擇（1）根據(jù)外形尺寸，估計機器人的總質量 MM=箱體質量+履帶機構質量+機器人驅動機構質量+旋轉刷系統(tǒng)質量+導向輪機構質量+傳輸線質量+攝像頭系統(tǒng)質量。大體估計總重為 15kg。（2）計算驅動機器人所需要的牽引力 FF=履帶輪摩擦力+旋轉刷摩擦力，據(jù)估計牽引力大小在 125N 左右（3）電機的選取小型減速電機具有結構緊湊、體積小、輸出轉速低、輸出扭矩大等優(yōu)點，比較符合該機器人的設計準則，因此優(yōu)先選用。初選減速交流電機，型號：70YN152 的減速單相電容可逆電動機，生產廠家江蘇無錫紅湖電機有限公司。電動機的性能參數(shù)如下：輸出功率：P=20W；電壓：U=220V；頻率：f=50HZ；電流：I=；輸出轉速：20r/min；允許負載：F=5Nm外形尺寸如（圖 31）：機械工程學院畢業(yè)設計（論文） 70X?5912315圖 31 驅動電機的外形尺寸 傳動齒輪的設計方案設計如下：初選車輪直徑 d=110mm，由車的前進速度 ：2/()???則傳動比： u= ?　 （1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1）由選定的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動2）管道清潔機器人速度和扭矩不大，故選用 7 級精度（GB1009588）3）材料選擇：由參考書 [1]表 101 選擇大小齒輪皆為 40Cr 調制淬火硬度為 241256HBS 或 4855HRC選用小齒輪數(shù) 和大齒輪數(shù)1Z2Z （）1u??124Z?.?機械工程學院畢業(yè)設計（論文）取 28Z?（2）按齒面接觸強度設計由參考書 [1]設計計算公式（109a）進行試算，即 （）??311 )(2. HEdtt ZuTKd??????式中： ....小齒輪分度圓直徑；1td ….載荷系數(shù)；tK …..小齒輪傳遞的轉矩；1T ….齒寬系數(shù)；d? …..傳動比；u …彈性影響系數(shù)；EZ …接觸疲勞許用應力。H?1)確定公式內的各計算數(shù)值①試選載荷系數(shù) ?②計算小齒輪傳遞轉矩 ???A③由參考書 [1]表 107 選取齒寬系數(shù) d?④由參考書 [1]表 106 查德材料的彈性影響系數(shù) 2⑤由參考書 [1]圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 ，大齒輪1limH?的接觸疲勞強度極限 。其中： =1090MPa， =1090MPa。2limH?1limH?2limH?⑥由參考書 [1]式 1013 計算應力循環(huán)次數(shù) ， 160hnjLN?1/Nu?　　 ， 。????⑦由參考書 [1]圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) ， 1HNK2=， =⑧計算接觸疲勞許用應力機械工程學院畢業(yè)設計（論文）取失效概率為