【正文】 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 9第二章 總體方案的制定及比較 管道機器人設計參數(shù)和技術指標 （ 1）管道機器人的工作環(huán)境 ，管道為圓管，管道直徑為 φ 600φ700mm，管道底部每周可形成厚約 100mm 的煙灰堆積層； 179。 （二）滾輪移動式優(yōu)點是移動速度快，轉(zhuǎn)彎容易，結(jié)構簡單，易小型化， 采用多輪方式時牽引力隨輪數(shù)增加。 （四）足腿移動式的優(yōu)點是對粗糙路面適應性能較好，越障礙能力極強，可適應不同管徑的變化。 （六）螺旋移動式的優(yōu)點是有一定的越障礙能力，可適應不同管徑的變 化，可在直管道中行走。由于管道存在不同的彎管，這樣要求機器人行走機構有一定的拐彎能力和越障礙能力。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。 （ 3）撐開機構的設計 由于管徑的變化，需要撐開機構 來適應管徑的變化。 設計的管道清潔機器人包括以下五部分： （一） 行走裝置（為整個行走提供動力）； （二） 撐開桿組（適應管徑的變化）； （三） 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）； 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 14 （四） 信號采集裝置（為控制提供信號和圖像）； （五） 控制裝置（控制管道清潔機器人行走和動作）。 s=360θ2 π R178。 m=ρ v=**109 *10 3? =*106 g=*103 Kg θ R a b h 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 16 行走機構的設計和計算 （ 1）行走機構的驅(qū)動電機功率的預算 預取管道清潔機器人 容積為 V 容 ： V 容 =35*35*35=42875cm3 ； m=ρ v=*42875=*105 g=150Kg； G=mg=180*= 管道機器人在裝滿的情況下，受力 圖 其中預取： F1=400N ∴ 2*cos60176。 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 17 ∴ F 驅(qū) ≥ 2*μ *F2+μ *F1（其中 μ 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=∴ W 總 =F 驅(qū) *V=*=（ W總是有效功率） 是三組履帶，所以每個履帶的驅(qū)動電機至少為： W=W 總 247。 首先，確定履帶的寬度較小，那么它的工作所提供的驅(qū)動力就會減?。欢鋵挾忍髸r，所受到的阻力就會很大。所以，履帶的長度不能太長。通過對撐開桿組的設計，后最終確定高度 H=175mm。 ，可以緩沖、吸塵 ，傳動平穩(wěn)，噪聲小。 17=； （ 12）外圓齒槽寬： b0=s+cm=+1=； （ 13）齒槽深： hg=ht+e=+=； （ 14）齒槽底寬： bw=7； （ 15）齒根圓角半徑： rb==*7=； （ 16） rt==*7=； 最后，設計履帶：（查機械設計手冊 1343） 由于采用同步帶的結(jié)構來設計履帶，同時履帶用于特殊的工作環(huán)境，所以能完全采用同步帶的參數(shù)，根據(jù)具體的結(jié)構尺寸設計履帶。根據(jù)以上的因素，設計大小錐齒輪的具體參數(shù)。（查機械設計手冊 14200） 大錐齒輪的次數(shù) z1=30；小錐齒輪的次數(shù) z2=23。 31′ 26″ =； （ 7）齒根圓直徑： df=d2(ha+c)m cosδ 1 =752*(1+)**cos52176。 31′ 26″ +3176。 47′ 1″ =48176。 28′ 34″ =； （ 7）齒根圓直徑： df=d2(ha+c)m cosδ 1 =*(1+)**cos37176。 28′ 34″ +3176。 47′ 1″ =33176。 2= （ 8） 齒根寬： e=π m/2=*（ 9） 中心距： a=d=100mm （ 10） 頂隙： c=c*m=*= 撐開機構和放大桿組的設計 撐開機構采用絲杠螺母和放大桿組的結(jié)合，來適應管徑的變化。 鉸接處的位置：在放大桿組 90mm 處。 其各個桿件的參數(shù)零件圖。 工作原理：當卸料門閉合式，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。見 下面 示意圖： A B D C ω 位置 2 位置 1 卸料門 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 25 將一對超聲波測距傳感器（記為 Ca 和 Cb）置于本管道清潔機器人車體前后適應位置，用來檢測其前進或后退時管徑的變化情況，以使 CPU 驅(qū)動相關電機做出相應的動作。又當 GC檢測到吸塵裝置下方又有灰塵則 CPU 再次發(fā)送指令使主電機組停止工作重新開始過程①； ③ ①、②步驟重復運行一段 時間后，機器人的垃圾箱裝滿了灰塵， 這時候置于垃圾箱底部的壓力傳感器就把檢測到的信號 傳遞給 CPU，則 CPU發(fā)送指令令吸塵器和運動電機停止前進，同時停止接收霍爾轉(zhuǎn)數(shù)檢測傳感器HE 的數(shù)據(jù)，并開始判斷本管道清潔機器人所走過的路程是否小于 25m。若是，則重新開始運行步驟①，若 否則繼續(xù)移動、檢測。 主要控制流程圖： 主要的控制流程圖，見圖（一）： 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 28 開始 初始化 吸塵并停 止前進 管徑適應子程序 1 轉(zhuǎn)彎子程序 1 倒煙灰子程序 是否干凈 是否裝滿 是否變徑管 是否轉(zhuǎn)彎 前進并記錄轉(zhuǎn)數(shù) Y Y N N N N Y Y 主程序流程圖 蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 29 致 謝 。同樣的，在前進過程中還要檢測管徑的變化，通過超聲波 傳感器 CA 收集的距離信息來使本管道清潔機器人自動適應管徑的變化；后退時則是通過超聲波傳感器 CB 來檢測信號從而使本管道清潔機器人在后退時也能自動適應管徑的變化。期間，一旦壓力傳感器檢測到灰塵已蘭州理工大學 畢業(yè)設計（論文） 27 經(jīng)倒完，則再驅(qū)動垃圾箱開關電動機關閉垃圾箱。另外一個超聲波傳感器（記為 CC）置于裝灰塵的垃圾箱下方適應位置，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 CPU 驅(qū)動相關電動機作出傾倒灰塵的動作；再將一個霍爾轉(zhuǎn)數(shù)檢測傳感器（記為 HE）置于履帶輪軸附近適當位 置，用來檢測置于履帶輪軸上的磁極的旋轉(zhuǎn)信號，從而測出履帶輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)，進