【正文】 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9第二章 總體方案的制定及比較 管道機器人設(shè)計參數(shù)和技術(shù)指標(biāo) （ 1）管道機器人的工作環(huán)境 ，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(gòu)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(yīng)性能較好，越障礙能力極強，可適應(yīng)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(yīng)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(gòu)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(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。 設(shè)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(yīng)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(xué) 畢業(yè)設(shè)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 行走機構(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 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(yù)取： F1=400N ∴ 2*cos60176。 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)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)動力就會減小；而其寬度太大時，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(shè)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(shè)計履帶：（查機械設(shè)計手冊 1343） 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。根據(jù)以上的因素，設(shè)計大小錐齒輪的具體參數(shù)。（查機械設(shè)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(gòu)和放大桿組的設(shè)計 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。 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(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。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(xué) 畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(guān)電機做出相應(yīng)的動作。又當(dāng) 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(fù)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 開始 初始化 吸塵并停 止前進 管徑適應(yīng)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(xué) 畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(yīng)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 經(jīng)倒完，則再驅(qū)動垃圾箱開關(guān)電動機關(guān)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(yīng)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(guān)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(dāng)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