【正文】 in 圖 34機(jī)器人在管道中前進(jìn)示意圖 傳動帶的選擇 由于驅(qū)動電機(jī)與導(dǎo)向輪是遠(yuǎn)距離傳動，所以采用傳動帶，并且?guī)鲃泳哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，且造價低廉，不需要潤滑，維護(hù)容易等特點(diǎn)。這樣完全可以旨在導(dǎo)向輪的輔助作用下即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。其左轉(zhuǎn)的原理相同。 系統(tǒng) 導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 為控制機(jī)器人在管道中前進(jìn)方向， 在機(jī) 器人前方左右兩端各安裝一個導(dǎo)向輪。故經(jīng)校核該設(shè)計(jì)可用。 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 ? 是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 ? 則常不是對稱循環(huán)便應(yīng)力。 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 32齒輪軸 （ 4） 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 1） 計(jì)算各力的大小 由估算的車的重量和阻力得 NFF NHNH 21 ??, NFF NVNV 21 ??, NFF NVNV 43 ??。 通過以上方案設(shè)計(jì)初選車輪直徑 d=110mm， 第二級齒輪轉(zhuǎn)速 N2 =， 傳動比u=。由 參考書 [1]表 103查得 FaKK?? 由 參考書 [1]表 102查得使用系數(shù) ? 由 參考書 [1]表 104查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時： 2 2 31. 12 0. 18 ( 1 0. 6 ) 0. 23 10H d dKd? ?? ?? ? ? ? ? ? 將數(shù)據(jù)代入后得： ? ? 由 參考書 [1]圖 1013 查得 ? ? 則有載荷系數(shù) V H HK K K K K???? ⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 由 參考書 [1]式（ 1010a）得： 1311 ( / )td d K Vt?? =30 ()? = ⑦ 計(jì)算模數(shù) m 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 11/ 7 / 24 d z m m? ? ? (3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 由 參考書 [1]式 （ 105）得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式： ? ?13 22 ()Fa SadFYYKTm z??? （ ） 式中： m....代表齒輪模數(shù) k....代表載荷系數(shù) 1T ? 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 d?? 齒寬系數(shù) 1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 ① 由 參考書 [1]圖 1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1 590FE MPa? ? 大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 590FE MPa? ? ② 由 參考書 [1]圖 1018查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： 1 ? 2 ? ③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=， 由 參考書 [1]式 1012 得 ? ? 111 / 0 .9 7 5 9 0 / 1 .4 4 0 8 .7 9F F N F EK S M P a??? ? ? ? ? ? 222 / 0. 98 59 0 / 1. 4 41 3F F N F EK S M P a??? ? ? ? ④ 計(jì)算載荷系數(shù) K 1 .0 0 1 .0 0 1 .1 1 .1 5 1 .2 6 6A V H HK K K K K??? ? ? ? ? ? ⑤ 查得齒形系數(shù) 由 參考書 [1]表 105 查得：1 ? 2 ? ⑥ 查得應(yīng)力校正系數(shù) 由 參考書 [1]表 105 查得：1 ? 2 ? 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 ⑦ 計(jì)算大小齒輪的 ? ?Fa SaFYY? 并加以比較 ? ?111 2 . 8 0 1 . 5 5 / 4 0 8 . 7 9 0 . 0 1 0 6 2F a S aFYY? ? ? ? ? ?222 2 . 7 2 1 . 5 7 / 4 2 4 . 3 0 . 0 1 0 0 9F a S aFYY? ? ? ? 可知小齒輪的數(shù)值大 。 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ① 試選載荷系數(shù) ? ② 計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 541 1 195 .5 10 / 1. 91 10T P n N m m? ? ? ? ? ③ 由 參考書 [1]表 107 選取齒寬系數(shù) ? ? ④ 由 參考書 [1]表 106 查德材料的彈性影響系數(shù) 9 MPaZ E ? ⑤ 由 參考書 [1]圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限1limH?，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限2limH?。大體估計(jì)總重為 15kg。 綜合考慮這兩個方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我決定采用方案二。 整體 方案選擇 本次 設(shè)計(jì)的主要難題是機(jī)器人的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制，為此 兩個比較成熟的方案： 方案一：雙電機(jī)各驅(qū)動機(jī)器人兩個前輪，工作人員通過攝像頭觀察機(jī)器人在管道中的運(yùn)行情況，適時調(diào)整兩電機(jī)的速度，對機(jī) 器人進(jìn)項(xiàng)轉(zhuǎn)向控制。一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性。 （ 尺度規(guī)劃優(yōu)化原則 ） ：當(dāng)設(shè)計(jì)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(jī)器人 剛度的提高， 使運(yùn)動慣量進(jìn)一步降低。 目前全國共有上百萬臺中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng) ,空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。不銹鋼刷適用于鈦合金管道和銅鎳合金管道 。在清掃過程中 ,利用氣動馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方 ,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力 F向機(jī)器人中心偏移，簡化成牽引力 F，及順時針的扭矩 M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。 2）機(jī)器人的尺寸大小： 高度范圍： 170— 400mm 長度范圍： 310— 780mm 寬度范圍： 300— 800mm 3）機(jī)器人的運(yùn)動速度為 4— 12m/min 4）可以實(shí)現(xiàn)局部最大爬坡能力 5）管內(nèi)越障 2mm 6）最大行程 150m 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 中央空調(diào)管道 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 及 組成 本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人 （如圖 21） 用于 污染的 中央空調(diào)管道的清潔， 整體結(jié)構(gòu)主要 由 行 圖 21中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人 走 機(jī)構(gòu)、 清掃 機(jī)構(gòu) 和 監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機(jī)構(gòu)又分為驅(qū)動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向 輪系統(tǒng)兩部分。 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人，要求機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動作，能高效地完成管道內(nèi)的清污工作。 中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢 國內(nèi)有超過 500 萬個各類中央空調(diào)需要清洗保養(yǎng)，而且每年正在以 10%的速度遞增，這些中央空調(diào)大部分運(yùn)行了 20 年以上卻從未清洗。 ◆ 攝像機(jī)云臺置 于車體后部，廣角鏡頭可全視角觀察到一米處毛刷在最大擺動位置的工作狀態(tài)（視角 米），同時履帶行走機(jī)構(gòu)也始終在視線內(nèi)，方便確定機(jī)器人工作位置，清掃過程一覽無余。 2021 年增長率達(dá)到創(chuàng)記錄的 20％。 工業(yè)機(jī)器人 是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。 33 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 前 言 在室內(nèi)空氣污染來源中 ,中央空調(diào)的污染物 與日俱增。 29 灰塵收集裝置 29 照明裝置 28 攝像頭的固定和調(diào)整 25 氣動馬達(dá)的選擇 24 清掃方案確定 18 電機(jī)的選取 10 傳動軸的設(shè)計(jì) 9 電機(jī)的選擇 7 第三章 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 整體方案選擇 1 國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人 最后，本文對主要工作和研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并對今后的研究方向做出了展望。因此，中央空調(diào)尤其是中央空調(diào)管道的檢測與清洗越來越受到社會的重視。而污染的中央空 調(diào)日益成為危及人們身心的禍害根源。同時， 針對中央空調(diào)清潔機(jī)器人清掃中央空調(diào)管道時存在的難點(diǎn)，本文深入探討了機(jī)器人 轉(zhuǎn)彎 與安全行走的原理。 1 課題的背景與意義 3 本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 9 傳動齒輪的設(shè)計(jì) 18 導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 18 傳動帶的選擇 21 第四章 清掃機(jī)構(gòu) 25 旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì) 27 第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng) 28 監(jiān)視器 而國內(nèi)市場上尚無 管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品 ,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，自動化程度高 ,適用范圍廣，成本較低 ,對促進(jìn)我國中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意義 。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在10％左右。 機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 ◆ 由軟軸機(jī)提供的強(qiáng)大動力（ 550 瓦）既保證了毛刷大扭矩、高轉(zhuǎn)速的工作要求，毛刷旋轉(zhuǎn)方向亦可隨時調(diào)整（清掃管道底面時毛刷可將較大的顆粒粉塵抽掃到前方，提高了清洗潔凈度）。 ◆ 一機(jī)多能，清掃機(jī)器 人前端裝配上垃圾清運(yùn)鏟，可以清理管道內(nèi)的塊狀物體，裝配上標(biāo)準(zhǔn)軟軸毛刷可方便地清掃圓形管道，裝配上氣鞭可以方便地對格柵式消聲孔板進(jìn)行清洗，裝配上氣溶膠噴霧裝置即可完成大截面管道全部空間的消毒工作。 因此，中央空調(diào)清洗行業(yè)將成為中國一個新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對中央空調(diào)清潔機(jī)器人的研究與開發(fā)更是具有一定的社會價值和商業(yè)價值。 （ 3） 設(shè)計(jì)原始參數(shù)： 1）機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、