【正文】 7） 式中：為氣體密度，Q 為流量， 為氣體流速的改變量，g為重力加速度，k為彈簧屈強(qiáng)系數(shù)，為壓縮位移。(1)避免機(jī)器人從墻面上滑落。為了方便計(jì)算 ，假設(shè)幾個(gè)約定條件，設(shè)作用于吸盤(pán)上的支撐力 ( i = 1…，5) 形成一對(duì)，并且從到比例增加，以上假設(shè)可用下式表示為： = ( i = 1，2) (215)聯(lián)立解式(212)，(213) ，(214) ，得到 ( i = 1，…，4) 表示式： (216)理論上，由式(216) 可知，只要滿足 0 ,則條件(2) 滿足條件，求得： (217)根據(jù)式(29) 和(217) ，機(jī)器人牢靠吸附在工作面上(不從玻璃壁面上滑落或傾翻下來(lái)) 的條件應(yīng)該滿足:G min(，) (218)理論上： = 5μV 　 (219)f c2 = (220)在進(jìn)行爬壁機(jī)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)具體的尺寸p，d確定，的大小，根據(jù)計(jì)算式(10)來(lái)計(jì)算設(shè)計(jì)是否滿足爬壁機(jī)不滑落不傾翻的條件?？紤]到機(jī)器人在越障時(shí)第一組吸盤(pán)可能發(fā)生泄漏以及壁面的凹凸不平引起的泄露，應(yīng)當(dāng)另外增加安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí),考慮只有下面4 組吸盤(pán)組工作時(shí)機(jī)器人仍能夠安全吸附。本文中配氣系統(tǒng)主要研究配氣盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、吸盤(pán)氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。a）配氣盤(pán)結(jié)構(gòu)與履帶聯(lián)結(jié)的三維造型圖 b) 配氣盤(pán)組件的三維造型圖 圖28 配氣盤(pán)結(jié)構(gòu) 吸盤(pán)氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)氣動(dòng)回路是指由真空泵到配氣盤(pán)配氣接口之間的氣動(dòng)系統(tǒng)，包括真空過(guò)濾器、真空供給閥、真空破壞閥、真空開(kāi)關(guān)等。這些真空控制元件可以組成一體，形成一個(gè)真空發(fā)生器組件。確定了本文研究的爬壁機(jī)器人的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，為下一步的研究開(kāi)發(fā)做出導(dǎo)向。機(jī)器人的輔助功能本章僅介紹了氣動(dòng)回路的真空形成與破壞功能，介紹了配氣盤(pán)的結(jié)構(gòu)以及采用配氣盤(pán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。在前文結(jié)構(gòu)原理研究中可以看出為了使爬壁機(jī)器人能夠正常工作，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要使設(shè)計(jì)滿足一些參數(shù)與技術(shù)條件。在機(jī)器人工作過(guò)程中，總有4組吸盤(pán)處于工作狀態(tài)，16組吸盤(pán)輪流進(jìn)入工作狀態(tài)，完成機(jī)器人在壁面的吸附與移動(dòng)。整個(gè)吸盤(pán)組件高100mm，裝配在履帶上后伸出履帶外尺寸為60mm，裝吸盤(pán)組件處履帶厚8mm，故凹于履帶內(nèi)的吸盤(pán)組件長(zhǎng)度為32mm，不會(huì)與履帶輪發(fā)生干涉。 爬壁機(jī)器人吸附結(jié)構(gòu)的論證，當(dāng)機(jī)器人在玻璃壁面上移動(dòng)時(shí)有兩種危險(xiǎn)的情況可能發(fā)生：一種情況是它從墻面上滑落；另一種情況是由于最上方接觸的吸盤(pán)由于受傾翻力矩太大脫離墻面，引起機(jī)器人的。在保證次危險(xiǎn)安全的情況下，保證最危險(xiǎn)的情況不會(huì)發(fā)生，由此才能保證爬壁機(jī)安全地工作。 爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與論證履帶吸盤(pán)式爬壁機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要由：吸盤(pán)組件、履帶、履帶輪、動(dòng)力源、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等構(gòu)成。橡膠履帶具有接地比壓小、牽引力大、振動(dòng)小、噪音低、濕田通過(guò)性能好、不損傷路面、速度快的優(yōu)點(diǎn)。表31 天然橡膠和順丁橡膠的主要性能（表格摘自文獻(xiàn)[7]）品種抗拉強(qiáng)度（MPa）伸長(zhǎng)率（%）使用溫度（（））天然橡膠25~35650~900120順丁橡膠18~25450~800120表32 聚碳酸酯的主要性能（表格摘自文獻(xiàn)[7]）塑料名稱密度(透明性抗拉強(qiáng)度（MPa）抗拉彈性模量（熔點(diǎn)（）聚碳酸酯（PC） 透66~70~25220~230由表格31和表格32可以看出，履帶基質(zhì)天然橡膠和順丁橡膠的抗拉強(qiáng)度比履帶輪材料聚碳酸酯低。設(shè)在主動(dòng)輪工作中一個(gè)齒上的剪力為，則有： (313)式中，A——主動(dòng)輪齒底部的截面積，單位為；——主動(dòng)輪輪齒底部受到的切應(yīng)力，單位為Pa；——主動(dòng)輪輪齒底部截面的長(zhǎng)度，單位為；——主動(dòng)輪輪齒底部截面的寬度，單位為。上下車體之間是用螺栓進(jìn)行連接的，在機(jī)器人工作的過(guò)程中車體連接螺栓受到很大的剪切力，因此為保證機(jī)器人正常工作應(yīng)當(dāng)對(duì)螺栓的強(qiáng)度進(jìn)行校核。下車體后部有功能部件聯(lián)結(jié)口，功能部件由螺栓安裝在下車體上。在爬壁機(jī)器人工作時(shí)，螺栓在結(jié)合面除受剪還與被連接件即車體相互擠壓。設(shè)螺栓所受的剪力為（聯(lián)結(jié)受橫向力，），如圖36所示為上下車體聯(lián)結(jié)受剪螺栓受力圖，則螺栓受到的切應(yīng)力為： （319）式中，——螺栓受到的切應(yīng)力； ——螺栓抗剪面直徑； ——螺栓抗剪面數(shù)目； ——螺栓所受的剪力為； 圖36 上下車體聯(lián)結(jié)受剪螺栓受力圖在爬壁機(jī)器人工作時(shí)，因?yàn)槠鋭蛩僖苿?dòng)，故可認(rèn)為螺栓受到靜載荷，螺栓的許用切應(yīng)力為： (320)式中，[]——螺栓的許用切應(yīng)力； ——螺栓的屈服強(qiáng)度； ——安全系數(shù)，；選擇螺栓的材料為35鋼，螺栓的拉伸強(qiáng)度為： (321)螺栓的屈服強(qiáng)度為： (322)可得螺栓的許用切應(yīng)力為： (323)估算可得爬墻機(jī)器人工作時(shí)需有12枚螺栓承受的的質(zhì)量為m=11Kg，故有每枚螺栓所承受的切力為： (324)螺栓抗剪面的直徑為16mm，螺栓抗剪面數(shù)目為1，代入公式（319）可得，螺栓受到的切應(yīng)力為： (325)由式（325）可知車體連接螺栓滿足剪切強(qiáng)度要求，能夠保證爬壁機(jī)器人安全地工作。在機(jī)器人工作過(guò)程中，上下車體聯(lián)結(jié)螺栓承受較大的剪切力，因此容易出現(xiàn)螺栓的剪斷或螺栓孔被壓潰的安全事故，經(jīng)過(guò)分析確定了最可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況，對(duì)螺栓受剪切安全性進(jìn)行了校核。為了方面取放物，背倉(cāng)的蓋做成滑蓋形式，旋開(kāi)鎖桿，轉(zhuǎn)動(dòng)可轉(zhuǎn)位鎖住即可推動(dòng)滑板放入或取出物品。閉合控制開(kāi)關(guān)，清潔頭旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人在壁面上移動(dòng)時(shí)即可完成對(duì)壁面的清潔工作。如圖43 a）所示為傳遞消防水管部件的裝配圖，b）為相應(yīng)的爆炸視圖。動(dòng)作控制系統(tǒng)由PLC，控制線路及其控制的執(zhí)行部件如電磁換向閥等組成，用以按照遙控控制系統(tǒng)傳給的控制信號(hào)完成相應(yīng)的動(dòng)作。背倉(cāng)是傳遞救援物質(zhì)的結(jié)構(gòu)部件，要求取放物品方便，儲(chǔ)物量盡量大，在這些要求下進(jìn)行了背倉(cāng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。現(xiàn)有爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有較多不完善之處，但也各有其較為突出的優(yōu)點(diǎn)，如能將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜诤蟽r(jià)值改革突破必將大大推動(dòng)爬壁機(jī)器人的發(fā)展。如果將履帶吸盤(pán)式爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理加以完善克服現(xiàn)有的一些缺點(diǎn)與不足，該結(jié)構(gòu)原理必將在爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)上得到廣泛的應(yīng)用。41參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]肖 立，佟仕忠，丁啟敏，吳俊生. 爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展. 機(jī)器人，2004年11月：81～83 [2]孟憲超，王祖溫，包鋼，S K TSO，邵浩. 一種多吸盤(pán)爬壁機(jī)器人原型的研制. 機(jī)械設(shè)計(jì)，2003年8月，20（8）：62~63[3] 仝建剛，馬培蓀，陳俊梅. ，1999年7月，33（7）： 2~3[4] 于今，閆軍濤，饒冀. 一種新型多吸盤(pán)壁面清洗機(jī)器人模型研究. 液壓與氣動(dòng)，2007年，2（3）：26~29[5] 錢(qián)志源，付莊，劉仁強(qiáng)，趙言正. 玻璃幕墻清洗機(jī)器人壁面適應(yīng)能力分析. 上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2006年7月，40（7）：13~17[6] 何雪明，丁毅，朱明波. 真空吸附式爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì). 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同樣規(guī)格的吸盤(pán)，吸盤(pán)產(chǎn)生的吸力克服重力對(duì)試驗(yàn)裝置的影響，試驗(yàn)中，負(fù)載會(huì)逐漸增加，當(dāng)負(fù)載大到一定程度，試驗(yàn)裝置會(huì)從玻璃上滑下，說(shuō)明已經(jīng)超過(guò)最大安全負(fù)載。本論文更加關(guān)注于工程設(shè)計(jì)方法以及例證如何改進(jìn)已為工程設(shè)計(jì)人員熟知的建模方法以應(yīng)用于TRIZ原理。關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}表達(dá)；問(wèn)題分析；TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解決方案正文：TRIZ原理以其原理和方法收集的一般性被稱作可交叉運(yùn)用于多學(xué)科的方法。這篇文章通過(guò)將已為工程設(shè)計(jì)人員熟知的建模技術(shù)配合或合并于TRIZ的方法探索出了增強(qiáng)TRIZ在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域運(yùn)用的道路。另外，大多基于物質(zhì)場(chǎng)建模的標(biāo)準(zhǔn)解決方案也將被修改以合并于新的建模方法。這些解決模式最后被綜合成數(shù)個(gè)工具包括：（1）物理影響（2）進(jìn)化原則（3）標(biāo)準(zhǔn)解法（4）技術(shù)矛盾和矛盾矩陣，以及（5）物理矛盾和分離原理所謂解決問(wèn)題的環(huán)境是指數(shù)字式技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部及市場(chǎng)上中應(yīng)用。創(chuàng)新思維的開(kāi)發(fā)依賴于TRIZ原理的運(yùn)用，作用解和標(biāo)準(zhǔn)解。它提供了一些措施，這些措施可以消除設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)傾向于普通、舒適的解決方案的“心理慣性”即使存是在存在更好、非傳統(tǒng)的解決方案的情況下。因此，TRIZ的力量就在于它與生俱來(lái)的本領(lǐng)能夠從不同的、表面上毫不相干的領(lǐng)域獲取解決方案用來(lái)解決特定的設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而形成突破性的解決方案。擁有這類數(shù)字技術(shù)環(huán)境的企業(yè)需要一個(gè)TRIZ應(yīng)用的程序模型和應(yīng)用TRIZ的良好思維模式，對(duì)于正在成長(zhǎng)與開(kāi)創(chuàng)中的中國(guó)的企業(yè)更應(yīng)當(dāng)是如此。如果不存在沖突，應(yīng)選擇作用解去解決沖突，然后對(duì)新的概念模型發(fā)展?fàn)顟B(tài)做出評(píng)估。4個(gè)獨(dú)立的原理可用于解決物理沖突，它們的選擇要根據(jù)空間、時(shí)間、環(huán)境以及部分與整體關(guān)系來(lái)進(jìn)行。一個(gè)完整系統(tǒng)的物質(zhì)場(chǎng)可以用如下的符號(hào)表示F 1?? S2 S1 (1)由公式可以看出，由物質(zhì)S1到物質(zhì)S2經(jīng)過(guò)了場(chǎng)F1正的或稱為需要的影響作用。那些不能同時(shí)具備三要素（功能載體、功能作用體和場(chǎng)）的模型是不完整的，而通過(guò)加入所缺少的要素系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問(wèn)題就可能得以解決。 Royzen在1999年提議使用功能載體功能作用體作用功效（簡(jiǎn)稱TOP）這一SFA的變量作為新一代的建模步驟。在下面的章節(jié)中將為你講述前面提到的能源物料信號(hào)模型的基礎(chǔ)黑箱模型。在這一路線中，當(dāng)前狀態(tài)與末狀態(tài)之間的距離即為在該路線下的技術(shù)矛盾解決原理。研究人員開(kāi)發(fā)出解決問(wèn)題的物質(zhì)—場(chǎng)模型，然后根據(jù)蘇—場(chǎng)模型從系列1和系列4中選出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解并隨之得到一個(gè)預(yù)先解?，F(xiàn)在一些計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新軟件也用該數(shù)據(jù)庫(kù)作為輔助開(kāi)發(fā)工具。在“黑箱”模型中能源用細(xì)線表示，物料用粗線表示，而信號(hào)則用點(diǎn)畫(huà)線表示。問(wèn)題分析需要對(duì)問(wèn)題有一個(gè)清楚的理解，因此可以將“黑箱”模型所表現(xiàn)出的總問(wèn)題可以進(jìn)一步分解為小的子問(wèn)題。值得注意的是，功能分解和應(yīng)運(yùn)而生的“黑箱”圖表都是很普通的，都不需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)掌握特定的工作工藝原則。同樣，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過(guò)程中會(huì)誕生出許多大型的工程計(jì)劃，例如著名的西氣東輸工程。在這一過(guò)程中，企業(yè)應(yīng)該生產(chǎn)不同類別的汽車去抓住這些因顧客需求改變而帶來(lái)的商機(jī)。傳感器觸發(fā)安全氣囊充氣指令，通過(guò)一個(gè)快速的化學(xué)反應(yīng)（一個(gè)小型爆炸反應(yīng)）迅速產(chǎn)生大量氮?dú)馓畛浒踩珰饽?。圖3(b)表示了將整體的“黑箱”模型分解為許多子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)有相應(yīng)的能源、物料和信號(hào)流。電腦的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是一種可以用來(lái)