【正文】 計(jì)算程序、圖紙、作品等數(shù)量和質(zhì)量等具體要求） 論文任務(wù)： 針對(duì)矩形的空調(diào)管道設(shè)計(jì)管道 清潔 機(jī)器人。 2 與輔導(dǎo)老師溝通確認(rèn)課題的難點(diǎn)和重點(diǎn)及要注意的問題。 注： ，一份院（系）留存，一份發(fā)給學(xué)生，任務(wù)完成后附在說明書內(nèi)。因此需要定 期清洗中央空調(diào)通風(fēng)管道。要實(shí)現(xiàn)這些功能，機(jī)器人必須擁有的 “ 器官 ” 包括：靈活的移動(dòng)載體、多種清 掃和清洗作業(yè)工具、 CCD 攝像機(jī)及照明系統(tǒng)、通信系 統(tǒng)和操作盒以及一些輔助設(shè)備和設(shè)施。 工作簡(jiǎn)圖： 研究步驟 1） 進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2） 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)。 5） 部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)。壓緊裝置和機(jī)械手的設(shè)計(jì)也是課題的重點(diǎn)，壓緊裝置和移動(dòng)載體相配合，使得 機(jī)器人具有垂直上升能力，而清潔的功能通過機(jī)械手上面的毛刷來實(shí)現(xiàn)，然后對(duì)設(shè)計(jì)中所涉及的零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，最后對(duì)機(jī)器人在轉(zhuǎn)彎時(shí)的通過性進(jìn)行了分析。 12 左右驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)計(jì)算 而凝結(jié)水盤的高濕環(huán)境正有利于病原微生物的大量繁殖，它們同時(shí)還會(huì)被送入空調(diào) 到達(dá)的每一個(gè)空間。自從 1980 年丹達(dá)克林發(fā)明了世界上第一臺(tái)風(fēng)管清洗機(jī)器人直到1990 年前后，國(guó)外的中央空調(diào)清洗得以普遍實(shí)施，并建立了相應(yīng)行業(yè)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)外、國(guó)內(nèi)研究概況 空調(diào)清潔技術(shù)起源于 60 余年前，是隨著中央空調(diào)技術(shù)同時(shí)誕生的。目前我國(guó)對(duì)集中式空調(diào)的管理尚屬空白。該機(jī)器人具有以下幾個(gè)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1）行走機(jī)構(gòu)具備自主管內(nèi)障礙和防傾覆功能，適用復(fù)雜的矩形管道或者圓形管道環(huán)境清掃作業(yè)要求（國(guó)外產(chǎn)品大多僅適用圓形管道）； 2）管道清洗機(jī)器人能進(jìn)入圓管 260mm 以上直徑 、矩形管道 140mm 以上高度的空調(diào)、除塵管道進(jìn)行清洗； 3）機(jī)器人采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便； 4）機(jī)器人采用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)。就目前而言無(wú)論從中央空調(diào)風(fēng)道專業(yè)清洗服務(wù)公司來講還是從國(guó)內(nèi)外空調(diào)風(fēng)道清洗機(jī)器人設(shè)備廠家來看，都不能應(yīng)付這一龐大的清洗市場(chǎng)。由于機(jī)器人工作于空 間狹小的管道中，要 求其移動(dòng)載體具有很好的轉(zhuǎn)彎能力。這給機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了很大的難題。與其他移動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，車輪形移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：高速穩(wěn)定地移動(dòng)、能量利用率高、機(jī)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、能借鑒當(dāng)今已積累的汽車技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)等。它的轉(zhuǎn)向不是通過操舵機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，而是依靠左右兩輪的差速實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)兩輪以相反速度方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，車體能饒自身中心自轉(zhuǎn) ，以便在狹窄場(chǎng)合改變方向。 由于本設(shè)計(jì)的空調(diào)管道清洗機(jī)器人要求在管道中行走，對(duì)其自身的空間尺寸和自重提出了嚴(yán)格的限制。 由于后萬(wàn)向輪電機(jī)僅在特殊情況下工作，對(duì)其傳動(dòng)要求并不很嚴(yán)格，再考慮到安裝的難易程度，該傳動(dòng)選為蝸輪蝸桿傳動(dòng)，其傳動(dòng)比大、所采用的零件數(shù)目少、結(jié)構(gòu)緊湊，其傳動(dòng)方案如 圖 所示： 圖 后萬(wàn)向輪傳動(dòng)方案 撐緊機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)撐緊機(jī)構(gòu)的過程中，我首先從動(dòng)力源開始考慮。另外，氣缸活塞桿承受的力應(yīng)作用在桿軸線上，不允許有偏載，因此采用連桿機(jī)構(gòu)既可避免活塞桿偏載也能起到增力的作用。由于機(jī)器 手關(guān)節(jié)要求具有自鎖功能，因此再加一級(jí)蝸輪蝸桿傳武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 12 動(dòng)，其傳動(dòng)方案如 圖 ： 圖 機(jī)械手傳動(dòng) 3. 具體設(shè)計(jì)計(jì)算 移動(dòng)載體傳動(dòng)計(jì)算 左右驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)計(jì)算 在前面的方案設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)方案進(jìn)行了討論，經(jīng)過反復(fù)的計(jì)算對(duì)比，我選輪子的尺寸為 ?140mm，即 D=140mm， R=70mm。 40 ( )PW? ? ? ? 工作機(jī)要求的功率 39。 m2 重 量 Kg Д П 40－ 40 40 3000 3 2） 計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 水平行走總傳動(dòng)比 水平行走傳動(dòng)比：Wn 3 0 0 0 22n 1 3 6 .5i? ? ? ?總 垂直行走總傳動(dòng)比：Wn 3 0 0 0 220n 1 3 .6 5i ? ? ?總 因?yàn)榇怪毙凶叩膫鲃?dòng)路線包括水平行走路線，所以可以先按水平行走計(jì)算，再加上兩級(jí)傳動(dòng)成為垂直行走的傳動(dòng)路線。機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪對(duì)載荷分布均勻性要求高，故選擇齒輪精度為 887。 這時(shí)分配到每個(gè)輪子上的載荷為： 11 4 9 0 2 4 522F G N? ? ? ? 滾動(dòng)摩阻 Mf 和摩擦力 f 的計(jì)算與前同。本設(shè)計(jì)不采用變位，取 a=30mm 不變。 我選擇的產(chǎn)品型號(hào)為 HF1416，其扭矩為 ，極限轉(zhuǎn)速為 9500r/min。這里，我們選擇了無(wú)錫市華通氣動(dòng)制造有武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 限公司生產(chǎn)的 389 系列三聯(lián)件，其輸出壓力為 1MPa，輸出壓 力為 。 43f N f N N F F N F F??? ? ? ? ? ? ? ? F為氣缸的撐緊力 所以代入可得：1114343F F G G??? ? ? ? ? 故有： 12 F G G? ?? 代入數(shù)值可得： ? ?2 0 .1 5 0 1 0 9 .8F? ? ? ? ? 所以： F=2940(N) 由于在汽缸的使用中采用了 2倍增力機(jī)構(gòu)，因此汽缸的實(shí)際推力為： 1 11 2 9 4 0 1 4 7 0 ( )22F F N? ? ? ? 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 有公式 : 21 4F D P? ?? ? ? ? 可得： 14 FDP???? ?? 式中： 1F 為氣缸的靜推力； D 為氣缸活塞的直徑； P 為氣壓； ?為載荷率。 E． 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算公式： ? ?222 121 . 6 6 0 . 9FaFFK T Y Y M P am d z ???? ? ? 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) 22 3350 5 0 . 8 5 1c o s c o sV zz ??? ? ? ?，查得齒形系數(shù) 2 ? 則可求得： 1 0. 92120Y? ?? ? ?，帶入上市中可得： ? ?21 . 6 0 . 8 8 1 1 0 2 . 5 2 . 3 2 0 . 9 2 6 . 6 3 6 0 . 91 1 0 5 0F FM P a M P a??? ? ? ?? ? ? ??? 彎曲強(qiáng)度滿足要求 F． 蝸桿、渦輪幾何尺寸計(jì)算 蝸桿齒根圓直徑： ? ?**1 1 1 12 2 7 . 8f f ad d h d h c m m m? ? ? ? ? ? * ? 蝸桿齒寬： 122 . 5 1 2 . 5 1 5 0 1 1 7 . 8 5b m z m m? ? ? ? ? ? ? 取 1 20b mm? 蝸輪 喉圓直徑： ? ?*2 2 2 2 22 2 5 2a a ad d h d m h x m m? ? ? ? ? ? 2 0x? 蝸輪齒根圓直徑： ? ?**2 2 2 2 22 2 4 7 . 6f f ad d h d h c x m m m? ? ? ? ? ? ? 蝸輪咽喉母圓半徑： 22 523 0 422ag dr a m m? ? ? ? ? 4） 超越離合器的選擇 蝸輪與車輪軸之間應(yīng)該安裝一超越離合器，機(jī)器人正常時(shí)，超越離合器處于超越狀態(tài)，當(dāng)遇到左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪被架空時(shí)超越離合器處于嚙合狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)動(dòng)力通過蝸桿蝸輪 和超越離合器傳遞到車輪軸上，驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)。初選 ?? 2 1. 10 25wT T N mm? ? ?= 按載荷有輕微沖擊，查得 KA=,初選載荷系數(shù) Kf= T1=TI= 3 6 1 09 5 5 0 9 5 5 0 0 . 1 1 4 6 ( )3000dI WPT N mn??? ? ? ? ? II軸： 33 4 . 5 7 1 09 5 5 0 9 5 5 0 0 . 3 0 8 ( )1 0 7 1 . 4IIII IIPT N mn??? ? ? ? ? III 軸： 33 3 . 2 1 09 5 5 0 9 5 5 0 0 . 8 2 9 ( )3 8 2 . 6 4IIIIII IIIPT N mn??? ? ? ? ? IV軸： 33 1 . 8 8 1 09 5 5 0 9 5 5 0 2 . 2 3 ( )1 3 6 . 5IVIV IVPT N mn??? ? ? ? ? V軸： 33 0 . 6 1 09 5 5 0 9 5 5 0 6 . 6 7( )4 3 . 2VV VPT N mn??? ? ? ? ? VI軸： 32 9 . 4 1 09 5 5 0 9 5 5 0 2 0 . 5 7( )1 3 . 6VIVI VIPT N mn??? ? ? ? ? 4) 傳動(dòng)齒輪尺寸計(jì)算 在該傳動(dòng)系統(tǒng)中雖然齒輪的位置、功能有所不同，并且材料也有所不同，但都是直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，都采用的硬齒面，因此這些齒輪的計(jì)算方式是相同的。 0 . 139。 mm） =（ N為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，經(jīng)過與老師討論，采用自由度分配如圖 所示的機(jī)械手臂。 B） 齒輪齒條傳動(dòng) 如下圖 ： 圖 齒輪齒條傳動(dòng) 輪子固定在齒條上，通過電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得輪子連同齒條往上移動(dòng)實(shí)現(xiàn)撐緊。 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 由于齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、使用壽命長(zhǎng)、效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，因此在考慮具體的傳動(dòng)方案時(shí)，應(yīng)該選用齒輪傳動(dòng)。由于它的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以僅用于智能汽車等的研究方面，而在機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)中不 太采用。如果單考慮平面移動(dòng)的話 ，三輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)可以了，但從加強(qiáng)移動(dòng)過程中的穩(wěn)定性角度來考慮，目前多數(shù)采用的是四輪機(jī)構(gòu)。我們?cè)谘芯抗軆?nèi)行走機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)時(shí)，在不失實(shí)際意義的情況下假定： 1. 管道具有理想的幾何形狀，接頭和分叉都是理想的幾何過度。壓緊裝置與移動(dòng)載體相配合，使得機(jī)器人具有垂直上爬能力，因此，壓緊裝置的設(shè)計(jì)合理與否，直接關(guān)系到機(jī)器人的工作能力。 從以上分析可以 看出，我國(guó)的中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗市場(chǎng)是有很大潛力的，尤其是在 20xx 年 “ 非典 ” 疫情傳播后，人們對(duì)中央空調(diào)給人們帶來的疾病隱患有了相當(dāng)大的認(rèn)識(shí)，國(guó)家相應(yīng)地出臺(tái)了強(qiáng)制性空調(diào)清洗的法規(guī)，使得風(fēng)道清洗行業(yè)將成為中國(guó)一個(gè)新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)。同國(guó)外同類裝置相比，該機(jī)器人具有尺寸小、成本低、行動(dòng)靈活、操作可靠、清潔效率高和應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)，并且在移動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、主動(dòng)控制臂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上均有創(chuàng)新。據(jù)報(bào)道，東華大學(xué)在該校的一項(xiàng)“自主變位四履帶足機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)”發(fā)明專利基礎(chǔ)上，首先二次開發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，能很好的解決管道機(jī)器人適應(yīng)非等徑、變截面管道環(huán)境的難題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際上生產(chǎn)清洗機(jī)器人的廠家不下 20 家，其中比較著名的有瑞典的 Wintclean 機(jī)器人（ 售價(jià) 100萬(wàn)元），丹麥的 Danduct 機(jī)器人（售價(jià) 80 萬(wàn)元），加拿大的 Airtox 機(jī)器人（售價(jià)60 萬(wàn)元），還有美國(guó)的 Nikro、 Vsi（售價(jià)均為 40萬(wàn)元）等。 管道清掃機(jī)器人能輕松的爬入管道配合其他管道清洗設(shè)備將管道中的灰塵、塵螨，甚至 昆蟲尸體，死老鼠等垃圾一掃而空，最后還能對(duì)管道進(jìn)行消毒。 當(dāng)前，人們已認(rèn)識(shí)到中央空調(diào)風(fēng)管內(nèi)的灰塵是傳播病毒的載體， 重視了中央空調(diào)的清洗，但是結(jié)果不盡人意。人們 90％的時(shí)間是呆在室內(nèi)的，室內(nèi)的空氣污染程度比室外嚴(yán)重 2— 50 倍左右，如果不清沽空調(diào)風(fēng)道，甚至可以嚴(yán)重到 100 倍以上。 36 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 啟動(dòng)輔助元件和回路的選擇設(shè)計(jì) 20 撐緊啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 8 撐緊機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 4 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 1 論文背景、意義及要求 central air condition。 6） 用 CAD 軟件畫出裝配圖 參考書目 [1]GB/T 1921020xx．空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗規(guī)范 [S]．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化， 20xx， (9):6667 [2] 甘小明，徐濱士，董世運(yùn)等．管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 [J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 20xx， (6)： 510 [3] 龔振邦等編著．機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì) [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 1995 [4] 濮良貴，紀(jì)名剛等編著 .第 8 版 .機(jī)械設(shè)計(jì) [M].北京：高等教育出版社， 20xx [5] 孫桓，陳作模，葛文杰等編著 .第 7 版 .機(jī)械原理 [M].北京：高等教育出版社， 20xx [6] 宋章軍，陳懇，楊 向東等．通風(fēng)管道智能清污機(jī)器人 MDCRI的研制與開發(fā)[J]．機(jī)器人， 20xx， 27(2)： 142146