【正文】 NADCA不僅制定清潔標(biāo)準(zhǔn)，還一直與環(huán)境保護(hù)局（EPA）進(jìn)行密切合作，測試了通風(fēng)管清潔效果，并且給美國環(huán)境保護(hù)署提出一些建議，這些結(jié)果是一個(gè)風(fēng)道清洗服務(wù)提供商按照NADCA標(biāo)準(zhǔn)。大部分室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）問題是許多因素的結(jié)合，供暖，通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）傳輸工具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物理狀態(tài)即是指其潔凈程度就是其中之一。4. 發(fā)展遠(yuǎn)距離控制技術(shù)，解決拖線供能、通信對機(jī)器人的行走距離的約束?？紤]到管道內(nèi)壁不會(huì)嚴(yán)格是平面，故在張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，輪子與增力連桿之間設(shè)有球鉸，使得機(jī)器人在管道內(nèi)壁有輕微傾斜的情況下仍能保證張緊輪同時(shí)與管壁接觸。在管道中常見的相交兩管等寬的情況屬于該問題的一個(gè)特例，即A點(diǎn)坐標(biāo)為(a，a)，該情況下求出dmin時(shí)，θ=45176。經(jīng)過具體的設(shè)計(jì)，： 行走機(jī)構(gòu)輸出軸3） 軸的校核由于機(jī)器人水平行走和垂直行走要求不同的傳力路線，這里以垂直行走的傳力路線校核軸的強(qiáng)度?；瑒?dòng)速度，所選渦輪材料ZcuAl10Fe3Mn2合適。機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)齒輪對載荷分布均勻性要求高，故選擇齒輪精度為887。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，對其自身的空間尺寸和自重提出了嚴(yán)格的限制。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)和控制簡單、能借鑒當(dāng)今已積累的汽車技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)等。使得國外進(jìn)口的清洗設(shè)備對于國內(nèi)很多中央空調(diào)來說并不適用，很大一部分不能對我國中央空調(diào)風(fēng)道產(chǎn)生作用。在頒布《公共場所中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》后，我國的中央空調(diào)風(fēng)管清洗市場迅速升溫，全國各科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)單位紛紛投入到中央空調(diào)風(fēng)管清洗設(shè)備的研制，并取得了很好的成果?？趶叫　㈤L度長的管道不僅人無法進(jìn)去檢查，而且清掃起來也不容易。中央空調(diào)管道在長期使用中會(huì)積累許多灰塵、病菌及放射物等，這些有害物質(zhì)在送風(fēng)過程中便污染了空氣，長期被人體吸入，就會(huì)危害大眾的健康。113. 具體設(shè)計(jì)計(jì)算762 機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)324 機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)的管道通過性分析因此人們在迫切要求提高生活質(zhì)量的同時(shí)，要求提高工作居住場所及其他公共場所環(huán)境質(zhì)量(特別是空氣質(zhì)量)的呼聲也越來越急切。因此，管道清掃機(jī)器人的出現(xiàn)是一種必然的趨勢。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。 從以上分析可以看出，我國的中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗市場是有很大潛力的，尤其是在 2003 年“非典”疫情傳播后，人們對中央空調(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)將成為中國一個(gè)新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)。因此本設(shè)計(jì)采用輪式結(jié)構(gòu)。因此要求機(jī)器人的各部分結(jié)構(gòu)要盡量簡單。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)算對比，我選輪子的尺寸為140mm，即D=140mm，R=70mm。 初選小齒輪齒數(shù)Z1 =20，則Z 2 =i 1 蝸桿傳動(dòng)效率 查表得傳動(dòng)效率初選吻合。對輸出軸進(jìn)行受力分析， 輸出軸受力分析其中： 由于齒輪6和齒輪7為通過軸承空套在軸上，因此其切向力和對軸的彎矩不產(chǎn)生影響，只需考慮徑向力和?？芍苯佑们蠼?。張緊機(jī)構(gòu)與行走本體的連接是通過下殼體氣缸座和氣缸尾部的連接與增力連桿和上殼體的連接裝配在一起的。 信號、電力的傳輸和供給方式：在直管道線纜可以順利進(jìn)出，但是在彎曲管道里，尤其是有幾個(gè)彎曲的管道里，必須考慮線纜在轉(zhuǎn)彎處的阻力，因此現(xiàn)在的機(jī)器人一般只能進(jìn)入帶彎道管道的深度為 30m。 暖通空調(diào)或通風(fēng)管清潔的目標(biāo)是從整個(gè)空氣運(yùn)輸系統(tǒng)消除這些可見污染物如灰塵，碎片和水分，從而使空氣在潔凈的表面?zhèn)鬟f。 設(shè)備和技術(shù)進(jìn)步 風(fēng)管清洗設(shè)備已演變對主要來源去除的原則，即去除空氣輸送系統(tǒng)的可見污染物。 NADCA自其成立以來，其成員制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及民航系統(tǒng)的清洗專家（先進(jìn)的結(jié)構(gòu)陶瓷）的認(rèn)證方案，其中包括繼續(xù)教育和培訓(xùn)計(jì)劃。雖然大多數(shù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量問題可以追溯到空氣輸送的物理系統(tǒng)之外，但是很大一部分室內(nèi)空氣質(zhì)量問題至少在空氣輸送系統(tǒng)條件這部分可以追查，而這問題的癥結(jié)直指空氣傳輸工具即是通風(fēng)管道本身。但這有賴于先進(jìn)的傳感器技術(shù)，特別是管內(nèi)環(huán)境識(shí)別技術(shù)作保證。支承軸固定不動(dòng)，只承受彎矩作用。故該問題可根據(jù)具體的管道和機(jī)器人尺寸計(jì)算相應(yīng)的mmax，如果機(jī)器人尺寸小于mmax則可以通過彎角，反之則不能。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到具體的結(jié)構(gòu)定位問題，把IV軸和VI軸做成是同一根軸，對于其是否滿足強(qiáng)度要求可以通過下面對軸的強(qiáng)度校核來說明。D． 演算初設(shè)參數(shù) 渦輪圓周速度原估計(jì)，選值，相符。通過查閱設(shè)計(jì)手冊，本級齒輪材料選用聚碳酸脂（PC），其抗彎強(qiáng)度為 130 MPa，齒面硬度 45～50HRC。 ： 氣壓驅(qū)動(dòng)由于氣缸的活塞要求直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)同時(shí)又要有輕微的圓弧擺動(dòng)，因此氣缸的安裝方式為單耳尾座式。這種ODV 結(jié)構(gòu)需要有轉(zhuǎn)向操舵機(jī)構(gòu)和多個(gè)離合器，因此，雖然其性能很優(yōu)越，但機(jī)構(gòu)很 復(fù)雜，并不適合本設(shè)計(jì)對移動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。： 中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗示意圖 機(jī)器人移動(dòng)載體方案設(shè)計(jì) 總體方案設(shè)計(jì)機(jī)器人移動(dòng)載體的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一 如果僅限于地面移動(dòng)，機(jī)器人的移動(dòng)載體形式有車輪形、履帶形、腿腳形、軀干形等四種形態(tài)。所以我國目前許多地區(qū)的中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗市場是一片空白！從國外方面來說，雖然國外廠家的機(jī)器人性能成熟，但是它是根據(jù)自身的中央空調(diào)風(fēng)道的而制造的，但國外的中央空調(diào)風(fēng)道是標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的，而我國的中央空調(diào)風(fēng)道是根據(jù)建筑面積設(shè)計(jì)安裝的，各個(gè)風(fēng)道不盡相同，生產(chǎn)規(guī)格統(tǒng)一程度較低，各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品規(guī)格不盡相同，屬非標(biāo)產(chǎn)品。該規(guī)范對場所的空調(diào)系統(tǒng)衛(wèi)生提出了檢測標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定公共場所要定期更換或清洗空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的過濾器（網(wǎng)）、冷卻塔等。 據(jù)調(diào)研，目前上海安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)的各類樓宇有3000多幢， 由于此類管道通?？v橫交錯(cuò)，大管道由人來進(jìn)行管道檢測、維修工作不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不衛(wèi)生。中央空調(diào)系統(tǒng)主宰著樓宇中空氣的新陳代謝，被稱為“建筑物之肺”。6 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)12 移動(dòng)載體傳動(dòng)計(jì)算12 后萬向輪傳動(dòng)計(jì)算 國外發(fā)達(dá)國家由于很早以前便應(yīng)用了眾多的中央空調(diào)系統(tǒng)，針對空氣質(zhì)量對人身健康的危害，國外民眾有比較深刻的認(rèn)識(shí)(1976年美國費(fèi)城的軍團(tuán)菌大爆發(fā)，事后認(rèn)定其傳染源就是該市某會(huì)場內(nèi)的中央空調(diào))。 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，最后還能對管道進(jìn)行消毒。然后再在此基礎(chǔ)上研制成功一種可用于矩形和圓形通風(fēng)管道的清掃、視頻檢測、噴涂消毒的多功能清洗機(jī)器人產(chǎn)品。開發(fā)適合我國中央空調(diào)管道清洗機(jī)器人產(chǎn)品有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。按照車輪數(shù)目的不同，輪式載體可分為單輪至四輪及五輪以上等幾種。綜合考慮上面的方案，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)選用兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式的移動(dòng)載體。1） 電機(jī)的選擇A． 電機(jī)類型的選擇此電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，要求對速度和位移形成反饋，為便于控制，本設(shè)計(jì)選用直流伺服電機(jī)。Z 1 =20=56B. 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 對閉式硬面齒輪傳動(dòng)，承載能力一般取決于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，故按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核其接觸強(qiáng)度是否滿足。E． 驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算公式：蝸輪當(dāng)量齒數(shù)，查得齒形系數(shù) 則可求得：，帶入上市中可得： 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： 蝸桿齒寬： 取蝸輪喉圓直徑： 蝸輪齒根圓直徑：蝸輪咽喉母圓半徑：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)。另外，是通過兩端的深溝球軸承作用在軸上的，而由于離軸端很近，可認(rèn)為其直接作用在軸端，經(jīng)過以上分析， 受力簡化圖圖中： 把其中受力分解為水平和垂直兩個(gè)方向：： 水平受力求得支反力：, 剪力圖彎矩圖： 垂直方向受力圖求得支反力：， ： 垂直方向剪力圖 彎矩圖從彎矩圖上可以看出，軸的危險(xiǎn)截面為Ⅰ﹑Ⅱ﹑Ⅲ﹑Ⅳ截面，求得各截面的合成彎矩如下： 按彎矩合成校核軸的強(qiáng)度：對Ⅰ﹑Ⅱ截面，由于其半徑相同，只需校核I截面即可： 對截面Ⅲ: ,由于截面Ⅲ帶有鍵槽，查得此時(shí)的抗彎截面系數(shù)，代入數(shù)值得： 所以對截面Ⅳ，其只受彎矩的作用，故有： 輸出軸材料采用40Cr，其許用彎曲應(yīng)力，由此可見，該軸的幾個(gè)危險(xiǎn)截面滿足強(qiáng)度要求。可得a=,可取490mm 所以機(jī)器人能通過的直角彎管最小管道寬度為490mm 管道機(jī)器人在矩形管水平圓弧形彎頭的通過性分析，圓管半徑 R，寬a。6. 總結(jié)與展望作為一種代替人在管道內(nèi)作業(yè)的特種機(jī)器人，管道清掃機(jī)器人的研究和發(fā)展具有重要的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。采用無線的方式來傳遞信號，由于金屬管道具有一定的屏蔽作用，需要考慮發(fā)射信號的頻率?，F(xiàn)代建筑為滿足舒適性和工藝性兩方面越來越高的要求，普遍引入了空調(diào)系統(tǒng)，但是隨著各種合成建材的使用、現(xiàn) 代辦公設(shè)備如計(jì)算機(jī)等的普及、建筑密閉性的提高、運(yùn)行管理水平的 局限以及為了節(jié)能或降低造價(jià)而盡可能減小新風(fēng)量等原因，使室內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體和生物污染物得不到合理稀釋和置換。真空收集系統(tǒng)是管道清洗中心部件。 在1989年，一群清潔承辦商和通風(fēng)設(shè)備制造商組成了國家風(fēng)管清洗協(xié)會(huì)（NADCA）。事實(shí)上，風(fēng)管清洗已演變?yōu)閷κ覂?nèi)空氣污染的日益關(guān)注的響應(yīng)。在管道內(nèi)部復(fù)雜的環(huán)境 中，為減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，機(jī)器人具有自主能力是必要的，先進(jìn)的控制策略，如路徑規(guī)劃，控制器參數(shù)的在線優(yōu)化等的研究也必將使管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的智能 化水平得到進(jìn)一步的提高。行走載體主要包括一系列減速齒輪，為了使結(jié)構(gòu)緊湊，同一軸上的兩個(gè)齒輪做成一個(gè)整體，軸承外圈依靠過盈裝在齒輪組合體上，依靠內(nèi)圈與軸肩實(shí)現(xiàn)才、軸肩定位。對于該問題曾嘗試過解析解，但結(jié)果相當(dāng)復(fù)雜。1） 初估軸頸 一般按照許用扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的方法估算軸徑，估算公式為： 主軸采用40Cr，C取98—107，這里取100則對輸出軸：2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在最小軸徑的基礎(chǔ)上，根據(jù)軸上零件的位置﹑類型﹑尺寸，以及定位﹑定位方式和載荷情況，我們就可以設(shè)計(jì)階梯軸的軸向尺寸和形狀，對于要與例如軸承等標(biāo)準(zhǔn)零件配合的部分，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)的軸徑，其他部分的軸徑和軸肩尺寸，只要略高于前端軸徑即可。本設(shè)計(jì)不采用變位，取a=30mm不變。A. 選擇齒輪材料、精度等級、齒輪齒數(shù)考慮到齒輪傳遞的功率和扭矩不大，并且機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求機(jī)器人各部件在滿足使用要求的前提下質(zhì)量要輕，齒輪結(jié)構(gòu)緊湊，所以考慮本級齒輪材料采用工程塑料。2) 氣動(dòng)張緊 由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸提供動(dòng)力，考慮理由是在所有的驅(qū)動(dòng)方式中，氣壓驅(qū)動(dòng)操作簡單、成本低、易于編程，并且氣動(dòng)能很容易地保持輸出壓力不變。 ODV 的提出就是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人任意方向的運(yùn)動(dòng)而開發(fā)的，它的移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有原地改變方向或以一定姿態(tài)角度移動(dòng)等多種功能。管道清潔機(jī)器人的清掃原理：(1) 使用機(jī)器人進(jìn)行風(fēng)管內(nèi)部檢查；(2) 采用氣囊封堵風(fēng)口；(3) 機(jī)器人清掃風(fēng)管內(nèi)壁；(4) 使用集塵凈化器吸收風(fēng)管內(nèi)的菌團(tuán)和雜質(zhì)； (5) 監(jiān)視器觀察風(fēng)管內(nèi)壁的清洗效果，并錄像備案；(6) 恢復(fù)風(fēng)口和工作區(qū)域。 從國內(nèi)方面來說，國內(nèi)空調(diào)管道清洗行業(yè)市場還未形成，空調(diào)風(fēng)道清洗行業(yè)剛剛起步，國內(nèi)幾乎沒有清洗公司能夠具備一流的清洗服務(wù)隊(duì)伍，滿足各類客戶需求，而設(shè)備生產(chǎn)廠家除了國外發(fā)達(dá)國家的成熟產(chǎn)品外，國內(nèi)能夠適應(yīng)各類風(fēng)道特點(diǎn)并且技術(shù)成熟，實(shí)用性強(qiáng)的清洗機(jī)器人設(shè)備廠家更是鳳毛麟角。據(jù)了解，有關(guān)清潔公共場所空調(diào)的規(guī)定和措施，只有衛(wèi)生部在2003年6月發(fā)出的《公共場所中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》的通知，這還是因?yàn)槭芊堑涞膯⑹?。自?980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)及國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。2412 左右驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)計(jì)算國外衛(wèi)生機(jī)構(gòu)相繼出臺(tái)了較為嚴(yán)密的中央空調(diào)使用及清洗法規(guī)，如:美國國家風(fēng)管清洗協(xié)會(huì)制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《暖通空調(diào)系統(tǒng)的評估、清洗和修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)}) C ACR2002版)和日本制定的《日本風(fēng)道清洗協(xié)會(huì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》CI990版)及芬蘭新頒布的法律要求賓館、飯店、洗衣房、工業(yè)加工產(chǎn)生粉塵物質(zhì)的通風(fēng)系統(tǒng)，每年清潔一次。可適用于各種中央空調(diào)和除塵等管道的管道檢測、清洗、消毒、噴漆等作業(yè)。該機(jī)器人和家用的吸塵器差不多大小，四個(gè)腳上有四條履帶，能夠在9厘米高的臺(tái)階上下。 設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn)本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)行走機(jī)構(gòu)及其張緊裝置， 對于清潔機(jī)器人，移動(dòng)載體的設(shè)計(jì)是一個(gè)重點(diǎn)。其中單輪