【正文】 24 連桿 LAB： LAB=700mm 連桿 LBC： LBC=150mm 連桿 lCD： LCD=120mm 第四章 控制原理的設(shè)計 控制原理的分析和設(shè)計 我們擬將兩對光電傳感器（記為 Ga 組和 Gb 組）分別置于本管道清潔 機器人前后兩側(cè)從而在前進或后退時都可以檢測行徑前方有無障礙物從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。從而使其順利地完成工作。 （ 2） 卸料門的拉開桿件的設(shè)計 當(dāng)垃圾箱裝滿時，重量能達到 ，同時電機的驅(qū)動功率 120W，驅(qū)動力較??；所以，在設(shè)計時采用“死點”的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)卸料門的開合。 28′ 34″ 3176。 47′ 1″ （ 11）頂圓錐角： δ a=δ +θ a=52176。； （ 4）節(jié)距： Pb=π m=π *7=； （ 5）節(jié)圓直徑： d=mz=7*17=119mm； （ 6）模數(shù)： m=7； （ 7）齒側(cè)間隙： Cm=1； （ 8）名義徑向間隙： e0=； （ 9）徑向間隙： e≈ e0+=+*7=； 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 （ 10）外圓直徑： d0=d2δ =1202*=（其中 δ =）； （ 11）外圓齒距： P0=π d0/z=*247。 （ 2）行走機構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ①確定行走 機構(gòu) —— 履帶的外形尺寸 由于管道直徑最小時， D=600mm；同時總體方案中已經(jīng)確定采用 3 組履帶，相對來說比較狹?。凰孕凶邫C構(gòu)尺寸不能 太大。 （ 4）最終方案的確定 根據(jù)以上的分析和比較 ，最后得出最終方案。缺點是移動速度慢，控制復(fù)雜。 KAWAGUCH 等研制的管道檢測機器人系統(tǒng)只適用于 500mm 的管道，而且一次作業(yè)的檢測距離不大于 500m。 美國是機器人的誕生地，早在 1962 年就研制出世界上第一臺工業(yè)機器人，是世界上的機器人強國之一，其基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進，并有很多管道機器人產(chǎn)品。它是模仿昆蟲在地面爬行時蠕動前進與后退的動作設(shè)計的。特別是到了 20世紀(jì) 90 年代，隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，機器人技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。意思是“強制的勞動”。這意味著機器人的機械結(jié)構(gòu)具有可變的機械 形狀。 2. 惡劣環(huán)境下管道清掃 、噴漆、焊接、內(nèi)部拋光等維護。機器人由前后兩個電磁線圈和前后兩個驅(qū)動器組成 。（ 5）該管道機器人可以探測煤氣管道內(nèi)部是否水滲透、碎片堆積；可以確定內(nèi)部缺陷的確切位置并且定位相應(yīng)的作業(yè)裝 置；采用視頻圖像的形式準(zhǔn)確反映管道內(nèi)部的狀況條件。 （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。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。 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。通過對撐開桿組的設(shè)計，后最終確定高度 H=175mm。（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。 28′ 34″ =； （ 7）齒根圓直徑： df=d2(ha+c)m cosδ 1 =*(1+)**cos37176。 鉸接處的位置：在放大桿組 90mm 處。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。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。 （ 1） 吸塵器操作臂的設(shè)計 由于管道的管徑是變化的，同時灰塵主要分布在管道底部，所以要求操作臂要能適應(yīng)管徑的變化，不僅要在最小管徑中能工作，也要在管徑最大時也能正常工作。 1′ 43″ （ 10）齒根角： θ f= arctan R mcha )( ? = arctan *)(1? =3176。； （ 4）分度圓直徑： d=mz=30*=75mm； （ 5）分度圓錐角： δ 1=arc cotz1/z2=arc cot30/23=52176。 ③確定行走機構(gòu)中的履帶輪和履帶輪 采用同步帶的結(jié)構(gòu)來設(shè)計履帶。分布；受到的是摩擦阻力； F1 F1 F2 F2 G 60176。利用帶有操作臂的吸塵器的吸頭，灰塵通 過吸塵器管道到主體內(nèi)部，設(shè)計箱體的容積比較大，最后，移動到垃圾開口蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 處傾倒垃圾，從而減少在往返的次數(shù)來提高工作效率。 （三）履帶移動式的 優(yōu)點是著地面積大，易產(chǎn)生較大的附著力，對路面的適應(yīng)性強，牽引性能好，越障礙能力強。德國學(xué)者BERNHARD KLAASSEN、 HERMANN ST2REICH 和 FRANK KIRCHNER等人在德國教育部的資助下于 2021 年研制成功了多關(guān)節(jié)蠕蟲式管道機器人系統(tǒng) —— MAKRO。當(dāng)后電磁線圈斷電時，后部突然放松，由此產(chǎn)生的推力將機器人前部（前驅(qū)動器）向前推進一段距離；反向運動依次類推。 4. 對埋地舊管道的修復(fù)。為了對機器人進行分類，必須能夠定義和區(qū)分不同的類型，因此根據(jù)不同的定義就有不同的分類方法。這些傀儡被稱為“機器人”。 機器人的誕生和機器人學(xué)的建立無疑是 20 世紀(jì)人類科學(xué)技術(shù)的重大成就。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)鄧宗全教授在國家“ 863”計劃課題“ X 射線檢測時成像管道機器人的研制”的支持下，開展了輪式行走方式的管道機器人研制，實現(xiàn)了管外機構(gòu)同步運動作業(yè)無攬操作技術(shù)，并研制了鏈?zhǔn)胶弯搸絻煞N新型管外傳動機構(gòu)。日本管道機器人眾多，東京工業(yè)大學(xué)于 1993 年開始研究管道機器人，并且成功研制出 THES 系列的機器人，以下介紹 THES2Ⅲ型管道機器人：其采用“電機 —— 蝸輪蝸桿 —— 驅(qū)動輪”的驅(qū)動方案，同時每個驅(qū)動輪都有一個傾斜角度測蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6量輪，通過測量輪探測機器人的傾斜角度，并反饋給電機 ，從而保證管道機器人的驅(qū)動輪以垂直的姿態(tài)運動。兩履帶調(diào)節(jié)到平行位置時，可以在平地或矩形管道內(nèi)行走。缺點是結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，行走速度慢。在本機器人設(shè)計中，采用滾珠絲杠螺母副來和放大桿組來實現(xiàn)。 3=247。 ，制造和維護較為方便，價格低廉。 31′ 26″ =； （ 8）錐距： R=mz/2sinδ 1=m 22 z21 ?z /2 =* 22 2330 ? /2= （ 9）齒頂角： θ a=arctan Ramh = arctan *1 =3176。 1′ 43″ =41176。其驅(qū)動電機采用 MAXON 的直流伺服電機。