【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，采用模塊化設(shè)計(jì)技術(shù) ，進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)器人工程，注意開(kāi)發(fā)微型和小新機(jī)器人，重視研制行走機(jī)器人，研制應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)環(huán)境下工作的非制造業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人，開(kāi)發(fā)敏捷制造系統(tǒng)，軍用機(jī)器人將用于裝配部隊(duì)等?？偟恼f(shuō)來(lái)，雖然存在不少難關(guān)，甚至出蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8現(xiàn)某些陰影，但新世紀(jì)機(jī)器人學(xué)的發(fā)展前景是十分光明和充滿希望的。 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9第二章 總體方案的制定及比較 管道機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo) （ 1）管道機(jī)器人的工作環(huán)境 ，管道為圓管，管道直徑為 φ 600φ700mm，管道底部每周可形成厚約 100mm 的煙灰堆積層； 179。； 、小于 30176。傾斜， 3 倍管道直徑彎曲三種形式； 50m 有一可自動(dòng)打開(kāi)的清潔，供機(jī)器人傾倒垃圾； （ 2）管道機(jī)器人的技術(shù)要求 、靈活、拆卸方便； ，每小時(shí)清潔能力應(yīng)在 40m 左右； ，其結(jié)構(gòu)可適應(yīng)不同管徑的變化情況； ，控制方便靈活； 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和比較 （ 1）行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)國(guó)內(nèi)外的管道機(jī)器人的移動(dòng)方式大致可分為六種： （一） 活塞移動(dòng)方式（二）滾輪移動(dòng)方式（三）履帶移動(dòng)方式 （四）足腳移動(dòng)方式（五）蠕動(dòng)移動(dòng)方式（六）螺旋移動(dòng)方式 （一） 活塞移動(dòng)式依靠其首尾兩端 管內(nèi)流體形成的壓差為驅(qū)動(dòng)力，隨著 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 管內(nèi)流體的 流體的流動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)，其原理類似于活塞在汽缸內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，即把管道看做汽缸，把具有一定彈性和硬度的 PIG 看做活塞。其缺點(diǎn)是：越障礙能力和拐彎差。 （二）滾輪移動(dòng)式優(yōu)點(diǎn)是移動(dòng)速度快，轉(zhuǎn)彎容易，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易小型化， 采用多輪方式時(shí)牽引力隨輪數(shù)增加。缺點(diǎn)是著地面積小，維持一定的附著力較困難，這使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，越障礙能力有限。 （三）履帶移動(dòng)式的 優(yōu)點(diǎn)是著地面積大，易產(chǎn)生較大的附著力，對(duì)路面的適應(yīng)性強(qiáng)，牽引性能好，越障礙能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是體積大不易小型化，拐彎半徑大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還要保持履帶的張緊。 （四）足腿移動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)粗糙路面適應(yīng)性能較好，越障礙能力極強(qiáng)，可適應(yīng)不同管徑的變化。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜，行走速度慢。 （五）蠕動(dòng)移動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)微小管徑，越障礙能力強(qiáng)。缺點(diǎn)是移動(dòng)速度慢，控制復(fù)雜。 （六）螺旋移動(dòng)式的優(yōu)點(diǎn)是有一定的越障礙能力，可適應(yīng)不同管徑的變 化，可在直管道中行走。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，移動(dòng)速度慢，驅(qū)動(dòng)力要求高。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求，所要言 之的管道機(jī)器人必須要有高可靠性，高效率。所以采用上述行走機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方式的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)行走，這樣可利用其綜合優(yōu)點(diǎn)避免單一移動(dòng)方式的缺點(diǎn)。由于管道存在不同的彎管，這樣要求機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)有一定的拐彎能力和越障礙能力。所以，設(shè)計(jì)了一種如下所示的機(jī)器人，其特點(diǎn)是：移動(dòng)速度快、轉(zhuǎn)彎比較容易、有較大牽引力、對(duì)粗糙路面適應(yīng)性強(qiáng)、越障礙能力強(qiáng)；同時(shí)，可伸縮性使得機(jī)器人對(duì)變徑管道有較好的自適應(yīng)性。 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 （ 2） 操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)管道機(jī)器人的操作對(duì)象是一些堆積的灰塵，并且灰塵在管道底部堆 放的同時(shí)成疏松狀，所以操作機(jī)構(gòu)有以下兩種方案： ① 借鑒挖掘機(jī)的工作原理。利用鏟斗鏟起灰塵，然后行走到管道底 部 的 傾倒垃圾開(kāi)口，傾倒灰塵。這種方案簡(jiǎn)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(shí)垃圾開(kāi)口每隔 50m 才有一個(gè)開(kāi)口，其大部分時(shí)間都在行走上，所以機(jī)器人的工作效率很低。 ② 借鑒吸塵器的工作原理。利用帶有操作臂的吸塵器的吸頭，灰塵通 過(guò)吸塵器管道到主體內(nèi)部，設(shè)計(jì)箱體的容積比較大，最后，移動(dòng)到垃圾開(kāi)口蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 處傾倒垃圾，從而減少在往返的次數(shù)來(lái)提高工作效率。 所以才用具有兩個(gè)自由度的機(jī)械臂，臂未端附上吸塵器頭，臂上附上塑 料軟管， 軟管最終以主體的垃圾箱密封連接。 （ 3）撐開(kāi)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于管徑的變化，需要撐開(kāi)機(jī)構(gòu) 來(lái)適應(yīng)管徑的變化。在本機(jī)器人設(shè)計(jì)中，采用滾珠絲杠螺母副來(lái)和放大桿組來(lái)實(shí)現(xiàn)。 1—— 基座 2—— 放大桿組 3—— 撐開(kāi)桿 4—— 絲杠 5—— 絲杠螺母 6—— 行走機(jī)構(gòu) 當(dāng)絲杠 4 旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠螺母 5 在絲杠上左右移動(dòng)，從而拉動(dòng)撐開(kāi)桿 3，蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 撐開(kāi)桿 3 鉸接在放大桿組 2 上，從而改變其傾角來(lái)適應(yīng)管徑的變化。 （ 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。 設(shè)計(jì)的管道清潔機(jī)器人包括以下五部分： （一） 行走裝置（為整個(gè)行走提供動(dòng)力）； （二） 撐開(kāi)桿組（適應(yīng)管徑的變化）； （三） 操作臂裝置（操作臂包括吸塵器的操作部分和傾倒垃圾部分）； 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 （四） 信號(hào)采集裝置（為控制提供信號(hào)和圖像）； （五） 控制裝置（控制管道清潔機(jī)器人行走和動(dòng)作）。 蘭州理工大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第三章 部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算 管道機(jī)器人工作計(jì)算 由于管道直徑是變化的，變化范圍為（ φ 600φ 700mm），通過(guò)計(jì)算當(dāng)管 道直徑為 700mm 時(shí)，且堆積相對(duì)底部為 70mm， 每 50m 最大工作量 Gmax： 其中 h=70mm,d=700。R=d/2=700/2=350mm； a=Rh=35070=280。 b= 22 aR = 22 280503 =210mm θ =arctan(b/a)=arctan(210/280)=176。 s=360θ2 π R178。1/2 a 2b= *2 *π *350178。1/2*2*280*210 =2*109 mm178。 每隔 50m 才有一個(gè)開(kāi)口，所以總的工作量：為 50*103 v=Sl=2*109 *50*103 =*109 mm3 因?yàn)闊?