【導(dǎo)讀】2021年3月29號(hào)，吉林省長(zhǎng)春市一大型商品集散地昨晚20時(shí)發(fā)生火災(zāi)。個(gè)小時(shí)的緊張救援，長(zhǎng)春市天元商廈火情得到控制。在此期間，長(zhǎng)春、吉林兩市出動(dòng)消。防車超過60輛，消防官兵200多人，全力撲救。廳內(nèi)有２００人左右，大部分逃生，但有１９人因一氧化碳中毒窒息死亡。９人，７人逃生，２人燒死。這次火災(zāi)之后，東京消防部開始對(duì)能在惡劣條。件下工作的消防機(jī)器人進(jìn)行研究，目前已有五種用途的消防機(jī)器人投入使用。當(dāng)消防人員難于接近火災(zāi)現(xiàn)。場(chǎng)或有爆炸危險(xiǎn)時(shí)，可使用這種機(jī)器人。這種機(jī)器人裝有履帶，最大行駛速度可達(dá)10. 當(dāng)機(jī)器人到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，為了撲滅火焰，然發(fā)生火災(zāi)時(shí)，機(jī)器人能夠攀登建筑物的外墻壁去調(diào)查火情，并進(jìn)行營(yíng)救和滅火工作。機(jī)械手可將受傷人員。針對(duì)真空吸附方式，將各類爬壁機(jī)器人優(yōu)缺點(diǎn)及各種爬壁機(jī)。磁吸附爬壁機(jī)器人，因其主要是磁吸附形式，具體結(jié)構(gòu)功能不再詳細(xì)敘述。壁機(jī)器人設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是載體，載體結(jié)構(gòu)不同，爬壁機(jī)器人的性能也不同。

　　

【正文】 ，真空吸盤抬離壁面 50mm， 完成，則其速度為250 /v mm s? 設(shè)絲杠裝配阻力 矩不得大于 1N/m，即有機(jī)械軸上的靜阻轉(zhuǎn)矩 1mT N m? ， 27 而折算到電機(jī)軸上的靜阻負(fù)載轉(zhuǎn)矩max mj TT i??，取步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩max TT ?，由此可算出所需步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩m a x 1 0 . 6 93 0 . 9 7 0 . 5jT N m????，由資料查 【 15】 的可選取步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 75BF003,其 N m? ，絲杠轉(zhuǎn)速 1500 / minnr? ，電機(jī)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速 150 0 3 450 0 / m indnr? ? ? ，電機(jī)工作時(shí)運(yùn)行頻率 2 2 1 5 0 0 7 8 .5 1 8 0 06 0 6 0 2nf ???? ? ? ?，符合 條件。 抬腿運(yùn)動(dòng)中一對(duì)嚙合齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果： 傳動(dòng)比 3i? ， 1 25Z? , 2 3 25 75Z ? ? ? ，取 2m? ，中心 ? ?2 2 5 7 5 1002a m m????， 1150d mZ mm?? ， 22150d mZ mm?? 對(duì)該滑動(dòng)絲杠副，選取梯形螺紋，則 ?? ，而螺桿直徑? ?2 PFd ? ?? ，螺紋的工作高度 ? ,查得相關(guān)資料有 表 22 絲桿螺母副參數(shù) Table22 Wire rod nut pair parameters 公稱直徑 d 螺距 p 中徑 22dD? 大經(jīng) 4D 小徑 3d 1D 28 3 25 5 23 8 24 29 19 20 32 3 29 6 29 33 25 26 10 27 33 21 22 在該機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中，有兩處用到了滑動(dòng)絲杠副，其一為機(jī)械手，其二為外吸盤處。其中選取機(jī)械手處絲杠的公稱直徑 28d mm? ， 螺距 8p mm? ；外吸盤處絲杠的 公稱 直徑 32d mm? ，螺距 10p mm? 。 28 滑動(dòng)絲杠副的校核公 式為 ? ?2FPPd hz??? （公式 31） 式中 P — 工作壓強(qiáng) ??P — 需用壓強(qiáng) F — 軸向載荷 d — 中徑 h — 工作高度 z — 旋合圈數(shù) 其中 ??P 為需用壓強(qiáng)， ， 10 12Hz P?? ,經(jīng)校核計(jì)算可知絲杠副參數(shù)選擇符合要求。 輔助傳動(dòng)件 的選擇 傳動(dòng)鍵 的選擇 ： 由于 本次設(shè)計(jì)中的的齒輪都是傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受軸向力。因此，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，對(duì)中性好的平鍵， 并且由于圓頭鍵（ A 型）在鍵槽中軸向固定良好，在一般情況下機(jī)械中多選用此型鍵，所以本次設(shè)計(jì)中也選用此型鍵 。 選用鋼 材料。 根據(jù)中的連接軸的直徑，查機(jī) 械設(shè)計(jì)書表 61，選取 鍵的 主要尺寸（鍵寬 b? h鍵 高、鍵的 公稱 長(zhǎng)度 L）。 行走機(jī)構(gòu) ： 1） 平移運(yùn)動(dòng) 電機(jī)齒輪鍵 5? 18mm， 2） 第一級(jí)傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn)矩齒輪鍵 8? 20mm， 3） 輸出轉(zhuǎn)矩齒輪鍵 8x 28mm， 4） 第二級(jí)傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn)矩齒輪鍵 12x 30mm， 5） 齒輪齒條中齒輪鍵 10x 36mm； 6） 轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)電機(jī)齒輪鍵 6x22mm， 7） 第一級(jí)傳動(dòng)軸輸入轉(zhuǎn) 矩齒輪鍵 8x 22mm， 8） 輸出轉(zhuǎn)矩齒輪鍵 8x 28mm， 9）第二級(jí)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩齒輪鍵 8x 25mm， 10） 蝸輪鍵 6x 22mm。 抬腿機(jī)構(gòu)： 11） 電機(jī)齒輪鍵 6x 22mm， 12） 絲杠傳動(dòng)輪鍵 10x 18mm。 由于 此次設(shè)計(jì) 鍵起到的是傳遞轉(zhuǎn)矩 作用 ，所以其失效形式為斷裂， 因此較校核時(shí)按斷裂 強(qiáng)度計(jì)算 :普通平鍵連接的墻訴條件為 ? ?32 10PPTkld???? （公式 32） 式中 T— 傳 遞的轉(zhuǎn)矩， Nm； k— 鍵輪槽的接觸高度， ? ， （公式 33） 式中 h— 建的高度， mm； l — 鍵的工作長(zhǎng)度， mm； 圓頭平鍵 l L b??， （公式 34） 29 式中 L— 鍵的公稱長(zhǎng)度， mm； b— 鍵 的寬度， mm； d— 軸的直徑， mm； ? ?P? — 鍵、軸、輪三者中最弱材料的許用擠壓力， MPa， 由于工作時(shí)有一定的沖擊所以見表 62得 靜連接 80MPa， 由公式 32得 ： 1 5 mm? ? ? ， 2 7 mm? ? ? ， 3 7 mm? ? ? ， 4 8 4k mm? ? ? ，5 8 4k mm? ? ? ， 6 6 3k mm? ? ? ， 7 7 mm? ? ? ， 8 7 mm? ? ? ，9 7 mm? ? ? ， 10 6 3k mm? ? ? ， 11 6 3k mm? ? ? ， 12 8 4k mm? ? ? 。 由公式 33得： 1 18 5 12l mm? ? ? ， 2 20 8 12l mm? ? ? ， 3 28 8 20l mm? ? ? ， 4 30 12 18l mm? ? ? ，5 36 10 26l mm? ? ? ， 6 22 6 16l mm? ? ? ， 7 22 8 14l mm? ? ? ， 8 228 8 0l mm? ? ? ，9 25 8 17l mm? ? ? ， 10 22 6 16l mm? ? ? ， 11 22 6 16l mm? ? ? ， 12 18 10 8l mm? ? ? 。 選取直徑： 1 15d mm? ， 2 26d mm? ， 3 27d mm? ， 4 40d mm? ， 5 35d mm? ， 6 20d mm? ， 7 22d mm? ，8 22d mm? ， 9 22d mm? ， 10 20d mm? ， 11 18d mm? ， 12 30d mm? 。 轉(zhuǎn)矩為： 1 ?, 23T =T 15 N m? ， , 4 N m? , 5T = mN , 6 N m? ，78 T N m?? , 9 N m? , 10 N m? , 11 N m? ，12 N m? 。 有公式 31得 32 10P Tkld? ?： 1 MPa? ? ， 2 MPa? ? ， 3 MPa? ? ， 4 MPa? ? ， 5 MPa? ? ，6 MPa? ? ， 7 MPa? ? ， 8 MPa? ? ， 9 MPa? ? ， 10 76p MPa? ? ，10 MPa? ? ， 10 MPa? ? 。 30 由以上結(jié)果的可得，任意鍵的 強(qiáng)度p?均小于其許用強(qiáng)度p?????，即 pp???????。 以 所以這些鍵的選取是合格的。 軸承 件 的選擇 由于本次設(shè)計(jì)中，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中軸承起到支撐作用，所以選 擇角接觸球軸承，它可以同時(shí)承受徑向及軸向載荷。 蝸輪桿的軸承由于需要承受較大的軸向載荷，所以選用圓錐滾子軸承。 根據(jù)軸的直徑、軸承承載能力以及軸承的的尺寸列表初選軸承型號(hào)，平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)傳動(dòng)軸承為 7204C, 平移運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)第二級(jí)傳動(dòng)軸承為 7207C, 轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)傳動(dòng)軸承為 7205C，轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)第二級(jí)傳動(dòng)軸承也為 7205C，蝸輪桿的軸承為 30204。 39。39。66010 ht nLpC f ?? （公式 35） 式中 tf — 溫度系數(shù)； P — 當(dāng)量動(dòng)載荷； ? — 指數(shù)，球軸承， 3?? ； n — 軸承轉(zhuǎn)速， r/min； 39。hL — 預(yù)期計(jì)算壽命。 由于本機(jī)器人在火 場(chǎng)中工作 ， 其溫度系數(shù) 查 機(jī)械設(shè)計(jì)書 表 134得 溫度系數(shù) ? ，機(jī)械設(shè)計(jì)書表 133，選預(yù)期計(jì)算壽命 39。 10000hLh? ， 各軸轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)向部分 150 / minnr? ? ， 7 5 0 / m in2nnr??? ??，2 5 0 / m in n3nnr????? ? ? ? 蝸 桿， n 5 / m in50nr??蝸 桿蝸 輪 ；平移齒輪轉(zhuǎn)數(shù) 1n =3000 / minr ，2n =1000 / minr ， 3=273r/minn ； 由于本次設(shè)計(jì)中齒輪主要是傳遞轉(zhuǎn)矩，而軸向載荷很小，所以在計(jì)算式按純凈向載荷計(jì)算則 軸承當(dāng)量動(dòng)載荷： prP f F? （公式 36） 式中 pf — 載荷系數(shù)； rF — 徑向載荷， N。 查表 136 得動(dòng)載荷系數(shù) ? ， 以移動(dòng)系統(tǒng)三軸承軸承為例，徑向力為 31 5 0 9 .8 1 2 2 .52rFN???,由公式 32 的 196PN? ? ?。 由公式 35 的 39。39。 36660 1 9 6 6 0 2 7 3 3 0 0 0 0 3 0 9 3 . 3 6 3 . 0 91 0 0 . 5 1 0ht nLpC N K Nf ? ??? ? ? ? ?,查機(jī)械指導(dǎo)書 【 16】 表 122，所選軸承基本額定負(fù)載 20C KN? , 極限轉(zhuǎn)速 8000 / minjnr?，即39。CC , 3n jn ,所以初選的軸承合格。同理經(jīng)過校核計(jì)算，的其它的初選軸承選取也合格。 潤(rùn)滑方式選用能承受較大載荷，不易流失，容易密封，一次加脂肪可以維持相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的脂潤(rùn)滑方式； 滾動(dòng)軸承的密封裝置 選擇接觸式的密封裝置，由于本次設(shè)計(jì)中軸的滑動(dòng)速度 不高，所以選擇用于脂潤(rùn)滑的場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的氈圈油封。 其 它要 素 的選擇 參照已有的其他類似的機(jī)械，并根據(jù)螺絲的受力特點(diǎn)進(jìn)行校核，證實(shí)螺絲選取合格 ；同理選擇了設(shè)計(jì)中的銷、墊圈。由于本次設(shè)計(jì)中的軸只起傳遞轉(zhuǎn)矩得作用，所以選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的彈簧墊圈作為軸向定位 【 16】 。 在選擇粗糙度，形位公差時(shí)，參照已有的其他類似的機(jī)械，并經(jīng)過相關(guān)的尺寸查表選擇，在選擇配合公差時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件的相關(guān)要求進(jìn)行 查表 選擇 。 【 16】 有關(guān)器件選擇 紅外線探測(cè)儀 機(jī)器人見本體固定好后，除了能夠在窗口進(jìn)行滅火外，還應(yīng)能向屋內(nèi)探測(cè)，以便發(fā)現(xiàn)未撤離人員，考慮到發(fā)生火災(zāi)的室內(nèi)光線等情況，應(yīng)選 著紅危險(xiǎn)探測(cè)儀，應(yīng)選擇紅外線探測(cè)儀。紅外線傳感器可分為 主動(dòng)紅外線傳感器和被 動(dòng)紅 外線傳感器，而主動(dòng)紅外線傳感器又可分為遮斷式主動(dòng)紅外傳傳感器。其中反射式主動(dòng)紅外傳感器的紅外發(fā)射 頭向不防區(qū)發(fā)出紅外型號(hào)，當(dāng)探測(cè)到人時(shí)，紅外線信號(hào)被人體反射回來，被接收器接收，經(jīng)譯碼電路譯碼，可控制相應(yīng)的通訊設(shè)備或報(bào)警系統(tǒng)，比如可發(fā)出聲音警報(bào)，呼喊火場(chǎng)內(nèi)的未撤離人員。被動(dòng)紅外 入侵探測(cè)器采用熱釋電紅外探測(cè)元件來探測(cè)路動(dòng)目標(biāo)。只要物體的溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)不停地向四周輻射紅外線，利用移動(dòng)目標(biāo)（如人、畜、車）自身輻射的紅外線進(jìn)行探測(cè)。被 動(dòng)紅外入侵探測(cè)器具有如下特點(diǎn) ：不需要在布防區(qū)域內(nèi)安裝任何裝備，可實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)距離控制。由于是被動(dòng)式工作，不產(chǎn)生任何類型的輻射。不必考慮照度條件，晝夜均可用，特別適宜在夜間或 黑暗條件條件下工作。由于無能量發(fā)射，不易磨損的活動(dòng)部件，因而功耗低、結(jié)構(gòu)牢固、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)便、可靠性高。 【 17】 紅外線攝影 同樣的，為了觀察到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng) 情況，需要安裝紅外線攝像機(jī)。英國(guó) RAE 系統(tǒng)公司推出了新型的紅外攝像機(jī)，該微型紅外攝像機(jī) 基于 320X240 非制冷微型紅外技術(shù)，可產(chǎn)生 32 質(zhì)量極佳的高分辨率圖像，從而增強(qiáng)態(tài)勢(shì)感知能力，不受 黑暗以及諸如煙霧等各種障礙物的影響，也不需要人工照明。 【 17】 蓄電池 由于該機(jī)器人會(huì)沿著高層建筑的墻壁向上爬行，因此考慮采用蓄電池作為能量來源，而一般的蓄電池的額定電壓在 636V 之間，在該機(jī)器人內(nèi)，最大的電機(jī)要 110V 的電壓，最小的卻只有 ，電壓差距較大，只用一個(gè)蓄電池難以實(shí)現(xiàn)，而要是分別供電的話，充電時(shí)又會(huì)碰到麻煩。 考慮 采用 蓄電池組加穩(wěn)壓電源的方式給機(jī)器人的各個(gè)部分供電。將采用 3個(gè) 36V 和 1 個(gè) 12V 蓄電池串聯(lián)達(dá)到最高的 110V 額定電壓，再用這樣的 3組并聯(lián)實(shí)現(xiàn) 10A的額定電流要求 [18]。 36V 和 12V 蓄電池的技術(shù)參數(shù) 如下： 表 23 蓄電池?cái)?shù)據(jù) Table23 Battery data 型號(hào) 電壓（ v） 電容（ Ah） 參考尺寸（毫米） 長(zhǎng) 寬 高 NP336 36 3（ 20小時(shí)） 70 55 110 NP312 12 3（ 20小時(shí)） 70 55 110 33 參考文獻(xiàn) [1] 龔振邦 。 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì) [M]。 北京 :電子工業(yè)出版社 [2] 學(xué)熊