【正文】 管道機器人在水平直角彎管的通過性分析 普通垂直相交管道情況。設管道寬度一端為a，另一端b，機器人長l，如圖所示正通過矩形管直角彎道。以圖中O點為原點，建立圖示坐標系，設機器人的一邊始終沿著管道外側運動，即B點始終在x軸上，C點始終在Y軸上，保證最大限度地利用管道空間。在BC連線從x軸運動到Y軸的過程中，A點到BC線段最短距離就是該彎角所能允許的最大機器入寬度，由此可判定機線段最短距離就是該彎角所能允許的最大機器入寬度，由此可判定機器人的寬度能否通過該彎道。，可得出BC連線的兩點式方程式 化簡得 則A點(a,b)到該直線的距離d為 設機器人允許最大寬度為mmax，則當θ(0, )時，dmin=mmax其中需要說明的是當0時，表明A點在BC 之上，反之則A點在BC之下，顯然，本題情況只有A點在BC之上時才合理。對于該問題曾嘗試過解析解，但結果相當復雜。故該問題可根據(jù)具體的管道和機器人尺寸計算相應的mmax，如果機器人尺寸小于mmax則可以通過彎角，反之則不能。在管道中常見的相交兩管等寬的情況屬于該問題的一個特例，即A點坐標為(a，a)，該情況下求出dmin時，θ=45176。，可直接用求解。可得a=,可取490mm 所以機器人能通過的直角彎管最小管道寬度為490mm 管道機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。同樣假設機器人機體沿管道最外沿運動，從而充分利用管道空間。該情況下，可通過幾何關系得出所允許的機體寬最大值mmax。分析如下： 通過矩形圓弧彎頭的情況如圖所示尺寸，管道內邊半徑R，外邊半徑R+。由=R+,=,有 化簡得 通過以上分析計算，就可以根據(jù)具體的管道情況設計機器人機體尺寸，或者驗證已成形的管道機器人能否通過實際的管道。計算完成后應該在算得的數(shù)據(jù)上加安全系數(shù)，以排除管道內其它位置因素的影響，確保機器人可以順利通過矩形管道的彎角。5 結構設計設計工作是一個反復進行不斷修改尋優(yōu)的過程。在結構設計的過程中，要考慮結構是否滿足強度要求﹑剛度要求﹑裝配的精度要求﹑確保各個零件的可裝配性外，盡可能使結構緊湊和便于安裝。在進行機器人設計的過程中，我把機器人的設計分為三大主要部分：移動載體﹑撐緊裝置和機械手，采用模塊化設計方法。模塊化設計是機構設計的發(fā)展趨勢，具有便于安裝和維修更換零部件的優(yōu)點。把機器人的移動本體﹑撐緊機構和機械手分別獨立加工裝配，然后組裝在一起。這樣對于各個部件的維修和更換是很方便的。行走載體主要包括一系列減速齒輪，為了使結構緊湊，同一軸上的兩個齒輪做成一個整體，軸承外圈依靠過盈裝在齒輪組合體上，依靠內圈與軸肩實現(xiàn)才、軸肩定位。支承軸固定不動，只承受彎矩作用。考慮到管道內壁不會嚴格是平面，故在撐緊機構的設計中，輪子與增力連桿之間設有球鉸，使得機器人在管道內壁有輕微傾斜的情況下仍能保證撐緊輪同時與管壁接觸。撐緊機構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。在機械手的設計中﹑同樣是把同軸上的齒輪與蝸輪做成一體的惰輪。惰輪在軸上轉動而軸固定。機械手與行走本體是痛過螺釘連接在一起的。6. 總結與展望作為一種代替人在管道內作業(yè)的特種機器人，管道清掃機器人的研究和發(fā)展具有重要的社會效益、經濟意義和廣闊的應用前景。本文設計的中央空調管道清潔機器人系統(tǒng)結構簡單，自動化程度高，具有較強的應用性。針對目前國內外的現(xiàn)狀，為了使管內作業(yè)機器人能夠盡快進入大規(guī)模實用化階段,必須在以下幾個方面有所突破：1. 研究開發(fā)能夠適應復雜管道和特殊管道的多功能行走機構，管內作業(yè)機 器人在彎管、支岔管中的通過性問題仍未很好解決，要解決這一問題，首先要在機構上保證機器人能夠在這些特殊環(huán)境中順利行走，提高機器人在彎管、L 型和T型管中的通過性。因此要研究一種既融合各種機構優(yōu)點，能夠提供較大的牽引力，又具有快速靈活，可靠性高的驅動方案。 2. 基于多傳感器的管況識別技術的研究。對管道內部這類非結構化環(huán)境，現(xiàn)有的管內作業(yè)機器人中的傳感器或無法正常發(fā)揮作用，或過多地依賴人的介 入，已經不能滿足其發(fā)展的需要。經過多年的實踐，人們已經認識到傳感器的集成，即多種傳感器(光，機，電，儀)的綜合運用是解決上述問題的有效手段，才能為提高管內作業(yè)機器人的智能控制水平打下良好的基礎。其中以攝像機為基礎的視覺傳感器，將是發(fā)展的一個主要方向。例如，目前已經在機械手控制中引入視覺伺服技術，即利用視覺傳感器來實現(xiàn)機械手的位置閉環(huán)控制。視覺對管內機器人具有重要意義，利用視覺可以： （1）確定作業(yè)位置； （2）識別管內環(huán)境(是否拐彎, 是否有枝杈等)； （3）識別機器人的姿態(tài)(是否有轉體, 相對于作業(yè)位置的距離等)。 在管內作業(yè)機器人中采用視覺伺服技術，有利于提高其控制性能和自主能 力，并對其智能化進程有重要意義。3. 在復雜管道環(huán)境下機器人智能控制技術的研究。在管道內部復雜的環(huán)境 中，為減輕操作人員的負擔，機器人具有自主能力是必要的，先進的控制策略，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作業(yè)機器人的智能 化水平得到進一步的提高。但這有賴于先進的傳感器技術，特別是管內環(huán)境識別技術作保證。4. 發(fā)展遠距離控制技術，解決拖線供能、通信對機器人的行走距離的約束。 信號、電力的傳輸和供給方式：在直管道線纜可以順利進出，但是在彎曲管道里，尤其是有幾個彎曲的管道里，必須考慮線纜在轉彎處的阻力，因此現(xiàn)在的機器人一般只能進入帶彎道管道的深度為 30m。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。電力的供給現(xiàn) 在一般采用高能干電池、蓄電池和管外供電(線纜) 的方式。這些方式對機器人的行程有較大的影響。5. 機構和驅動器的小型化、微型化。參考文獻：[1] GB/T 192102003．空調通風系統(tǒng)清洗規(guī)范[S]．中國標準化，2003，(9):6667[2] 甘小明，徐濱士，董世運等．管道機器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J]．機器人技術與應用，2003，(6)：510 [3] 程良倫，楊宜民．一種新型管道內機器人的研究[J]．機器人，1999。(7)：47—52 [4] 程良輪，楊宜民．管道內微機器人彎管運動的動力學穩(wěn)定性[J]．控制理論與應用．2002，18(1)：62～68[5] 謝文彬，楊建國，李蓓智等．管道檢測機器人的研制[J]．機械工程師，2005，(1)：1618[6] 宋章軍，陳懇，楊向東等．通風管道智能清污機器人MDCRI的研制與開發(fā)[J]．機器人，2005，27(2)：142146 [7] 韓曉明，車立新，謝霄鵬等．中央空調管道清掃機器人的設計[J]．機械，2005，32(1)：3941[8] 孫桓，陳作模，[M].北京：高等教育出版社，2006[9] 濮良貴，[M].北京：高等教育出版社，2005[10] 龔振邦等編著．機器人機械設計[M]．北京：電子工業(yè)出版社，1995[11] 唐增寶,[M].：華中科技大學出版社，2006[12] [M].：機械工業(yè)出版社，2004[13] 許福玲等.《液壓與氣壓傳動》（第三版）[M].北京：機械工業(yè)出版社. 2008.[14] 朱驥北.《機械控制工程基礎》（重印本）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007，6. 外文資料Basic principle of duct cleaningWhat is Air Duct Cleaning?In many cases, the two terms air duct cleaning and indoor air pollution are inextricably connected. In fact, air duct cleaning has evolved in response to the increasing concerns over indoor air pollution. Although most indoor air quality problems can be traced to problems outside the physical air conveyance system, a significant portion of indoor air quality issues can be traced, at least in part, to conditions within the air conveyance system itself. Most indoor air quality (IAQ) problems are a bination of many factors, the physical condition of the heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) system being one of them. The goal of HVAC or air duct cleaning is to remove visible contaminants such as dust, debris and moisture from the entire air conveyance system so that the air passes over clean surfaces. Modern architecture and technology to meet the fort of both increasing demands, the general introduction of the air conditioning system, but with the use of various synthetic materials, modern office equipment such as puters and so popular, the improvement of airtight construction, operation management limitations and in order to reduce the cost and energysaving or other reasons to minimize outdoor air, indoor harmful gas and biological pollutants are not diluted and reasonable replacement. Microbial contaminants such as bread molds, mildews and soil fungi, which can be invisible to the naked eye, can also be removed from the HVAC system with the proper cleaning and sanitizing procedures. Presence of microbial is not unmon in an HVAC system. However, the presence of active microbial growth is of concern, since it may affect indoor air quality and pose a health risk for some people.The benefits of air conveyance system cleaning include lessening the chances of indoor air pollution, health and fort plaints by the occupants, and it may decrease energy costs by allowing the mechanical ponents to operate more efficiently and last longer.Industry GuidelinesThe duct cleaning industry is currently an unregulated one. Ventilation pipes are the backbone of the air conditioning and ventilation systems, fresh air and mixed airconditioning air through the duct work is transferred to the living space, and because the issue of the installation of air duct may also exist a variety of construction waste. With the increase of service life, the wind pipe will deposit a lot of dust. The dirt deposited in the appropriate temperature and under moderate breeding microorganisms, and a carrier concentration of various pollutants. So on the air duct cleaning is the most important and necessary project. After the air duct cleaning in order to ensure uniform and thorough disinfection can, need to use with a spray robot camera on the air duct disinfection, the purpose is to disinfect even without omission, so as to ensure the thoroughness of disinfection. In 1989, a group of ventilation cleaning contractors and equipment manufacturers formed the National Air Duct Cleaners Association (NADCA). NADCA has, since its inception, developed industry standards for its members, as well as an Air Systems Cleaning Specialist (ASCS) certification program which includes continuing education and training programs. NADCA has not only developed cleaning standards, but has worked closely with the Environmental Protection Agency (EPA) on testing the effectiveness of air duct cleaning, resulting with the EPA39。s suggestion that an air duct cleanin