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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文)--管道機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-wenkub.com

2024-11-27 17:15 本頁(yè)面
   

【正文】 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)校、學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)也給予了我們很大的關(guān)心和幫助,給我們提供了很好的設(shè)計(jì)環(huán)境,并及時(shí)的給予了我們相關(guān)指導(dǎo),再次也表示由衷感謝。老師有嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度,嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和精益求精的工作作風(fēng),這些都是我所需要學(xué)習(xí)的,感謝老師給予了我這樣一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),謝謝!治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn),學(xué)識(shí)淵博,為人和藹可親。 008,30 1 :29~33 [4]鄧宗全 .管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展與展望 .機(jī)器人 ,1986, 6 :471~478 [5]鄧宗全 ,王杰 ,劉福利 ,李笑 ,陳明 .直進(jìn)輪式全驅(qū)動(dòng)管內(nèi)行走機(jī)構(gòu)的研究 .機(jī)器人 ,1995,17 2 :121~122 [6]楊占平 ,李笑 ,工程學(xué)會(huì)機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化分會(huì)論文集 ,1993,144~147 [7] Kawaguchi Y,Yoshida I,etc .Internal pipe inspection robot[A] .Proceedings of the 1995 IEEE International Conference on oboticsamp。對(duì)其中關(guān)鍵的機(jī)械 部件如蝸輪蝸桿傳動(dòng)部件、彈簧等進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。存盤(pán),退出,完成驅(qū)動(dòng)輪與蝸輪的連接。選擇固定桿的端面與固定板作“重合”處理,預(yù)覽無(wú)誤后單擊“確定”圖標(biāo)按鈕。 ( 2)單擊“插入零部件”圖標(biāo)按鈕→單擊“瀏覽”→找到“驅(qū)動(dòng)輪”裝配體→單擊“打開(kāi)”, 移動(dòng)鼠標(biāo)將“驅(qū)動(dòng)輪”放置到恰當(dāng)?shù)奈恢?。選擇銷(xiāo)子的外表面圓柱體與齒輪連接桿孔的內(nèi)表面做 “同軸心”配合,預(yù)覽無(wú)誤后單擊“確認(rèn)”圖標(biāo)按鈕。接著將兩個(gè)輪子的側(cè)平面作“重合”配合 ,預(yù)覽無(wú)誤后單擊“確定”圖標(biāo)按鈕。選擇“裝配圖”,單擊【確定】按鈕。選中“等間距”復(fù)選框,設(shè)置陣列數(shù)為 2,。在“輪廓”一欄中選擇( 5)中繪制的圓;在“路徑”一欄中選擇 3D 曲線(xiàn),單擊“確定”按鈕,完成掃描建模。用【添加幾何關(guān)系】工具將圓心與 3D 草圖作“穿透”約束。單擊【確定】按鈕,退出草圖狀態(tài)?!?3D 草圖】,系統(tǒng)進(jìn)入 3D 草圖繪制界面。選擇“前視基準(zhǔn)面”為繪圖平面,以原點(diǎn)為圓心繪制一個(gè)φ10mm 的圓。 ( 6)單擊“特征” →“拉伸切除”,在打開(kāi)的屬性管理器中方向選擇給定深度,拉伸距離為 5mm,預(yù)覽無(wú)誤后單擊【確定】按鈕。預(yù)覽無(wú)誤后,單擊【確定】按鈕。選擇“前視基準(zhǔn)面”為繪圖平面,單擊【中心 線(xiàn)】按鈕,以原點(diǎn)為端點(diǎn)繪制一條水平中心線(xiàn)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東,以一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資,獲得了高額的回報(bào),創(chuàng)造了 CAD 行業(yè)的世界紀(jì)錄。該系統(tǒng)在19951999 年獲得全球微機(jī)平臺(tái) CAD 系統(tǒng)評(píng) 比第一名;從 1995 年至今,已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng),其中僅從 1999 年起,美國(guó)權(quán)威的 CAD 專(zhuān)業(yè)雜志 CADENCE連續(xù) 4 年授予 SolidWorks 最佳編輯獎(jiǎng),以表彰 SolidWorks 的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。 4 直進(jìn)輪式管道機(jī)器人實(shí)體建模 SolidWorks 軟件簡(jiǎn)介 SolidWorks 公司成立于 1993 年,由 PTC 公司的技術(shù)副總裁與 CV 公司的副總裁發(fā)起,總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡( Concord, Massachusetts)內(nèi),當(dāng)初所賦予的任務(wù)是希望在每一個(gè)工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì) 系統(tǒng)。反之,當(dāng)機(jī)器人通過(guò)的管道曲率半徑小于此時(shí)管道的曲率半徑時(shí),機(jī)器人肯定被卡住。由于蝸輪擺臂的角度范圍完全由拉伸彈簧控制,確定拉伸彈簧的尺寸時(shí),基本上不需要校核。 擺臂與電機(jī)軸向之間形成的夾角為θ,理論上講,θ角的范圍為 0176。 因深溝球軸承由上述特點(diǎn),因此適合選用深溝球軸承作為本裝置所使用的軸承。( 2)摩擦因數(shù)小,適宜高速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作條件。為實(shí)現(xiàn)對(duì)管壁的封閉力,對(duì)稱(chēng)的三從動(dòng)架必需與電機(jī)軸向的夾交小于 90176。 校核彎曲疲勞強(qiáng)度、齒面疲勞強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求 過(guò)程省略 ! 設(shè)計(jì) 為能夠使機(jī)器人順利平穩(wěn)的移動(dòng),機(jī)架對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)了能夠與電機(jī)相連的全主動(dòng)輪架。按彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算模數(shù),得 d1 50 mm, Z1 25, m 2。蝸輪材料 ZCuSn10Pb1金屬模鑄造,查得。 蝸桿傳動(dòng)的失效形式和材料的選擇 失效形式:在一般情況下,蝸桿的強(qiáng)度總要高于蝸輪的輪齒強(qiáng)度,因此失效總是在蝸輪上發(fā)生。蝸桿直徑系數(shù) q 18,所以蝸桿分度圓直徑 d1 18 mm。因此傳動(dòng)比完全由蝸桿蝸輪來(lái)實(shí)現(xiàn),即取蝸桿蝸輪的傳動(dòng)比 i 82,由于空間尺寸受很大的限制,本設(shè)計(jì)采用 3 個(gè)參數(shù)完全一樣的齒輪來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。選: i 82。 3.機(jī)器人 所受總摩擦力: :為驅(qū)動(dòng)輪與管壁的動(dòng)摩擦因素。由于機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的力學(xué)計(jì)算公式及其機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的校核公式、圖表較多,由于篇幅所限本論文并不全部按照通常設(shè)計(jì)流程進(jìn)行,而只是 給出部分零件的主要的設(shè)計(jì)步驟。圖中 G56。所以蝸輪與一個(gè)齒輪作為整體的受力分機(jī)如圖36 所示。 下面分別以蝸桿、蝸輪及車(chē)輪為研究對(duì)象,進(jìn)行受力分析,從 而為下面的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算打下基礎(chǔ)。 f:管壁對(duì)從動(dòng)輪的摩擦力 。 分析時(shí)采用標(biāo)量,當(dāng)所求值為負(fù)時(shí)表示實(shí)際方向與圖示方向相反。 整個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)作勻速運(yùn)動(dòng),不考慮其慣性力的影響 。下面分析移動(dòng)機(jī)構(gòu)在管道中行走時(shí)的受力情況。一般情況下,在不使機(jī)器人打滑的同時(shí),管徑增大時(shí),撐緊機(jī)構(gòu)施加到車(chē)輪上的正壓力減小,從而摩擦力減小,負(fù)載減小,電機(jī)所需的驅(qū)動(dòng)力降低。移動(dòng)機(jī)構(gòu)的最大速度不僅與電機(jī)的容量有關(guān),同時(shí)在不同負(fù)載下,其所能達(dá)到的最大速度也不同。 圖 移動(dòng)機(jī)構(gòu)速度分析圖 根據(jù)電機(jī)軸與減速箱的傳動(dòng)關(guān)系可得減速箱輸出軸即蝸桿軸轉(zhuǎn)速為 : 31 又根據(jù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)關(guān)系可得蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為齒數(shù)比倒數(shù),且與轉(zhuǎn)速成反比: 32 由于與蝸輪同心固定連在一起的齒輪具有相同的轉(zhuǎn)速,所以 n2 n3。 運(yùn)動(dòng)自由度分析 移動(dòng)機(jī)構(gòu)自由度的設(shè)計(jì)與其要完成的任務(wù)是相關(guān) 的,往往采用完成任務(wù)時(shí)所需的最小自由度數(shù)。而前后兩部分都是沿軸向?qū)ΨQ(chēng)的,支撐點(diǎn)共有六個(gè),因此滿(mǎn)足形封閉條件。 圖 輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)原理 分析圖 31 中的移動(dòng)機(jī)構(gòu),電機(jī)輸出帶動(dòng)蝸桿 8 轉(zhuǎn)動(dòng),爾后傳遞到蝸輪 6 ,蝸輪通過(guò)與其固定在同一軸上的齒輪 7 帶動(dòng)齒輪 5 轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪 5 又帶動(dòng)齒輪 3 轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪 3 與車(chē)輪固定在同一軸上,最后車(chē)輪通過(guò)作用于管道內(nèi)壁的正壓力而產(chǎn)生的摩擦力使得機(jī)器人沿管道內(nèi)壁直線(xiàn)向前或向后移動(dòng),成為微型機(jī)器人的主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 31 所示 :1 為拉簧 2 為車(chē)輪 3 為末端齒輪 4 為擺臂 5 為中間齒輪 6 為蝸輪 7 為齒輪軸齒輪 8 為蝸桿。 ( 3)驅(qū)動(dòng)行走:指行走機(jī)構(gòu)具有主動(dòng)驅(qū)使機(jī)構(gòu)??梢赃M(jìn)行工業(yè)的應(yīng)用和推廣。同時(shí),還要考慮保證機(jī)器人能夠在彈簧力的作用下不會(huì)因其重力作用而明顯地偏離管道中心。 圖 機(jī)構(gòu)的原理圖 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) ( 1)蝸桿蝸輪 行星驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 由于前后各 3 個(gè)均布的驅(qū)動(dòng)輪,那么與電機(jī)相聯(lián)的前后每個(gè)蝸桿必須同時(shí)驅(qū)動(dòng) 3 個(gè)蝸輪,由于通過(guò)蝸輪及若干個(gè)齒輪傳至驅(qū)動(dòng)輪而且這些齒輪及驅(qū)動(dòng)輪必須能夠繞蝸輪中心回轉(zhuǎn),這里應(yīng)注意這個(gè)輪系的相互干涉問(wèn)題由于 3 個(gè)蝸輪同時(shí)與一個(gè)蝸桿嚙合并聯(lián)傳動(dòng),結(jié)構(gòu)新穎,傳動(dòng)效率也高。改變施加于電機(jī)的電流極性 ,可改變機(jī)器人的移動(dòng)方向 ,從而使 機(jī)器人在管內(nèi)進(jìn)退自如。車(chē)輪與管道壁面之間的正壓力由調(diào)節(jié)部分提供 ,調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) ,絲杠螺母將在絲杠上來(lái)回軸向移動(dòng) ,并帶動(dòng)推桿通過(guò)鉸鏈?zhǔn)箵u桿轉(zhuǎn)動(dòng) ,從而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。輪式管道機(jī)器人的行走方式有 2 種: 1 如果驅(qū)動(dòng)輪軸線(xiàn)與管道軸線(xiàn)垂直 ,驅(qū)動(dòng)輪沿管道母線(xiàn)滾動(dòng) ,機(jī)器人在管內(nèi)做平移運(yùn)動(dòng) ,此為輪式直進(jìn)式管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人 ,它的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人行走時(shí) ,不產(chǎn)生姿態(tài)旋轉(zhuǎn)。 至此 ,機(jī)器人回到了初始狀態(tài) ,機(jī)器人前進(jìn)了一步。 下面以電磁驅(qū)動(dòng)的蠕動(dòng)式管道機(jī)器人為例 ,分析蠕動(dòng)式管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。前部和尾部支撐分別裝有超越離合鎖死裝置,實(shí)現(xiàn)單向運(yùn)動(dòng)自鎖。但是,蠕動(dòng)式機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)是間歇式的,速度波動(dòng)大,不容易實(shí)現(xiàn)和傳感器的集成。 5 繪制出變徑裝置的零件圖和裝配圖,并最終用 solidworks 終繪制出該裝置的三維實(shí)體模型。最終,經(jīng)過(guò)方案比較和各方面的綜合考慮,確定最佳方案。美國(guó) 一公司研制的智能爬行器系列 Mag Steer 是一個(gè)智能爬行系統(tǒng),它能出色的檢測(cè)有保溫層或無(wú)保溫層或無(wú)保溫層管道內(nèi)部及外部缺陷。 國(guó)外細(xì)小管道機(jī)器人的研究方面,日本、美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已走在世界的前列,其中以日本最為活躍。 國(guó)內(nèi)外管道作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 管道檢測(cè)微型機(jī)器人是國(guó)家 863 計(jì)劃微型機(jī)電系統(tǒng)( MEMS)預(yù)先啟動(dòng)項(xiàng)目指南( B)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)支持的項(xiàng)目之一,面向化工、制冷、電站等行業(yè)存在的眾多細(xì)小管道。由于彈簧機(jī)械性能及參數(shù)變化該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上 有調(diào)正環(huán)節(jié),以使 3 個(gè)彈簧拉力基本平衡自定心。 機(jī)構(gòu)直進(jìn)性好電機(jī)力矩由蝸桿傳至蝸輪,蝸輪回轉(zhuǎn)軸與機(jī)殼相聯(lián)結(jié)。該移動(dòng)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊,驅(qū)動(dòng)效率高,安裝方便,工作可靠,成本較低的特點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)由于利用了對(duì)稱(chēng)性,抵消了機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各方面不平衡力偶的干擾,從而使所有的力集中到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上所在的豎直平面上,同時(shí),又在通過(guò)電機(jī)軸線(xiàn)的豎直平面上保證機(jī)器人的重心與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸心之間適當(dāng)?shù)?距離,從而保證了整個(gè)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性。而尾部為對(duì)稱(chēng)分布的三個(gè)柔性從動(dòng)拖輪,用以支撐平衡電機(jī),維持機(jī)器人系統(tǒng)在管道中平衡運(yùn)動(dòng)。 微型 管道機(jī)器人采用了有纜驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式,其運(yùn)動(dòng)機(jī)理由車(chē)輪沿徑向呈三等分均布,它們分別在扭簧的作用下被支撐在管道的內(nèi)壁上。同時(shí),在通過(guò)電機(jī)軸線(xiàn)的豎直平面上保證機(jī)器人的重心與電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)軸心之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x,保證了整個(gè)機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性。 該機(jī)器人的前后兩組支撐中的三個(gè)行走輪都是沿徑向均勻分布的,而前后兩部分都是沿軸向?qū)ΨQ(chēng)的,支撐點(diǎn)共六個(gè),滿(mǎn)足形封閉條件。 1預(yù)緊變徑單元 2行走單元 3同步帶 4驅(qū)動(dòng)輪 5管壁 6控制單元 7中央差速單元 8離合器 圖 機(jī)械自適應(yīng)管道機(jī)器人原理圖 適應(yīng)管道機(jī)器人工作原理如下: 1 電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)由離合器,通過(guò)控制單元控制,可分別傳遞到預(yù)緊變徑單元和中央差速單元。由于管道環(huán)境復(fù)雜,環(huán)境信息采集和處理困難,致使多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制系統(tǒng)復(fù)雜且穩(wěn)定性較差,實(shí)時(shí)性和柔順性不夠理想,并不能完全解決直進(jìn)輪式管道機(jī)器人通過(guò)不規(guī)則管道時(shí)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉的問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)分析與研究發(fā)現(xiàn),直進(jìn)輪式管道機(jī)器人主要有兩種驅(qū)動(dòng)方式:?jiǎn)坞姍C(jī)驅(qū)動(dòng)和多電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。該設(shè)備依靠其首尾兩端管內(nèi)流體形成的壓力為驅(qū)動(dòng)力 ,隨著管內(nèi)流體的流動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)。 [2] 但輪式驅(qū)動(dòng)方式在遇到彎管或不規(guī)則管等情況時(shí)會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉問(wèn)題,嚴(yán)重限制了輪式管道機(jī)器人的應(yīng)用。 [1] 國(guó)內(nèi)外 管道檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀 在工業(yè)、核工業(yè)、石油天然氣等領(lǐng)域中,管道作為一種有效的物料輸送手段而得到廣泛應(yīng)用,為了提高管道壽命,防止泄漏等事故的發(fā)生,管道機(jī)器人作為滿(mǎn)足高效準(zhǔn)確的故障診斷、檢測(cè)及維修的手段應(yīng)運(yùn)而生,其廣泛地應(yīng)用于管道的探傷、補(bǔ)口、維修、焊接等諸多領(lǐng)域。根據(jù)移動(dòng)載體和驅(qū)動(dòng)原理的不同,可以分為全驅(qū)動(dòng)直進(jìn)式、螺旋驅(qū)動(dòng)式、電磁驅(qū)動(dòng)式、壓電驅(qū)動(dòng)式,以及履帶式等。一個(gè)完整的管道機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)由移動(dòng)載體 行走機(jī)構(gòu) 、管道內(nèi)部環(huán)境識(shí)別檢測(cè)系統(tǒng) 操作系統(tǒng) 、信號(hào)傳遞和動(dòng)力傳輸系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成。一般情況下,管道所處的環(huán)境往往是人們不易或不能直接接觸的。 課題的研究目的和意義 深邃的大海中埋藏著長(zhǎng)長(zhǎng)的海底管道,用來(lái)傳送石油、天然氣。s movement and the movement of an analysis and presentation. According to the pipeline robot design requirements choose Motors, introduced the motor selection process, of which the key mechanical ponents such as worm transmission parts, such as a gear design. The robot with the larger carrying capacity, can achieve higher speeds for mobile, as the agencies adopt a flexible device support, the agency increased the diameter of adaptability, is a kind of practical value in the form of body movement. Keywords: Inpipe Robot。它利用一個(gè)電機(jī)同 時(shí)驅(qū)動(dòng)均布在機(jī)架上并與管內(nèi)壁用彈簧力相封閉的六個(gè)行進(jìn)輪,從而實(shí)現(xiàn)了可以軸向直進(jìn)全驅(qū)動(dòng)的管內(nèi)行走。這些管道受蝕后,管壁變薄,容易產(chǎn)生裂縫,造成漏油的問(wèn)題,存在重大安全生產(chǎn)隱患和濟(jì)濟(jì)損失。因此研究工程應(yīng)用中的管道機(jī)器人具有很高的實(shí)用價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值。 接著本論文重點(diǎn)對(duì)直進(jìn)輪式管道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)理和運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行了分析和介紹。 Mobile mechanism。而一旦出現(xiàn)缺陷,不僅會(huì)造成能
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