【正文】 選用上海腳輪制造有限公司生產(chǎn)的 3D系列尼龍軸承輪。鎳鎬電池和鎳鋅 電池電壓低、價格貴，應(yīng)用較少。銼電池電動勢高、能量密度高、工作溫度范圍大、自放電少，正逐步走向?qū)嵱没?，是一種非常好的機(jī)器人能源。 地面自動清洗機(jī)電池的選用 工作環(huán)境對清洗機(jī)的能源提出了特殊需要，目前清洗 機(jī)基本上都采用電池作為能源，電池有一次電池，二次電池和燃料電池。鍵的工作長度 l=Lb=208=12mm，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 49 k==7= mm 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中式（ 61）可得 332 1 0 2 1 1 .3 7 1 0 1 9 .33 .5 1 2 2 8p T M P ak ld? ? ? ?? ? ???? ?p? 由以上計(jì)算可知，該鍵合適。3 2得碳鋼的特性系數(shù) ?? =∽ ， ?? = ?? =∽ ， ?? = 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 于是，計(jì)算安全系數(shù) Sca值，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》中（ 156） ∽ （ 158）則得 1 275 2 0 . 2 12 . 8 4 . 8 6 0 . 1 0amS K? ???? ? ??? ? ?? ? ? ? 1 155 K? ???? ? ??? ? ?? ? ? ? 2 2 2 22 0 . 2 1 1 0 . 6 2 9 . 4 0 1 . 52 0 . 2 1 1 0 . 6 2ca SSSSSS?????? ? ? ??? 故可知其安全。 截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) ?? 及 r? 按《機(jī)械設(shè)計(jì)》中附表 32查取。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表 151查得【 1?? 】 =60MPa，因此 ca? ＜【 1?? 】，故安全。 取軸端倒角為 245 ?其余連接處倒角 如上圖所示。 3） 初步選擇滾動軸承 因?yàn)檩S承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用背對背型的交界處球軸承，參照工作要求并 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 根據(jù) dⅤ Ⅵ =18 mm。裝拆方便，結(jié)構(gòu)簡單，方案如下圖 （具體尺寸見附圖） 1） 為了滿足帶輪的軸向定位要求， Ⅲ Ⅳ 左端用軸 肩 定位， 軸肩 直徑 D。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（ 153），取 A0=112 則 dmin= A0 3 33Pn =112 3 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 = mm 輸出軸的最小直徑為安裝刷盤處的直徑。 軸的材料的選擇 考慮到拖地自動清洗機(jī)的綜合性能及其經(jīng)濟(jì)效益，該軸的質(zhì)量及其體積不能過大，軸的材料應(yīng)具有防銹功能。 則實(shí)際傳動比 i= d2d?d1（ － ） = 12575 1 （ － ） = 則 刷盤的實(shí)際轉(zhuǎn)速 n2=轉(zhuǎn)速誤差 ? n2=120 － =? 對于帶式輸送裝置，轉(zhuǎn)速誤差在 5? ?范圍內(nèi)都是允許的。所選電動機(jī)及與其配套使用的減速器的減速比及其他尺寸如下表 : 型號 減速比 3 5 10 15 18 S9D20090CH 輸出轉(zhuǎn)速 (r/min) 1000 600 300 200 167 扭矩 () 電機(jī)與減速器作為整體的外形尺寸圖如下表： 總長 （ mm） 總重量 （ kg） 輸出軸徑 （ mm） D0 (mm) D1 (mm) 266 ?15 ?104 ?80 V 帶的傳動設(shè)計(jì)計(jì)算說明 設(shè)計(jì)功率 由《新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中表 KA=。 電動機(jī)功率選擇 ： η 總 =ηη W = = ： V= 60?nd = ..60??120 3 14 0 3 =工作機(jī)所需的功率 Pw= ?FwVw =100 .?188 = 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 其中 w? = 電動機(jī)的功率 Pd =Pw/η ==200w 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速： 刷盤的工作轉(zhuǎn)速為 : n=120r/min 按推薦的合理傳動比范圍，取帶輪傳動比 i1=1～ 3，又 i1=(～ )i2, 故合理總傳動比的范圍為 i 總 =i1 刷子主要是尼龍制的條狀物，其與 塑料 底座粘接在一體形成一可更換的 刷洗底座，刷洗盤與刷洗底座通過消防水槍接頭的形式連接到一塊，這樣有利于刷洗底座的拆裝。 清洗機(jī)刷洗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 刷洗機(jī)構(gòu)是清洗機(jī) 的最重要的 部分，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵。（結(jié)構(gòu)見附圖） 清洗過程：清洗機(jī)工作時，清水從 清水箱順著水管流過電磁控制閥控制水流的時間及流量，通過水管流到刷洗系統(tǒng)。而吸水扒的寬度要大于清洗機(jī)箱體的寬度，在吸水扒兩端設(shè)有保護(hù)輪。為了在工作的情況下方便移動清洗機(jī)，防止吸水扒震動，甚至突然掉下來，因此設(shè)計(jì)了防震彈簧（箭頭 3 所指）吸水扒上升后，彈簧的彈力通過牽引條傳遞，使得手把卡進(jìn)到清洗機(jī)的外殼，防止震動。 吸水扒升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 吸水扒升降機(jī)構(gòu)是運(yùn)用杠桿原理讓平時一直處于工作狀態(tài)（即緊貼地面）的刮水膠條脫離地面，上升至一定的高度， 以使清洗機(jī)可輕易移動的裝置。吸水扒寬度一般都大于清洗機(jī)的整體寬度，吸水扒整體設(shè)計(jì)成弧形 。 為了使清洗機(jī)的外壁在靠近墻邊時刷子能夠清洗到墻壁的邊沿，同時使它在清洗過程中沒有工作盲區(qū)，開始設(shè)計(jì)時用兩個直徑都為 200mm 的刷子，這樣的話，渦輪和蝸桿的中心距就必須為 100mm，而在這種中心距的情況下，蝸輪蝸桿的尺寸都比較大 ，使得蝸輪蝸桿這個裝置 就顯得比較笨重，所占的重量很大，這就加重了清洗機(jī)的 總重量，因而這種方案也不是很合理 ；在方案三的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了方案四，方案四中通過兩邊加皮帶輪這個結(jié)構(gòu)縮小了蝸輪蝸桿的中心距，從而減小了清洗機(jī)的總重量，同時還有利于其它機(jī)構(gòu)的安裝，但由于蝸輪蝸桿的制造比較難，成本比較高，為考慮性價比原因故也放棄方案四的這種傳動機(jī)構(gòu) 。對于控制上可采用手柄式，設(shè)華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 置手柄兩位置（伸開和收縮），采用以下結(jié)構(gòu)固定其兩位置，如圖 45所示： 圖 45 位置圖 圖示陰影部分為殼體，控制手柄安裝在 CD桿段， 使其手柄實(shí)現(xiàn)搖桿功能以控制前輪的伸縮，手柄在位置 1 時前輪處于伸開位置，此時清洗機(jī)不工作，當(dāng)要使清 洗機(jī)工作時，應(yīng)將手柄拉向位置 2，此時前輪收縮，刷盤緊貼地面，為刷洗盤刷洗地面做好準(zhǔn)備。 圖 43 清洗機(jī)布置圖 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 清洗機(jī)的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 驅(qū)動 行走后輪設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn) 清洗機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑為 0，在清洗機(jī)的行走機(jī)構(gòu)中采用兩后輪驅(qū)動 ，兩驅(qū)動輪對稱分布在在清洗機(jī)構(gòu)的后方，清洗工作時，兩個輪子和刷盤支撐機(jī)體工作和運(yùn)動，這樣設(shè)計(jì)既節(jié)省材料，又可以使刷子和地面全面接觸，從而利于更徹底的清洗工作。同時也可以通過遙控來控制，遙控還可以用來對清洗機(jī)進(jìn)行定時，LCD還可以實(shí)時的倒記時和當(dāng)前的溫度值。 （ 5） 工作期間清洗機(jī)可以通過 LCD顯示一些相關(guān)信息（比如工作模式、工作計(jì)時和溫度）。 （ 2） 清洗機(jī)一旦開始工作，便控制清洗機(jī)構(gòu)進(jìn)行清洗、吸干機(jī)構(gòu)開始吸水。鍵盤模塊和紅外遙控接收模塊可以接收人們對機(jī)器的控制信息，然后把信息轉(zhuǎn)給 CPU 進(jìn)行處理。 圖 41 移動機(jī)構(gòu)示意圖 在此基礎(chǔ)上的 高層次設(shè)計(jì)的暢想 本系統(tǒng)的高層次功能模塊關(guān)系圖如圖 42 所示。差動輪控制復(fù)雜，但精度較高。但是對負(fù)載有一定的限制，對三輪移動機(jī)器來說重心都比較低，載荷穩(wěn)定且重心位置基本不發(fā)生變化，所以采用三輪結(jié)構(gòu)就能滿足要求。輪式和履帶式機(jī)器適合條件較好的地面。吸水扒置于地面清洗機(jī)機(jī)體之后采用弧形結(jié)構(gòu)，然后通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使其能進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，通過膠條與地面的緊密接觸使其 將水刮凈以待吸干。它們是 真空泵、清洗盤、電池以及控制系統(tǒng)的載體。 (5)吸水扒的獨(dú)到設(shè)計(jì) ,確保水扒緊扣地面 ,確保地面一次吸干 ,厚重的膠條可反復(fù)使用 ,有效降低機(jī)器使用成本。 4. 地面自動清洗機(jī)機(jī)械 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 整機(jī)的功能設(shè)計(jì)要求 地面自動清洗機(jī)應(yīng)具有如下功能特點(diǎn) : (1)集噴液、洗地、清潔、吸水、吸塵為一體 。 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 各種可作為清洗機(jī)移動電源的化學(xué)電池 化學(xué)電池 名稱 能否充電 能量密度 （ Wh/kg） 單元電壓 典型容量 （ mah） 內(nèi)阻 （ Ω ） 說明 堿性電池 否 130 C 4500 D 10000 一般用作主電池 鉛酸電池 能 40 1200120210 C— 有各種大小 鋰電池 否 300 A 1800 C 5000 D 14000 高能量密度成本高 水銀電池 否 120 Coin 190 10 NiCd 能 38 AA 500 C 1800 D 4000 低內(nèi)阻可用于 許多場合 NiMH 能 57 AA 1100 4/3A 2300 能量密度高于NiCd價格高 銀電池 否 130 Coin 10 華中科技大學(xué)機(jī)械專業(yè) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 180 鋅空電池 否 310 能量高，尺寸受限 3. 本設(shè)計(jì)課題的工作原理 該地面自動清洗機(jī)采用 24v、 130Ah蓄電池 提供電源，一部分供給真空泵，一部分給電動馬達(dá)和電磁閥。在這一領(lǐng)域，一 般采用化學(xué)電池作為移動電源。吸水系統(tǒng)包括刮水器、儲水箱、排水管以及其他的一些附件。根據(jù)機(jī)器對環(huán)境信息知道的程度不同，可分為兩種類型：環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未知，通過傳感器在線的對機(jī)器的工作環(huán)境進(jìn)行探測，以獲取 障礙物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。機(jī)器的路徑規(guī)劃研究開始于 20世紀(jì) 70 年代，目前對這一問題研究仍舊十分活躍。視覺傳感器采用 CCD 攝像機(jī)進(jìn)行機(jī) 器的視覺導(dǎo)航與定位、目標(biāo)識別和地圖構(gòu)造等；超聲波傳感器測量機(jī)器工作環(huán)境中障礙物 的距離信息和地圖構(gòu)造等。內(nèi)部傳感器用于監(jiān)測和控制機(jī)器自身 ，外部傳感器安裝在機(jī)器上，用于感知外部環(huán)境信息。目前發(fā)展較快， 對清洗機(jī)發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、吸干技術(shù)、電源技術(shù)等。隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動 機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，清洗機(jī)控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。如何合理布置所需設(shè)備也是本次設(shè)計(jì)中需要仔細(xì)考慮和斟酌的問題。作為智能移動機(jī)器的一個特殊應(yīng)用，從技術(shù)方面講，智能化自動清洗機(jī)比較具體地體現(xiàn)了移動機(jī)器的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性 。 配備直徑 20公分的實(shí)心驅(qū)動輪。 油浴式減速齒輪箱。 易于檢測的機(jī)械結(jié)構(gòu)件。 免工具裝卸洗地刷。 內(nèi)置式充電器。 優(yōu)秀的隔音設(shè)計(jì)。 采用人體工學(xué)設(shè)計(jì)，保證操作員視野清晰。 螺旋式污水箱 蓋。 卓越的性能 刷盤中央出水系統(tǒng)。 優(yōu)秀的工作效率 GT50洗地機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)精巧，水平式雙水箱設(shè)計(jì)。 如圖 15 所示。 主要的可靠性和性能特點(diǎn)： ? Hygenic衛(wèi)生型水箱可減少機(jī)器內(nèi)霉菌、細(xì)菌和其它污染物滋生 ； ? 電瓶設(shè)備可進(jìn)行靜音操作 ； ? 圓弧型吸水扒系統(tǒng)具有最優(yōu)膠條角度，實(shí)現(xiàn)無憂徹底的污水回收 ； ? FaST泡沫洗地技術(shù)可減少 70%的用水，使地面更清潔、牽引力更大。 該地板清洗機(jī)由于主系統(tǒng)強(qiáng)大的吸水馬達(dá)，以及聚乙烯水箱和后置面板的獨(dú)立操作，使得機(jī)器的噪音非常低。 東日本鐵路公司和東芝公司聯(lián)合研制的用于座椅布局簡單的列車內(nèi)部地面清洗的機(jī)器，其體積小、重量輕、易于出入車廂及車廂之間運(yùn)動，感知系統(tǒng)采用超聲波距離傳感器和光學(xué)、接觸式的接近傳感器；機(jī)器采用推算定位法，利用編碼器中的數(shù)據(jù)，保持自己的位置和路徑，若探測到錯誤位置，機(jī)器會通過距離傳感器自動修正；高級列車地面清洗包括垃圾掃除