【正文】 注釋1：Altshull。那些不能同時具備三要素（功能載體、功能作用體和場）的模型是不完整的，而通過加入所缺少的要素系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題就可能得以解決。方程式（1）僅僅是給出了一種可能的表達(dá)形式。一個完整系統(tǒng)的物質(zhì)場可以用如下的符號表示F 1?? S2 S1 (1)由公式可以看出，由物質(zhì)S1到物質(zhì)S2經(jīng)過了場F1正的或稱為需要的影響作用。TRIZ中一個關(guān)鍵的理論就是建模，將所有的實在的物體（包括可見的和不可見的）作為物質(zhì)，同時將能量源（包括機(jī)械的、化學(xué)的、原子能的、熱能的、聲學(xué)的等等）作為場。4個獨(dú)立的原理可用于解決物理沖突，它們的選擇要根據(jù)空間、時間、環(huán)境以及部分與整體關(guān)系來進(jìn)行。兩種發(fā)明原理可以用來解決技術(shù)矛盾和物理矛盾。如果不存在沖突，應(yīng)選擇作用解去解決沖突，然后對新的概念模型發(fā)展?fàn)顟B(tài)做出評估。正如圖8所示，首先分析問題，尋找解決問題的新思路，然后做出有效甚至正確的決策。擁有這類數(shù)字技術(shù)環(huán)境的企業(yè)需要一個TRIZ應(yīng)用的程序模型和應(yīng)用TRIZ的良好思維模式，對于正在成長與開創(chuàng)中的中國的企業(yè)更應(yīng)當(dāng)是如此。TRIZ不僅僅是一種有關(guān)于創(chuàng)新的有益技術(shù)，還涉及CAI軟件系統(tǒng)的開發(fā)。因此，TRIZ的力量就在于它與生俱來的本領(lǐng)能夠從不同的、表面上毫不相干的領(lǐng)域獲取解決方案用來解決特定的設(shè)計問題，從而形成突破性的解決方案。后者則是基于對大量不同的工程領(lǐng)域問題的分析、歸類。它提供了一些措施，這些措施可以消除設(shè)計團(tuán)隊傾向于普通、舒適的解決方案的“心理慣性”即使存是在存在更好、非傳統(tǒng)的解決方案的情況下。若有沖突，就要應(yīng)用到TRIZ原理來解決。創(chuàng)新思維的開發(fā)依賴于TRIZ原理的運(yùn)用，作用解和標(biāo)準(zhǔn)解。支持的該核心數(shù)字技術(shù)是CAI系統(tǒng)。這些解決模式最后被綜合成數(shù)個工具包括：（1）物理影響（2）進(jìn)化原則（3）標(biāo)準(zhǔn)解法（4）技術(shù)矛盾和矛盾矩陣，以及（5）物理矛盾和分離原理所謂解決問題的環(huán)境是指數(shù)字式技術(shù)在企業(yè)內(nèi)部及市場上中應(yīng)用。它最初是基于對蘇聯(lián)60、70年代早期成千上萬專利的分析。另外，大多基于物質(zhì)場建模的標(biāo)準(zhǔn)解決方案也將被修改以合并于新的建模方法。新技術(shù)比如能量物料信號建模技術(shù)將不僅僅作為物質(zhì)場分析的替代品，還將具有以下不可或缺的特點(diǎn)：基于工程設(shè)計家族內(nèi)現(xiàn)存的知識，因此移除了阻礙TRIZ運(yùn)用的障礙；同時適用于物質(zhì)和技術(shù)矛盾系統(tǒng)；固有地展現(xiàn)模型系統(tǒng)內(nèi)部事態(tài)發(fā)展；包括同一模型的多種狀況；在整個系統(tǒng)中甄選出真正需要解決的問題；包括系統(tǒng)中所有可用來獲取最終結(jié)果的資源，因此不再需要生成一張獨(dú)立的資源清單。這篇文章通過將已為工程設(shè)計人員熟知的建模技術(shù)配合或合并于TRIZ的方法探索出了增強(qiáng)TRIZ在工程設(shè)計領(lǐng)域運(yùn)用的道路。然而，這種陳述也會在將文章中討論的經(jīng)典的TRIZ理論與個人特定的學(xué)科銜接時產(chǎn)生困難，從而阻礙TRIZ原理的廣泛運(yùn)用。關(guān)鍵詞：問題表達(dá)；問題分析；TRIZ標(biāo)準(zhǔn)解決方案正文：TRIZ原理以其原理和方法收集的一般性被稱作可交叉運(yùn)用于多學(xué)科的方法。新技術(shù)比如能量、物料、系統(tǒng)建模將不僅僅作為物質(zhì)場建模（原方法）的替代品，而是被吸收入工程設(shè)計家族現(xiàn)有的知識中。本論文更加關(guān)注于工程設(shè)計方法以及例證如何改進(jìn)已為工程設(shè)計人員熟知的建模方法以應(yīng)用于TRIZ原理。圖注釋4表示了吸力和安全負(fù)載之間的關(guān)系。（解釋來自：百度百科）圖 注釋2真空發(fā)生器結(jié)構(gòu)原理圖（圖片來自百度網(wǎng)）③文中曲線的實驗來源文獻(xiàn)[1]：圖注釋3是進(jìn)行安全測試的裝置，這個試驗裝置中，總共用了4 對與Cleanbot IV 同樣規(guī)格的吸盤，吸盤產(chǎn)生的吸力克服重力對試驗裝置的影響，試驗中，負(fù)載會逐漸增加，當(dāng)負(fù)載大到一定程度，試驗裝置會從玻璃上滑下，說明已經(jīng)超過最大安全負(fù)載。一力偶可用與其作用面平行、力偶矩相等的另一力偶代替，而不改變其對剛體的轉(zhuǎn)動效應(yīng)。41參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]肖 立，佟仕忠，丁啟敏，吳俊生. 爬壁機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展. 機(jī)器人，2004年11月：81～83 [2]孟憲超，王祖溫，包鋼，S K TSO，邵浩. 一種多吸盤爬壁機(jī)器人原型的研制. 機(jī)械設(shè)計，2003年8月，20（8）：62~63[3] 仝建剛，馬培蓀，陳俊梅. ，1999年7月，33（7）： 2~3[4] 于今，閆軍濤，饒冀. 一種新型多吸盤壁面清洗機(jī)器人模型研究. 液壓與氣動，2007年，2（3）：26~29[5] 錢志源，付莊，劉仁強(qiáng)，趙言正. 玻璃幕墻清洗機(jī)器人壁面適應(yīng)能力分析. 上海交通大學(xué)學(xué)報，2006年7月，40（7）：13~17[6] 何雪明，丁毅，朱明波. 真空吸附式爬壁機(jī)器人設(shè)計. 西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1997年12月：18~23 [7]機(jī)械設(shè)計手冊編委會. 機(jī)械設(shè)計手冊. 北京：國防工業(yè)出版社，2007年9月. 24214~24215~24440 [8]楊黎明，黃凱，李恩至，陳仕賢. 機(jī)械零件設(shè)計手冊. 修訂版，北京：國防工業(yè)出版社，2009年8月. 156~179 [9]藺海榮，馮維民，虞松. 材料力學(xué). 北京：國防工業(yè)出版社，2001年10月.61~69[10]邱懷宣，郭可謙，吳宗澤，湯紹模. 機(jī)械設(shè)計. 第四版，北京：高等教育出版社，2007年5月. 100~122[11] 張俊強(qiáng)，張華，萬偉民. 履帶式爬壁機(jī)器人磁吸附單元的磁場及運(yùn)動分析. 機(jī)器人， 2006年3月，28（2）：14~18[12] 王孝華. 氣動元件及系統(tǒng)的使用與維修. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996年3 月. 260~276[13] 李維榮. 標(biāo)準(zhǔn)緊固件實用手冊. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社. 2006年8月. 423~527[14]甘永立. 幾何量公差與檢測. 第七版，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，~208[15]全國電氣文件編制和圖形符號標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會秘書處. 技術(shù)制圖與機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定匯編. 北京：中國電力出版社，~27，236~280[16]王鳳岐，張連洪，邵宏宇. 現(xiàn)代設(shè)計方法. 天津：天津大學(xué)出版社，2007年1月. 17~31，45~55[17]馮維明，劉廣榮，李文娟，虞松. 理論力學(xué). 北京：國防工業(yè)出版社，2006年5月. 52~67[18] 嚴(yán)烈. 中文AutoCAD2004機(jī)械工程繪圖案例經(jīng)典. 北京：冶金工業(yè)出版社，2004年1月. 446~483[19]黃珊秋. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006年8月. 110~11143注釋注釋① 力偶：力偶（couple），大小相等、方向相反、作用線不在同一直線上的一對力。但是，相對于日本、德國等一些發(fā)達(dá)國家而言，我們國家在這些領(lǐng)域的成果還不凸出，因此需要我們進(jìn)一步努力研究與實踐，在該領(lǐng)域取得更大的成就。如果將履帶吸盤式爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理加以完善克服現(xiàn)有的一些缺點(diǎn)與不足，該結(jié)構(gòu)原理必將在爬壁機(jī)器人設(shè)計開發(fā)上得到廣泛的應(yīng)用。同時，履帶吸盤式的結(jié)構(gòu)原理也有缺點(diǎn)，例如轉(zhuǎn)向能力差、吸盤吸附性能不夠穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等?，F(xiàn)有爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有較多不完善之處，但也各有其較為突出的優(yōu)點(diǎn)，如能將現(xiàn)有結(jié)構(gòu)原理的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜诤蟽r值改革突破必將大大推動爬壁機(jī)器人的發(fā)展。攜帶消防水管部件隨結(jié)構(gòu)簡單能夠可靠的傳遞消防水管，并能形成對消防水管的保護(hù)，減少消防水管上升時的損害。背倉是傳遞救援物質(zhì)的結(jié)構(gòu)部件，要求取放物品方便，儲物量盡量大，在這些要求下進(jìn)行了背倉機(jī)構(gòu)的設(shè)計。如圖44 a）所示為安裝于燕尾槽上的動作控制系統(tǒng)及信號接收器，b）所示為地面遙控信號發(fā)射器裝配體。動作控制系統(tǒng)由PLC，控制線路及其控制的執(zhí)行部件如電磁換向閥等組成，用以按照遙控控制系統(tǒng)傳給的控制信號完成相應(yīng)的動作。a) 傳遞消防水管部件裝配圖 b）傳遞消防水管部件裝配體爆炸視圖 圖43 傳遞消防水管部件結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)部件開發(fā)與設(shè)計履帶吸盤式爬壁機(jī)器人采用地面遙控的操作方式，這就要求控制系統(tǒng)包括兩部分，即遙控控制系統(tǒng)和動作控制系統(tǒng)。如圖43 a）所示為傳遞消防水管部件的裝配圖，b）為相應(yīng)的爆炸視圖。 a）壁面清潔部件三維裝配圖 b）壁面清潔部件爆炸視圖 圖42 壁面清潔部件結(jié)構(gòu) 傳遞消防水管部件開發(fā)與設(shè)計當(dāng)高層建筑發(fā)生火災(zāi)時，安全通道用于建筑內(nèi)人員疏散，消防水管可直接由爬壁機(jī)器人沿壁面垂直送到發(fā)生火災(zāi)的樓層，交由消防人員或被困群眾滅火。閉合控制開關(guān)，清潔頭旋轉(zhuǎn)，機(jī)器人在壁面上移動時即可完成對壁面的清潔工作。 a）背倉裝配體 b）可轉(zhuǎn)位鎖柱組件 圖41 背倉結(jié)構(gòu) 清潔壁面部件開發(fā)與設(shè)計壁面清潔系統(tǒng)部件是與爬壁機(jī)器人相配合用于壁面清潔的機(jī)器人附件。為了方面取放物，背倉的蓋做成滑蓋形式，旋開鎖桿，轉(zhuǎn)動可轉(zhuǎn)位鎖住即可推動滑板放入或取出物品。 背倉部件開發(fā)與設(shè)計背倉是用于傳遞救援物資的部件，主要由背倉殼體、背倉滑蓋、可轉(zhuǎn)位鎖桿等組成。在機(jī)器人工作過程中，上下車體聯(lián)結(jié)螺栓承受較大的剪切力，因此容易出現(xiàn)螺栓的剪斷或螺栓孔被壓潰的安全事故，經(jīng)過分析確定了最可能發(fā)生的危險情況，對螺栓受剪切安全性進(jìn)行了校核。吸附機(jī)構(gòu)采用的是吸盤吸附方式，該吸附方式容易出現(xiàn)的不安全事故包括機(jī)器人滑落與傾翻，經(jīng)過一系列的分析計算確定最可能的事故為滑落，對滑落危險進(jìn)行了計算校核。設(shè)螺栓所受的剪力為（聯(lián)結(jié)受橫向力，），如圖36所示為上下車體聯(lián)結(jié)受剪螺栓受力圖，則螺栓受到的切應(yīng)力為： （319）式中，——螺栓受到的切應(yīng)力； ——螺栓抗剪面直徑； ——螺栓抗剪面數(shù)目； ——螺栓所受的剪力為； 圖36 上下車體聯(lián)結(jié)受剪螺栓受力圖在爬壁機(jī)器人工作時，因為其勻速移動，故可認(rèn)為螺栓受到靜載荷，螺栓的許用切應(yīng)力為： (320)式中，[]——螺栓的許用切應(yīng)力； ——螺栓的屈服強(qiáng)度； ——安全系數(shù)，；選擇螺栓的材料為35鋼，螺栓的拉伸強(qiáng)度為： (321)螺栓的屈服強(qiáng)度為： (322)可得螺栓的許用切應(yīng)力為： (323)估算可得爬墻機(jī)器人工作時需有12枚螺栓承受的的質(zhì)量為m=11Kg，故有每枚螺栓所承受的切力為： (324)螺栓抗剪面的直徑為16mm，螺栓抗剪面數(shù)目為1，代入公式（319）可得，螺栓受到的切應(yīng)力為： (325)由式（325）可知車體連接螺栓滿足剪切強(qiáng)度要求，能夠保證爬壁機(jī)器人安全地工作。為防止硬質(zhì)合金的車體螺栓孔壁被壓潰，在安裝螺栓時采用襯套，因此孔壁被壓潰的可能性相對于螺栓被剪斷低。在爬壁機(jī)器人工作時，螺栓在結(jié)合面除受剪還與被連接件即車體相互擠壓。 圖35 車體裝配圖 爬壁機(jī)器人車體的論證在機(jī)器人工作的過程中，上下車體連接螺栓承載上車體的重量以使上車體緊緊貼在下車體上并隨下車體一同沿壁面移動。下車體后部有功能部件聯(lián)結(jié)口，功能部件由螺栓安裝在下車體上。上下車體連接螺栓使用M16，共12個螺栓，均布在上下車體連接凸出面上。上下車體之間是用螺栓進(jìn)行連接的，在機(jī)器人工作的過程中車體連接螺栓受到很大的剪切力，因此為保證機(jī)器人正常工作應(yīng)當(dāng)對螺栓的強(qiáng)度進(jìn)行校核。 爬壁機(jī)器人車體的設(shè)計與論證爬墻機(jī)器人的車體是支撐爬壁機(jī)器人所有部件的基礎(chǔ)，因此機(jī)器人車體的設(shè)計應(yīng)盡量簡潔工作可靠。設(shè)在主動輪工作中一個齒上的剪力為，則有： (313)式中，A——主動輪齒底部的截面積，單位為；——主動輪輪齒底部受到的切應(yīng)力，單位為Pa；——主動輪輪齒底部截面的長度，單位為；——主動輪輪齒底部截面的寬度，單位為。圖34為主動輪的三維造型圖。表31 天然橡膠和順丁橡膠的主要性能（表格摘自文獻(xiàn)[7]）品種抗拉強(qiáng)度（MPa）伸長率（%）使用溫度（（））天然橡膠25~35650~900120順丁橡膠18~25450~800120表32 聚碳酸酯的主要性能（表格摘自文獻(xiàn)[7]）塑料名稱密度(透明性抗拉強(qiáng)度（MPa）抗拉彈性模量（熔點(diǎn)（）聚碳酸酯（PC） 透66~70~25220~230由表格31和表格32可以看出，履帶基質(zhì)天然橡膠和順丁橡膠的抗拉強(qiáng)度比履帶輪材料聚碳酸酯低。履帶和履帶輪聯(lián)結(jié)模擬齒輪齒條嚙合，相嚙合齒的模數(shù)為2。橡膠履帶具有接地比壓小、牽引力大、振動小、噪音低、濕田通過性能好、不損傷路面、速度快的優(yōu)點(diǎn)。 爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計，在此不贅述。 爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計與論證履帶吸盤式爬壁機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要由：吸盤組件、履帶、履帶輪、動力源、傳動系統(tǒng)、控