【正文】 s suggestion that an air duct cleaning 。參考文獻(xiàn)：[1] GB/T 192102003．空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗規(guī)范[S]．中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2003，(9):6667[2] 甘小明，徐濱士，董世運(yùn)等．管道機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀[J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2003，(6)：510 [3] 程良倫，楊宜民．一種新型管道內(nèi)機(jī)器人的研究[J]．機(jī)器人，1999。這些方式對(duì)機(jī)器人的行程有較大的影響。采用無(wú)線的方式來(lái)傳遞信號(hào)，由于金屬管道具有一定的屏蔽作用，需要考慮發(fā)射信號(hào)的頻率。4. 發(fā)展遠(yuǎn)距離控制技術(shù)，解決拖線供能、通信對(duì)機(jī)器人的行走距離的約束。在管道內(nèi)部復(fù)雜的環(huán)境 中，為減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，機(jī)器人具有自主能力是必要的，先進(jìn)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(nèi)作業(yè)機(jī)器人的智能 化水平得到進(jìn)一步的提高。 在管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人中采用視覺(jué)伺服技術(shù)，有利于提高其控制性能和自主能 力，并對(duì)其智能化進(jìn)程有重要意義。例如，目前已經(jīng)在機(jī)械手控制中引入視覺(jué)伺服技術(shù)，即利用視覺(jué)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的位置閉環(huán)控制。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到傳感器的集成，即多種傳感器(光，機(jī)，電，儀)的綜合運(yùn)用是解決上述問(wèn)題的有效手段，才能為提高管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人的智能控制水平打下良好的基礎(chǔ)。 2. 基于多傳感器的管況識(shí)別技術(shù)的研究。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀，為了使管內(nèi)作業(yè)機(jī)器人能夠盡快進(jìn)入大規(guī)模實(shí)用化階段,必須在以下幾個(gè)方面有所突破：1. 研究開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)復(fù)雜管道和特殊管道的多功能行走機(jī)構(gòu)，管內(nèi)作業(yè)機(jī) 器人在彎管、支岔管中的通過(guò)性問(wèn)題仍未很好解決，要解決這一問(wèn)題，首先要在機(jī)構(gòu)上保證機(jī)器人能夠在這些特殊環(huán)境中順利行走，提高機(jī)器人在彎管、L 型和T型管中的通過(guò)性。6. 總結(jié)與展望作為一種代替人在管道內(nèi)作業(yè)的特種機(jī)器人，管道清掃機(jī)器人的研究和發(fā)展具有重要的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。惰輪在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)而軸固定。撐緊機(jī)構(gòu)與行走本體的連接是通過(guò)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。支承軸固定不動(dòng)，只承受彎矩作用。這樣對(duì)于各個(gè)部件的維修和更換是很方便的。模塊化設(shè)計(jì)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，具有便于安裝和維修更換零部件的優(yōu)點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要考慮結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求﹑剛度要求﹑裝配的精度要求﹑確保各個(gè)零件的可裝配性外，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊和便于安裝。計(jì)算完成后應(yīng)該在算得的數(shù)據(jù)上加安全系數(shù)，以排除管道內(nèi)其它位置因素的影響，確保機(jī)器人可以順利通過(guò)矩形管道的彎角。分析如下： 通過(guò)矩形圓弧彎頭的情況如圖所示尺寸，管道內(nèi)邊半徑R，外邊半徑R+。同樣假設(shè)機(jī)器人機(jī)體沿管道最外沿運(yùn)動(dòng)，從而充分利用管道空間。可直接用求解。故該問(wèn)題可根據(jù)具體的管道和機(jī)器人尺寸計(jì)算相應(yīng)的mmax，如果機(jī)器人尺寸小于mmax則可以通過(guò)彎角，反之則不能。，可得出BC連線的兩點(diǎn)式方程式 化簡(jiǎn)得 則A點(diǎn)(a,b)到該直線的距離d為 設(shè)機(jī)器人允許最大寬度為mmax，則當(dāng)θ(0, )時(shí)，dmin=mmax其中需要說(shuō)明的是當(dāng)0時(shí)，表明A點(diǎn)在BC 之上，反之則A點(diǎn)在BC之下，顯然，本題情況只有A點(diǎn)在BC之上時(shí)才合理。以圖中O點(diǎn)為原點(diǎn)，建立圖示坐標(biāo)系，設(shè)機(jī)器人的一邊始終沿著管道外側(cè)運(yùn)動(dòng)，即B點(diǎn)始終在x軸上，C點(diǎn)始終在Y軸上，保證最大限度地利用管道空間。 管道機(jī)器人在水平直角彎管的通過(guò)性分析 普通垂直相交管道情況。的角接觸球軸承，其動(dòng)載荷系數(shù)按深溝球軸承取) 因?yàn)?故應(yīng)以計(jì)算軸承的壽命： 4機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)的管道通過(guò)性分析機(jī)器人在直線方管中能通過(guò)的最小管道尺寸：438mm(寬)294mm(高)而確定機(jī)器人的彎道通過(guò)性是十分重要的，因?yàn)楣艿罊C(jī)器人在管道彎道行走時(shí)，如管道環(huán)境和機(jī)器人尺寸不適應(yīng)，可能會(huì)產(chǎn)生卡住現(xiàn)象，造成機(jī)器人在管道內(nèi)進(jìn)退兩難。軸承內(nèi)部派生軸向力S=eR，其中e為判斷系數(shù)，其值有的大小來(lái)確定，先估取e=，則有： 因?yàn)?所以軸承1“放松”，軸承2“壓緊” 因此 求得，代入公式在此計(jì)算得：同理由軸向載荷判斷比較知軸承1“放松” 、軸承2“壓緊”，故有： (3) 計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P1和P2 因?yàn)? 查表得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為： 軸承1 , 。 軸承的壽命計(jì)算這里計(jì)算輸出軸上的角接觸球軸承的壽命。對(duì)輸出軸進(jìn)行受力分析， 輸出軸受力分析其中： 由于齒輪6和齒輪7為通過(guò)軸承空套在軸上，因此其切向力和對(duì)軸的彎矩不產(chǎn)生影響，只需考慮徑向力和。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到具體的結(jié)構(gòu)定位問(wèn)題，把IV軸和VI軸做成是同一根軸，對(duì)于其是否滿足強(qiáng)度要求可以通過(guò)下面對(duì)軸的強(qiáng)度校核來(lái)說(shuō)明。大齒輪的轉(zhuǎn)速，則總傳動(dòng)比因此可以分配傳動(dòng)比為：齒輪級(jí)：4；蝸輪級(jí)：.機(jī)械手臂其他電機(jī)的計(jì)算類似，計(jì)算結(jié)果如下表35：表35大臂Z向和X向旋轉(zhuǎn)電機(jī)小臂Z旋轉(zhuǎn)電機(jī)手腕電機(jī)刷子旋轉(zhuǎn)電機(jī)型 號(hào)....額定功率P（W）18減速電壓V（v）24272727減速機(jī)減速比i183010018額定輸出轉(zhuǎn)速n(r/min)108361 傳動(dòng)齒輪﹑蝸輪蝸桿的尺寸計(jì)算這部分齒輪和蝸輪蝸桿的計(jì)算步驟與行走載體的齒輪和蝸輪蝸桿傳動(dòng)計(jì)算步驟相類似，這里只給出計(jì)算結(jié)果如下表36和37表36 齒輪 蝸輪蝸桿 齒輪Z1872 2 24 分度圓直徑d 18 72 14 48 模數(shù)m 1 1 2 2 表37 齒輪 蝸輪蝸桿 齒輪Z19 57 2 28 分度圓直徑d 19 57 10 35 模數(shù)m 1 1 軸的設(shè)計(jì)﹑計(jì)算和校核本設(shè)計(jì)中的軸大部分都是以心軸的形式存在的，即只承受彎矩而不承受扭矩，但輸出軸既承受彎矩也承受扭矩，因此這里只討論行走載體的輸出軸的設(shè)計(jì)校核過(guò)程。減速機(jī)的減速比選為18，其效率為73%，則選用該電機(jī)與減速機(jī)組合時(shí)電機(jī)的最終所須的輸出功率為，因此選擇該電機(jī)合適。近似設(shè)計(jì)：把手臂看做均質(zhì)細(xì)長(zhǎng)桿，其質(zhì)心位于手臂中心則大臂關(guān)節(jié)所承受的最大力矩為: 則大臂關(guān)節(jié)處的功率：電機(jī)所需輸出功率： 由于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速都很高，為了使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，機(jī)械手的電機(jī)選用自帶減速機(jī)的電機(jī)。這里的電機(jī)同樣選為直流伺服電機(jī)。 電機(jī)的選擇及傳動(dòng)比的分配機(jī)械手的自由度為4，故應(yīng)該有4個(gè)關(guān)機(jī)電機(jī)。選擇了上述氣缸和各種閥后，： 氣動(dòng)系統(tǒng)原理 機(jī)械手的具體設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度定為，根據(jù)類比法估計(jì)重量：大臂：5Kg；小臂：5Kg。 啟動(dòng)輔助元件和回路的選擇設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)汽缸的來(lái)回動(dòng)作，氣動(dòng)回路中必須有換向閥，這里的換向閥應(yīng)為兩位三通換向閥，查閱手冊(cè)，選擇無(wú)錫市華通氣動(dòng)制造有限公司生產(chǎn)的PC系列二位四通直動(dòng)式電磁閥，其技術(shù)規(guī)格如下表34：表34型號(hào)工作介質(zhì)工作壓力/MPa額定流量/ 最高換向頻率/Hz允許泄漏量/工作壓力/VPC241/2潔凈壓縮空氣10110另外，在氣缸的使用中，安裝的氣源進(jìn)口必須設(shè)置有氣源調(diào)節(jié)裝置，過(guò)濾器減壓閥油霧器，在市場(chǎng)中吧這三種裝置做成一個(gè)組合件，即三聯(lián)件，它在氣動(dòng)系統(tǒng)中起著過(guò)濾、調(diào)壓及油霧的作用。由于這里對(duì)氣缸的動(dòng)態(tài)參數(shù)要求低，且氣缸的工作頻率低，則有：查閱手冊(cè)選取廣東肇慶方大氣動(dòng)有限公司生產(chǎn)的氣缸內(nèi)徑為的10A5系列氣缸，該系列產(chǎn)品引進(jìn)日本TAIYO株式會(huì)社技術(shù)，主要零部件用鋁合金制造，重量輕，無(wú)給油潤(rùn)滑。 撐緊啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 氣缸的選擇機(jī)器人垂直上爬時(shí)，對(duì)其各輪子進(jìn)行受力分析，： 機(jī)器人垂直上升輪子受力G為機(jī)器人自重，50Kg；G1為垂直攀爬載重，10Kg。它由薄壁沖壓外圈、塑料保持架、鑲嵌于保持架中的金屬異型彈簧和裝于保持架兜孔中的滾針組成，滾針是鎖緊原件。選擇超越離合器時(shí)應(yīng)該以計(jì)算出的車輪的扭矩Tw作為主要指標(biāo)，同時(shí)還應(yīng)該考慮蝸輪直徑和車軸的直徑。 蝸桿傳動(dòng)效率 查表得傳動(dòng)效率初選吻合。D． 演算初設(shè)參數(shù) 渦輪圓周速度原估計(jì)，選值，相符。mm查表得：；將這些數(shù)據(jù)帶入接觸強(qiáng)度計(jì)算公式，求得：按接觸強(qiáng)度要求，因此可以選?。褐行木? 由于a=30mm不是標(biāo)準(zhǔn)推薦中心距，如選擇標(biāo)準(zhǔn)中心距，渦輪將變位。由于，??；因載荷平穩(wěn)， ?。粍t載荷系數(shù) =。即： 則輪子行走過(guò)程中所受的阻力矩： 工作機(jī)要求的功率 式中：由取則有： 電機(jī)所需的輸出的功率由傳動(dòng)方案圖可知： 式中：為渦輪嚙合效率，. 為軸承的傳動(dòng)效率，； 為齒輪嚙合的效率，；故有： 則有： 查閱《新編非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇直流伺服電機(jī)55SZ51，電機(jī)的技術(shù)參數(shù)如表33所示：表33 型號(hào)電壓(V)電流(A)功率(W)轉(zhuǎn)速（r/min）轉(zhuǎn)矩(Ncm)電樞勵(lì)磁電樞勵(lì)磁55SZ51 24 29 3000 2）渦輪蝸桿的計(jì)算由于渦輪軸即為車輪軸，因此渦輪轉(zhuǎn)速即為輪子的轉(zhuǎn)速，為120r/min，渦輪軸為電機(jī)軸，轉(zhuǎn)速為3000r/min，則傳動(dòng)比為A．選擇渦輪﹑蝸桿材料，確定許用應(yīng)力由于該傳動(dòng)作為應(yīng)急傳動(dòng)，要求其要可靠，所以蝸桿材料為40Cr，表面淬火，硬度45～50HRC；由于該渦輪蝸桿傳動(dòng)只是備用傳動(dòng)，并且轉(zhuǎn)速不高，因?yàn)闇u輪材料為ZcuA110Fe3Mn2,金屬模鑄造。根據(jù)同樣的計(jì)算步驟可以計(jì)算出該傳動(dòng)方案中其他齒輪的各參數(shù)，現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列表如下表32：表32 齒數(shù)Z20562056205622701958分度圓直徑d（mm）205620562056齒寬B（mm）1210121012107597模數(shù)m(mm)111111 后萬(wàn)向輪傳動(dòng)計(jì)算1）電機(jī)的選擇A．電機(jī)類型的選擇由于傳動(dòng)性質(zhì)與左右兩驅(qū)動(dòng)輪傳動(dòng)性質(zhì)相同，因此這里的電機(jī)仍選用直流伺服電機(jī)C． 選擇電機(jī)的容量輪子的直徑選為70mm，即D=70mm，R=35mm。mm有公式 得：由公式 可得重合度系數(shù)再通過(guò)查表?。? 有公式N=60njLk（按設(shè)備每天工作8 小時(shí)，年限為10 年），算得齒輪工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：再由上面所求的N1,N2查得：, 按一般可靠度查表選擇SFmin=；按齒輪材料聚碳酸脂（PC），查得其彎曲疲勞極限則有： 取設(shè)計(jì)齒輪模數(shù)：將確定后的各項(xiàng)參數(shù)代入設(shè)計(jì)公式，求得：修正： 再經(jīng)過(guò)查表得： ； 則 為提高安全性和便于計(jì)算，按第一系列取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=1mm 則齒輪的主要幾何尺寸如下： 取 C. 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式： 經(jīng)過(guò)查表得：；。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式如下： 確定式中各項(xiàng)數(shù)值。 初選小齒輪齒數(shù)Z1 =20，則Z 2 =i 1 通過(guò)查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，本級(jí)齒輪材料選用聚碳酸脂（PC），其抗彎強(qiáng)度為 130 MPa，齒面硬度 45～50HRC。下面以高速級(jí)傳動(dòng)齒輪 Z1，Z2為例說(shuō)明齒輪尺寸計(jì)算的具體過(guò)程。水平行走時(shí)平均分配傳動(dòng)比，即：則垂直行走時(shí)的傳動(dòng)比，其中，分別為齒輪7，8和齒輪9，10 的傳動(dòng)比。 故有：由于單級(jí)圓柱