【正文】 空氣的壓力、流量、方向的閥類，如各種氣動壓力閥、流量閥、方向閥、邏輯元件等。 2) 執(zhí)行元件 將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量元件，并對外做功。 由于氣動技術(shù)相對而言于機(jī)械傳動、電傳動及液壓傳動而言有許多突出優(yōu)點(diǎn)，因而近年來發(fā)展十分迅速，現(xiàn)在氣動技術(shù)結(jié)合了液壓、機(jī)械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，并與它們相互補(bǔ)充，成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的一個重要手段，在機(jī)械、冶金、紡織、食品，化工、交通運(yùn)輸、航空航天、國防建設(shè)等各個部門已得到廣泛的應(yīng)用。 氣壓傳動系統(tǒng)的基本知識 氣壓傳動系統(tǒng)原理 氣壓傳動與控制技術(shù)簡稱氣動技術(shù)，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量傳遞，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化的一門技術(shù)，它是流體傳動與控制學(xué)科的一個重要組成部分。 機(jī)器人的總重量約為 G=+++++= 第 20 頁 4. 氣動回路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的動力來源主要由氣缸提供，因此氣動回路的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。這里就不再校核了。 螺釘?shù)募羟忻娣e是 S= 2 /4=* /4=*105? τ=F/4S=*10 5? *4= 故螺釘強(qiáng)度驗(yàn)算合格。 參見機(jī)器人的總裝配圖，根據(jù)設(shè)計(jì)可知，這四個螺釘?shù)男吞柎笮?M6。因此，大部分的剪切力集中在這四個螺釘上。通過滑桿，保持它們之間的平行度。 托盤一與托盤二之間通過托盤一上的軸與安裝在托盤二上的軸承配合連接，主要是托盤一還要起到帶動整個機(jī)器人旋轉(zhuǎn)的作用。 各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 機(jī)械部件的設(shè)計(jì)計(jì)算包括：機(jī)器人三個托盤的設(shè)計(jì)和布置；連接螺釘?shù)倪x用和計(jì)算；腿的設(shè)計(jì)計(jì)算；整體結(jié)構(gòu)支架的重量估算。因此，大部分材料選擇了密度小，而性能足夠好的硬鋁。在托盤二與三之間，安裝了滑桿作為導(dǎo)軌，這樣可以保持托盤三運(yùn)動時的直線方向，還可以承擔(dān)大部分的徑向力。而托盤三上的一組雖然也可以站立，但它產(chǎn)生的力矩相對較小，一般不采用它站立，只是用它來行走。 機(jī)器人是靠吸盤吸附在墻壁上，共有六個吸盤，框架上的四個為一組，托盤三上的兩個為一組。 整個行走過 程可用圖 22 表示： 圖 22 機(jī)器人的行走過程 3. 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 第 17 頁 機(jī)械機(jī)構(gòu)總體布置說明 機(jī)器人機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)參見各零件圖，其中包括氣缸、托盤、橫梁等。 運(yùn)動過程中，在支架和下盤相對運(yùn)動時，如果不做任何調(diào)整，吸盤會與墻面產(chǎn)生摩 第 16 頁 擦，而使運(yùn)動難以順利進(jìn)行，因此，在托盤三上安裝了一個電機(jī)，帶動一根螺紋桿轉(zhuǎn)動，螺紋桿與托盤二上的螺紋孔聯(lián)接，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，可以帶動托盤三和托盤二間的相對分開與接近的運(yùn)動，這樣，在運(yùn)動時，就需加入這項(xiàng)運(yùn)動。 同理，也可以向下運(yùn)動。大體的 行走過程是這樣的： 以向上走為例，先讓支架上的吸盤吸住墻面，使機(jī)器人可以固定在墻上，此時如果下盤處于位置比較靠下的地方，則對氣缸上位置在上面的氣口（后面簡稱為 1 口）輸入氣體，位置在下面的氣口（后面簡稱為 2 口）輸出氣體，使氣缸向上運(yùn)動，從而帶動下盤向上運(yùn)動。由于本機(jī)器人需要用吸盤吸附在墻上，所以，用輪子轉(zhuǎn)動的方式比較困難，因此，我采用了第一種方式，就是兩個吸附點(diǎn)或者說幾個吸盤相互交換位置，輪換著吸附墻面，從而使機(jī)器人行走。 解決了這個問題下個問題就是如何讓機(jī)器人行走。 對于第一個問題我采取的措施是使用了吸盤，通過吸盤的吸力使機(jī)器人吸附在墻壁上。 第 15 頁 以上為各零件的簡單介紹，下面來說一下機(jī)器人的工作原理。 5）前后擋板 加強(qiáng)腿的穩(wěn)定性，還為橫板提供焊接點(diǎn)。 4）橫板 聯(lián)接前后兩個支撐架，可以加強(qiáng)穩(wěn)定性；嵌在托盤一的兩個缺口中，防止支架在行走過程中左右晃動。 2）直 角管接頭 用來連接腿與橫梁。 14．吸盤支架 焊接件，材料為硬鋁，安裝在托盤三上，由四部分焊接而成，上面安裝吸盤。 12．滑桿 材料為硬鋁，用來保持兩個托盤之間的平行。 9．彈性擋圈 第 14 頁 標(biāo)準(zhǔn)件，型號 GB/，安裝在托盤三內(nèi)的套筒中，用來阻擋其中直線 軸承滑動。 7．吸盤 外購件，抓住墻面的主要力量來源，機(jī)器人靠它吸附在墻面上。 5． GB281988 型螺釘 標(biāo)準(zhǔn)件，用來聯(lián)接氣缸支架與氣缸。 4．托盤三 材料為硬鋁，中間的螺紋孔用來安裝吸盤支架，四個小孔用來 安裝套筒，套筒中安裝 直線軸承，與托盤二上的滑桿聯(lián)接。 3．托盤二 材料為硬鋁，中間的孔用來安裝軸承，與托盤一聯(lián)接，旁邊突出的部分上安裝電機(jī)，帶動托盤一轉(zhuǎn)動，使機(jī)器人可以轉(zhuǎn)彎。當(dāng)機(jī)器人想轉(zhuǎn)彎時，由它旁邊的小齒輪帶動，可以向各方向旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到轉(zhuǎn)彎的目的。 圖 21 機(jī)器人立體圖 零件說明 對于零件的說明請參考圖紙： 第 13 頁 1． QGEW2 LA 50B 100 型氣缸 外購件，此氣缸由生產(chǎn)，材料為硬鋁，是本機(jī)器人主要的動力來源。 機(jī)器人的大體設(shè)計(jì)就如上所述，它的外觀可以參考圖紙。它的特點(diǎn)體現(xiàn)在體積小，重量輕，成本低，變成簡單，容易掌握。所以，根據(jù)機(jī)器人功能要求，本設(shè)計(jì)確定采用氣壓傳動作為機(jī)器人動力，完全可 以滿足荷重要求，也有利于使機(jī)器人自重控制在范圍內(nèi)，同時氣源又可以滿足清洗、噴涂等作業(yè)的用氣需要。這樣，既利于獲得連續(xù)或單步兩種爬升方式，又可以方便地進(jìn)行手動、自動遙控操縱。 第 12 頁 2. 總體設(shè)計(jì) 機(jī)器人的功能分析 爬墻機(jī)器人的主要功能是能夠自行爬上墻壁，為此爬墻機(jī)器人必須能夠獲得足夠的吸力和牽引力?？删幊炭刂破鬟x用德國西門子公司的 S7200 型 PLC， CPU214 模塊處理遙控盒的輸入信號，發(fā)出脈沖指令，控制機(jī)器人的上、下行走，并執(zhí)行清掃、敲渣、檢測作業(yè)，檢測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以此構(gòu)成爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)。在機(jī)器人上方安置 5 個超聲波探頭，可同時測量 5根管子的壁厚，并且紀(jì)錄在案，一旦檢測到壁厚過薄，能自動報(bào) 警并做標(biāo)記，便于維修。在履帶式水冷壁清掃、檢測爬壁機(jī)器人中，通過鏈條傳動帶動搖桿機(jī)構(gòu)，使鋼絲刷做來回往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對管壁表面的清掃。 (2) 機(jī)械結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的永磁吸附塊形狀呈圓弧形，與管壁圓弧相吻合，從而減少磁路中的氣隙，提高磁 第 11 頁 吸附力。 f) 爬行壁面：由 Φ60mm 管組成的排管水冷壁， 高度為 46m。 d) 負(fù)重能力： 40kg。該設(shè)備的使用可使工作效率提高 10 以上，大幅度地縮短了檢修時間，經(jīng)濟(jì)效益可觀。 (2) 水冷壁清掃、除渣、測厚爬壁機(jī)器人 火力發(fā)電站大型排管鍋爐中的水冷壁的向火側(cè)管壁表面上存在著積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕等問題，對鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行會造成很大危害。驅(qū)動器采用配套的伺服單元，型號為 SAPII，可實(shí)現(xiàn)電 機(jī)的位置閉環(huán)控制和制動控制，具有過流、過壓、過載、超速、過熱、電源異常、短路與再生吸收能量等的保護(hù)。電氣控制柜是整個控制系統(tǒng)的核心，包括一套 STD 工業(yè)控制機(jī)，兩套交流伺服單元，開關(guān)電源、繼電器等。 5) 運(yùn)載小車：可使機(jī)器人自動爬上或爬下罐壁，克服由于爬壁機(jī)器人永遠(yuǎn)具有吸力帶來的放上取下的不便，并能起到運(yùn)輸作 用。噴漆防腐裝置為四桿機(jī)構(gòu)擺動式噴漆，配進(jìn)口自動噴槍、儲漆罐、攪拌罐、氣泵和漆泵等設(shè)備，每分鐘可噴 ～ ，且噴涂均勻，可成一面 ［ 5］ 。 2) 抗傾覆機(jī)構(gòu)：在機(jī)器人后部增加一個萬向輪，通過彈簧使壁面對杠桿后部產(chǎn)生支撐力，利用杠桿原理使機(jī)器人前部始終受到壓力，貼緊壁面，達(dá)到不傾覆的目的。 圖 15 機(jī)器人正在噴漆作業(yè) (2) 系統(tǒng)組成及功能 1) 機(jī)器人本體：實(shí)現(xiàn)在罐壁上的吸附與移動，并有足夠的承載能力，以攜帶噴砂噴漆裝置完成防腐作業(yè)。 f) 作業(yè)方式：配上附件后，完成罐壁噴砂除銹和噴漆防腐、測厚等 。 d) 負(fù)重能力：不小于 30kg，能滿足防腐與檢測工作需要 。 圖 14 雙履帶永磁吸附結(jié)構(gòu) (1)金屬罐防腐用磁吸附爬壁機(jī)器人 本項(xiàng)目研究目標(biāo)為提供石化工業(yè)中可以作噴漆、噴砂使用的磁吸附式金屬罐防腐專用爬壁機(jī)器人，是針對大慶采油一廠擁有上百座的野外儲油和儲水鋼罐，需定期除銹、重新噴涂的要求，從 1991 年開始，經(jīng)過整整 4 年的不懈努力，在大慶石油管理局、 863512 主題專家組、 第 9 頁 省科委及哈工大 領(lǐng)導(dǎo)的支持下，由哈工大機(jī)器人研究所與大慶第一采油廠聯(lián)合研制成功的我國第一臺噴沙噴漆防腐用履帶式磁吸附爬壁機(jī)器人，如圖 4 所示，本項(xiàng)目獲黑龍江省 1997 年度科技進(jìn)步一等獎。在履帶一周上安裝有數(shù)十個永磁吸附塊，其中的一部分緊緊地吸附在壁面上，并形成一定的吸附力，通過履帶（由鏈條和永磁塊組成）使機(jī)器人 貼附在壁面上。 a) 清洗機(jī)構(gòu)專用化，專門為清洗玻璃幕墻清洗作業(yè)設(shè)計(jì)； b) 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)小型化與輕量化，可直接吊掛在掛吊水管的吊鉤上； c) 機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)重量降低，采用小型伺服電機(jī)，減輕本體重量，使移動靈活； d) 傳輸電纜線大為減少，僅有二