【正文】 初選小齒輪齒數(shù)Z1 =20，則Z 2 =i 1 通過查閱設(shè)計手冊，本級齒輪材料選用聚碳酸脂（PC），其抗彎強度為 130 MPa，齒面硬度 45～50HRC。下面以高速級傳動齒輪 Z1，Z2為例說明齒輪尺寸計算的具體過程。水平行走時平均分配傳動比，即：則垂直行走時的傳動比，其中，分別為齒輪7，8和齒輪9，10 的傳動比。 故有：由于單級圓柱齒輪傳動傳動比范圍為1~5，則有： 水平行走總傳動比：,電機的轉(zhuǎn)速范圍： (1125)=(r/min)垂直行走總傳動比：，電機的轉(zhuǎn)速范圍： (115625)=(r/min)查手冊選直流伺服電機110SN002，其額定功率Ped=40W，額定轉(zhuǎn)速n=3000r/min其技術(shù)參數(shù)如下表1型 號額定功率W額定力矩Nm額定轉(zhuǎn)速 min1額定電流 A轉(zhuǎn)動慣量105kg 式中：為軸承的傳動效率，； 為齒輪嚙合效率，； 為離合器效率，.故有： =則有： ② 機器垂直行走機器垂直上爬時除了機器自重外還加上電纜等垂直攀爬載重 10kg，故總重量為40kg。mm）=（NB． 選擇電機的容量根據(jù)同類產(chǎn)品估計機器的重量為 30Kg ，g 取 ，則 G=30=294N。3. 具體設(shè)計計算 移動載體傳動計算 左右驅(qū)動輪傳動計算在前面的方案設(shè)計中已經(jīng)對驅(qū)動輪的傳動方案進行了討論，經(jīng)過反復(fù)的計算對比，我選輪子的尺寸為140mm，即D=140mm，R=70mm。 ： 氣壓驅(qū)動由于氣缸的活塞要求直線往復(fù)運動同時又要有輕微的圓弧擺動，因此氣缸的安裝方式為單耳尾座式。這個方案的缺點除了結(jié)構(gòu)復(fù)雜外還有摩擦很大。這個方案的缺點是機構(gòu)比較復(fù)雜，增加了載重。按照動力源的不同，張緊機構(gòu)可分為兩種：1) 電氣張緊 動力由電機提供，考慮理由是電氣驅(qū)動應(yīng)用普遍、噪聲小、提供動力大。機器人水平行進時，其速度較高，牙嵌離合器嚙合，傳力路線為：電機—齒輪Z1 —齒輪Z 2—齒輪Z 3—齒輪Z 4—齒輪Z5—齒輪Z6 —齒輪Z7 —齒輪Z10 —車輪；機器人垂直行走時速度較低，牙嵌離合器脫離嚙合，傳力路線為：電機—齒輪Z1 —齒輪Z 2—齒輪Z 3—齒輪Z 4—齒輪Z5—齒輪Z6 —齒輪Z7 —齒輪Z8 —齒輪Z9 —齒輪Z10 —車輪。由于兩電機獨立驅(qū)動，兩驅(qū)動輪的傳動方案是一樣的，下面以一輪為例來討論。為了克服上述所提到的該機構(gòu)的缺點，可以在后萬向輪中安裝一應(yīng)急電機，同時在輪軸中安裝一超越離合器，機器人正常時應(yīng)急電機不工作，超越離合器處于超越狀態(tài)，當遇到左右兩個驅(qū)動輪被架空時，超越離合器處于嚙合狀態(tài)，應(yīng)急電機工作。因此要求機器人的各部分結(jié)構(gòu)要盡量簡單。這種ODV 結(jié)構(gòu)需要有轉(zhuǎn)向操舵機構(gòu)和多個離合器，因此，雖然其性能很優(yōu)越，但機構(gòu)很 復(fù)雜，并不適合本設(shè)計對移動機構(gòu)的要求。3) 全方位移動車方式三輪車或四輪車基本是 2 自由度的，不能進行任意的定位和定向。2) 汽車車輪配置方式 ： 車輪配置方式兩個操舵輪需要同一個操舵機構(gòu)來協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)向，此外后輪配有差動齒輪裝置，增加了機構(gòu)的復(fù)雜性。這種車輪布置方式在靈活性和穩(wěn)定性上都是比較好的，由于沒有操舵機構(gòu)，因此該機構(gòu)也比較簡單，可以減輕重量，適合空調(diào)管道機器人要求體積小重量輕的要求。 典型的四輪移動機構(gòu)有如下幾種：1) 兩輪獨立驅(qū)動方式 ： 驅(qū)動方式圖前后兩個為輔助輪（萬向輪），左右兩輪為獨立驅(qū)動輪，其自轉(zhuǎn)中心與車體中心重合。五輪以上的機構(gòu)的提出，是因為它在裝載重物時具有較大的穩(wěn)定性，而且適用于臺階、階梯等非平地狀態(tài)的移動。其中單輪與兩輪主要是用來進行直立穩(wěn)定移動控制問題的基礎(chǔ)研究，而不是著眼于機器人移動機構(gòu)的實用化問題。因此本設(shè)計采用輪式結(jié)構(gòu)。： 中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗示意圖 機器人移動載體方案設(shè)計 總體方案設(shè)計機器人移動載體的設(shè)計是本次設(shè)計的難點之一 如果僅限于地面移動，機器人的移動載體形式有車輪形、履帶形、腿腳形、軀干形等四種形態(tài)。2. 管道及機器人的履帶變形可以忽略。由于加工、使用等原因，實際使用的管道并不一定時理想的幾何體，履帶、 管道均有一定的彈性，在重力、外界擠壓等力的作用下會產(chǎn)生變形。2 機器人行走機構(gòu)的設(shè)計中央空調(diào)通風(fēng)管道按截面形狀分有圓管和方管，按管道軸線類型分有直管、 彎管（L 型彎管）、T 型管和十字型管等，管徑和接頭沒有規(guī)范，有較多的斜坡或臺階。張緊裝置的設(shè)計也是該課題的重點。國內(nèi)清洗市場的產(chǎn)品僅適于水平管道的清洗，而本設(shè)計要求機器人同時還要能清洗垂直管道。 設(shè)計的重點與難點本次設(shè)計主要設(shè)計行走機構(gòu)及其張緊裝置， 對于清潔機器人，移動載體的設(shè)計是一個重點。 從以上分析可以看出，我國的中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗市場是有很大潛力的，尤其是在 2003 年“非典”疫情傳播后，人們對中央空調(diào)給人們帶來的疾病隱患有了相當大的認識，國家相應(yīng)地出臺了強制性空調(diào)清洗的法規(guī)，使得風(fēng)道清洗行業(yè)將成為中國一個新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)。所以我國目前許多地區(qū)的中央空調(diào)通風(fēng)管道清洗市場是一片空白！從國外方面來說，雖然國外廠家的機器人性能成熟，但是它是根據(jù)自身的中央空調(diào)風(fēng)道的而制造的，但國外的中央空調(diào)風(fēng)道是標準和規(guī)范的，而我國的中央空調(diào)風(fēng)道是根據(jù)建筑面積設(shè)計安裝的，各個風(fēng)道不盡相同，生產(chǎn)規(guī)格統(tǒng)一程度較低，各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品規(guī)格不盡相同，屬非標產(chǎn)品。就目前而言無論從中央空調(diào)風(fēng)道專業(yè)清洗服務(wù)公司來講還是從國內(nèi)外空調(diào)風(fēng)道清洗機器人設(shè)備廠家來看，都不能應(yīng)付這一龐大的清洗市場。但是,包括以上所敘述的設(shè)備在內(nèi), 目前國內(nèi)研制出來的中央空調(diào)管道清潔設(shè)備還僅限于水平管道或有小坡度管道的清洗,至今還沒有發(fā)現(xiàn)可用于垂直管道清洗的中央空調(diào)管道清潔設(shè)備。同國外同類裝置相比，該機器人具有尺寸小、成本低、行動靈活、操作可靠、清潔效率高和應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點，并且在移動機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)、主動控制臂系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和清潔系統(tǒng)的設(shè)計上均有創(chuàng)新。中國科學(xué)院蘭州分院科研人員研制成功的清潔機器人樣機是根據(jù)400毫米400毫米和500毫米500毫米空調(diào)通風(fēng)管道設(shè)計的，具有在管道中行走、對管道內(nèi)污染情況進行觀察和對污染物進行清潔的功能。該機器人具有以下幾個特點和優(yōu)勢：1）行走機構(gòu)具備自主管內(nèi)障礙和防傾覆功能，適用復(fù)雜的矩形管道或者圓形管道環(huán)境清掃作業(yè)要求（國外產(chǎn)品大多僅適用圓形管道）；2）管道清洗機器人能進入圓管260mm以上直徑、矩形管道140mm以上高度的空調(diào)、除塵管道進行清洗；3）機器人采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計和多電機驅(qū)動技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單、維護方便；4）機器人采用計算機圖像處理技術(shù)。該機器人和家用的吸塵器差不多大小，四個腳上有四條履帶，能夠在9厘米高的臺階上下。據(jù)報道，東華大學(xué)在該校的一項“自主變位四履帶足機器人行走機構(gòu)”發(fā)明專利基礎(chǔ)上，首先二次開發(fā)了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型管道機器人行走機構(gòu)，能很好的解決管道機器人適應(yīng)非等徑、變截面管道環(huán)境的難題。該規(guī)范對場所的空調(diào)系統(tǒng)衛(wèi)生提出了檢測標準，并規(guī)定公共場所要定期更換或清洗空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的過濾器（網(wǎng)）、冷卻塔等。目前我國對集中式空調(diào)的管理尚屬空白?？照{(diào)管道機器人應(yīng)具備的功能有清掃管道灰塵、噴灑消毒藥水、攜帶CCD攝像機和傳感器單元等，因此機器人必須擁有的“器官”有移動載體、安裝清洗工具的部件、CCD攝像系統(tǒng)和照明系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)和其他一些輔助設(shè)備等。據(jù)統(tǒng)計，國際上生產(chǎn)清洗機器人的廠家不下20家，其中比較著名的有瑞典的Wintclean機器人（售價100萬元），丹麥的Danduct機器人（售價80萬元），加拿大的Airtox機器人（售價60萬元），還有美國的Nikro、Vsi（售價均為40萬元）等。目前在所有發(fā)達國家無一例外地實施了中央空調(diào)的清洗。 國外、國內(nèi)研究概況空調(diào)清潔技術(shù)起源于60余年前，是隨著中央空調(diào)技術(shù)同時誕生的?？蛇m用于各種中央空調(diào)和除塵等管道的管道檢測、清洗、消毒、噴漆等作業(yè)。因此，管道清掃機器人的出現(xiàn)是一種必然的趨勢。 據(jù)調(diào)研，目前上海安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)的各類樓宇有3000多幢， 由于此類管道通?？v橫交錯，大管道由人來進行管道檢測、維修工作不僅費時費力，而且不衛(wèi)生。 國外從20世紀70年代末80年代初開始重視中央空調(diào)的風(fēng)道清洗，同時，隨著計算機、傳感器、現(xiàn)代控制理論和技術(shù)的發(fā)展，為管道機器人的研究應(yīng)用提供了技術(shù)保證。原因有三：一是我國大多數(shù)中央空調(diào)普遍使用粗效過濾器，最多只能過濾空氣中40％的可懸浮顆粒物，近60％的顆粒物進入中央空調(diào)，依然為病毒載體，當通風(fēng)時，仍有可能產(chǎn)生交叉感染；二是目前人們只注重中央空調(diào)機組的清洗和水處理，殊不知風(fēng)管面積遠遠大于機組面積，而中央空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)95％以上的藏塵量在風(fēng)管內(nèi)，水洗僅降低機體內(nèi)10％水垢的產(chǎn)生；三是沒有機器人參與清洗，人進入風(fēng)管清洗又存在二次污染。為了保障公眾健康，2006年3月1日，衛(wèi)生部制定并實施了《公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法》，中央空調(diào)的衛(wèi)生問題得到了前所未有的關(guān)注，對空調(diào)管道進行定期清洗勢在必行。 國內(nèi)有超過500萬個各類中央空調(diào)需要清洗保養(yǎng)，而且每年正在以10%的速度遞增，這些中央空調(diào)大部分運行了20年以上卻從未清洗。類似的法律可以預(yù)見將在世界各地實施。國外衛(wèi)生機構(gòu)相繼出臺了較為嚴密的中央空調(diào)使用及清洗法規(guī)，如:美國國家風(fēng)管清洗協(xié)會制定的行業(yè)標準《暖通空調(diào)系統(tǒng)的評估、清洗和修復(fù)標準}) C ACR2002版)和日本制定的《日本風(fēng)道清洗協(xié)會技術(shù)標準》CI990版)及芬蘭新頒布的法律要求賓館、飯店、洗衣房、工業(yè)加工產(chǎn)生粉塵物質(zhì)的通風(fēng)系統(tǒng)，每年清潔一次。因此人們在迫切要求提高生活質(zhì)量的同時，要求提高工作居住場所及其他公共場所環(huán)境質(zhì)量(特別是空氣質(zhì)量)的呼聲也越來越急切。中央空調(diào)系統(tǒng)主宰著樓宇中空氣的新陳代謝，被稱為“建筑物之肺”。事實上，雖然有一些公司推出了一些樣品或產(chǎn)品，但卻不能達到滿意程度：清潔效果不佳，遍歷時間長。361 引言 論文背景、意義及要求清潔機器人作為服務(wù)機器人領(lǐng)域中的一個新產(chǎn)品,盡管目前國內(nèi)在這方面的研究開發(fā)方面已經(jīng)取得一定的成果, 但是仍有許多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決或提高, 行走機構(gòu)就是其中的一個比較重要的技術(shù)。324 機器人轉(zhuǎn)彎時的管道通過性分析26 傳動齒輪﹑蝸輪蝸桿的尺寸計算242012 左右驅(qū)動輪傳動計算9 6 設(shè)計的重點與難點中國地質(zhì)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)論文小型清潔機器人行走機構(gòu)目 錄1引言3 論文背景、意義及要求3 國外、國內(nèi)研究概況4 市場需求預(yù)測62 機器人行走機構(gòu)的設(shè)計77 機器人移動載體方案設(shè)計8 總體方案設(shè)計8 傳動方案的設(shè)計113. 具體設(shè)計計算12 移動載體傳動計算12 后萬向輪傳動計算24 27 軸的設(shè)計﹑計算和校核27 軸承的壽命計算33 管道機器人在水平直角彎管的通過性分析33 管道機器人在矩形管水平圓弧形彎頭的通過性分析 355 結(jié)構(gòu)設(shè)計有的可在房間內(nèi)隨機移動，但要求有一定的動力和對地面有足夠大的摩擦。隨著當今社會的發(fā)展，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)在日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。中央空調(diào)管道在長期使用中會積累許多灰塵、病菌及放射物等，這些有害物質(zhì)在送風(fēng)過程中便污染了空氣，長期被人體吸入，就會危害大眾的健康。 國外發(fā)達國家由于很早以前便應(yīng)用了眾多的中央空調(diào)系統(tǒng)，針對空氣質(zhì)量對人身健康的危害，國外民眾有比較深刻的認識(1976年美國費城的軍團菌大爆發(fā)，事后認定其傳染源就是該市某會場內(nèi)的中央空調(diào))。醫(yī)院、學(xué)校等每5年一次。目前發(fā)達國家均成立有中央空調(diào)風(fēng)管清洗協(xié)會，如:國際通風(fēng)衛(wèi)生評議會(TCVH)、美國風(fēng)道清洗協(xié)會(NADCA ) 、歐洲風(fēng)道清洗協(xié)會(EVHA)、英國風(fēng)道清洗協(xié)會(HVCA)舊本風(fēng)道清洗協(xié)會(JADCA)等，國外的集中空調(diào)的風(fēng)道清洗己經(jīng)形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量所帶來的危害越來越重視，尤其是2003年“非典”疫情的傳播，已使人們對中央空調(diào)帶來的疾病隱患有了相當深刻的認識。 當前，人們已認識到中央空調(diào)風(fēng)管內(nèi)的灰塵是傳播病毒的載體， 重視了中央空調(diào)的清洗，但是結(jié)果不盡人意。 因此，加強中央空調(diào)通風(fēng)管道的清洗，消除病毒的污染源，必須要求從事中央空調(diào)清洗的專業(yè)隊伍技術(shù)先進，設(shè)備精良，這使管道清掃機器人步入了歷史舞臺。自從1980年丹達克林發(fā)明了世界上第一臺風(fēng)管清洗機器人直到1990年前后，國外的中央空調(diào)清洗得以普遍實施，并建立了相應(yīng)行業(yè)及國家標準?？趶叫　㈤L度長的管道不僅人無法進去檢查，而且清掃起來也不容易。 管道清掃機器人能輕松的爬入管道配合其他管道清洗設(shè)備將管道中的灰塵、塵螨，甚至昆蟲尸體，死老鼠等垃圾一掃而空，最后還能對管道進行消毒。 因此，中央空調(diào)清洗行業(yè)將成為中國一個新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對中央空調(diào)清潔機器人的研究與開發(fā)更是具有一定的社會價值和商業(yè)價值。國外從20世紀70年代末80年代初開始重視中央空調(diào)的風(fēng)道清洗，直到1990年前后中央空調(diào)清洗才得以普遍實施，并建立了相應(yīng)行業(yè)及國家標準。風(fēng)管清洗在國外是一個比較成熟的市場，氣清洗機器人設(shè)備的研究和開發(fā)業(yè)相應(yīng)地比較成熟。這些國外管道機器人，其形狀結(jié)構(gòu)大同小異，性能也能大致相當。我國對中央空調(diào)風(fēng)管清洗的重要性認識比較晚，對中央空調(diào)風(fēng)管設(shè)備的研制起步也比較晚。據(jù)了解，有關(guān)清潔公共場所空調(diào)的規(guī)定和措施，只有衛(wèi)生部在2003年6月發(fā)出的《公共場所中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》的通知，這還是因為受非典的啟示。在頒布《公共場所中央空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范》后，我國的中央空調(diào)風(fēng)管清洗市場迅速升