【正文】 命周期的管理，它使產品的設計效率大大提高，使產品在設計初期具有更多的靈活性，保證在日后根據(jù)系統(tǒng)要求進行相應的更改和計算 。參數(shù)式設計就是將零件尺寸的設計用參數(shù)來描述，并在設計修改時通過修改參數(shù)的數(shù)值來更改零件的外形。 管道清灰機器人系統(tǒng)組成 蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 9 2. 管道清灰機器人本體結構的設計和三維模型的建立 對于機機器人本體結構模型的建立，采用代表目前機械 CAD 領域新標準的參數(shù)化設計軟件 Pro/Engineer 來完成。移動裝置采用電力驅動方式。機器人工作時，隨著履帶式移動機構的移動，該機器人機械手上的鏟斗向前移動，將沉積在底部的灰鏟在鏟斗內，鏟斗內 的灰達到最大限度時，機器人移動到出灰口將灰倒出。同時也存 在結構復雜，重量大，運動慣性大，減振功能差，零件易損壞等不足。 ②越野性能好，爬坡、越溝性能均比輪式移動機構優(yōu)越。 履帶式行走裝置與輪式相比較的特點 : ①支承面積大，接地比壓小。該機器人的鏟掘作業(yè)和裝卸物料的作業(yè)都是通過操作臂來完成的，因此操作臂的設計要達到下列要求 : ； ，其轉角差不得超出一定范圍，以免在鏟斗舉升過程中物料撒落 ； ，其卸載角不小于一定值，以保證卸料干凈 ； ，應滿足傳動角的要求，保證運動輕巧，不得出現(xiàn)死點 ； 操作 臂各構件之間不允許發(fā)生運動干涉 。 ④液壓系統(tǒng)可實現(xiàn)自我潤滑，過載保護方便，使用壽命長。 ③速度調節(jié)方便易控，可實現(xiàn)平穩(wěn)的無極調速和換向。 ①驅動力或驅動力矩大，即功率重量比大，響應速度快，重復精度高，壓力可達203 0Mpa(機器人多用 )。機械手具有兩個自由度，手抓末端安 裝著末端操作器 — 鏟斗，可實現(xiàn)抬升和旋轉兩個運動。管道清灰機器人本體結構由移動裝置和操作臂組成。 管道清灰機器人工作要求及性能指標 ： 1)管道分為水平、小于 30 度傾斜、 倍管道直徑彎曲三種形式，要求能行走自如 ； 蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 7 2)機器人必須小巧、靈活、拆卸方便，可自由通過 ? 600 入口； 3)自動化程度高， 生產能力高，每小時清理能力應在 50 米左右 ； 4)機器人應有管道監(jiān)視系統(tǒng) ； 5)可附加焊縫檢測、壁厚檢測模塊； 6)煙灰密度 。而本文根據(jù)金屬冶煉廠煙氣管道內特殊環(huán)境和清灰技術要求開發(fā)了一種適應于金屬冶煉廠。目前國內外關于管道機器人的研究很多，大多是管道監(jiān)測維修，適應于 ? 200mm 以下、? 400600mm 以及微型管道等管徑。 總體看來，我國管內機器人的研制和應用己經有了一定了基礎，但仍處于起步階段。 (4)中科院研發(fā)用于 400*400mm 和 500mm*500mm 空調通風管道中的清潔機器人，具有在管道中行走、對管道內污染情況進行觀察和對污染物進行清潔的功能。 (2)中原油田研制的適用于 ? 529mm ? 630mm 埋地鋼質管道的內環(huán)焊 縫區(qū)域噴涂常溫固化液態(tài)涂料的補口機。 國內管道機器人發(fā)展現(xiàn)狀 我國管內移動機器人技術的研究己有十幾年的歷史，中國科學院沈陽自動化研究所、上海交通大學、大慶石油管理局、勝利油田、中原油田等單位都進行了這方面的研究工作。 70 年代以后，石油、化工、天然氣及核工業(yè)的發(fā)展為管道機器人的應用提供了廣闊而誘人的前景，而機器人學、計算機、傳感器等理論和技術的發(fā)展，也為管內和管外蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 6 自主移動機器人的研究和應用提供了技術保證。 管內機器人是一種可沿管道自動行走，攜有一種或多種傳感器件和作業(yè)機構，在遙控操作或計算機控制下能在極其惡劣的環(huán)境中進行一系列管道作業(yè)的機電一體化系統(tǒng)。然而，管道所處的環(huán)境往往是人們不易直接達到或不允許人們直接進入的，檢修及清洗難度很大。管道在使用過程中，由于各種外界因素的影響，會形成各種各樣的管道故障與管道損傷。 管道機器人概述 在工農業(yè)生產及日常生活中，管道作為一種重要的物料輸送手段，其應用范圍日益廣泛，數(shù)量也不斷增多。 2021 年 6 月，微軟公司推出 Microsoft Robotics Studio，機器人模塊化、平臺統(tǒng)一化的趨勢越來越明顯，比爾 2021 年 丹麥 iRobot 公司推出了吸塵器機器人 Roomba，它能避開障礙，自動設計行進路線，還能在電量不足時，自動駛向充電座。 1998 年 丹麥樂高公司推出機器人 (Mindstorms)套件，讓機器人制造變得跟搭積木一樣，相對簡單又能任意拼裝，使機器人開始走入個人世界。 1984 年 英格伯格再推機器人 Helpmate，這種機器人能在醫(yī)院里為病人送飯、送藥、送郵件。 1978 年 美國 Unimation 公司推出通用工業(yè)機器人 PUMA，這標志著工業(yè)機器人技術已經蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 5 完全成熟。日本專家一向以研發(fā)仿人機器人和娛樂機器人的技術見長，后來更進一步，催生出本田公司的 ASIMO 和索尼公司的QRIO。 1969 年 日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發(fā)出第一臺以雙腳走路的機器人。它帶有視覺傳感器，能根據(jù)人的指令發(fā)現(xiàn)并抓取積木 ,不過控制它的計算機有一個房間那么大。美國興起研究第二代帶傳感器、 “ 有感覺 ” 的機器人，并向人工智能進發(fā)。 Beast 已經能通過聲納系統(tǒng)、光電管等裝置，根據(jù)環(huán)境校正自己的位置。 1965 年約翰 1962 年 1963 年傳感器的應用提高了機器人的可操作性。由于英格伯格對工業(yè)機器人的研發(fā)和宣傳，他也被稱為 “ 工業(yè)機器人之父 ” 。 英格伯格聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。這個定義影響到以后 30 年智能機器人的研究方向。 1956 年 在達特茅斯會議上，馬文 德沃爾制造出世界上第一臺可編程的機器人，并注冊了專利。 維納出版《控制論》，闡述了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規(guī)律，率先提出以計算機為核心的自動化工廠。雖然這只是科幻小說里的創(chuàng)造，但后來成為學術界默認的研發(fā)原則。但它讓人們對家用機器人的憧憬變得更加具體。 1939 年 美國紐約世博會上展出了西屋電氣公司制造 的家用機器人 Elektro。 機器人發(fā)展簡史 （引自《環(huán)球科學》 2021 年第二期） 1920年 捷克斯洛伐克作家卡雷爾 在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務機器 人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度機器人。機器人技術綜合了多學科的發(fā)展成果，代表了高技術的發(fā)展前沿，它在人類生活應用領域的不斷擴大正引起國際上重新認識機器人技術的作用和影響。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業(yè)機器人所具有的形狀，更加符合各種不同應用領域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增強，從而為機器人技術開辟出更加廣闊的發(fā)展空間。結合這些領域的應用特點，人們發(fā)展了各式各樣的 具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器，如移動機器人、微機器人、水下機器人、醫(yī)療機器人、軍用機器人、空中空間機器人、娛樂機器人等。在研究和開發(fā)未知及不確定環(huán)境下作業(yè)的機器人的過程中，人們逐步認識到機器人技術的本質是感知、決策、行動和交互技術的結合。 智能機器人 ：以人工智能決定其行動的機器人。 適應控制型機器人：機器人能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動。 數(shù)控型機器人：不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。 程控型機器人：按預先要求的順序及條件，依 次控制機器人的機械動作。也許正是由于機器人定義的模糊，才給了人們充分的想象和創(chuàng)造空間。機器人涉及到了人的概念，成為一個難以回答的哲學問題。蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 1 目 錄 1. 緒 論 2 機器人的發(fā)展綜述 ................................................. 2 機器人定義 ...................................................... 2 我國科學家對機器人的定義 ........................................ 2 機器人發(fā)展簡史 .................................................. 3 管道機器人概述 ................................................... 5 國外管道機器人發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................... 5 國內管道機器人發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................... 6 管道清灰機器人系統(tǒng)概述 ........................................... 6 管道清灰機器人驅動方式 .......................................... 7 管道 清灰機器人操作臂設計要求 .................................... 7 管道清灰機器人行走機構設計 ...................................... 7 管道清灰機器人系統(tǒng)組成 .......................................... 8 2. 管道清灰機器人本體結構的設計和三維模型的建立 ........................ 9 PRO/ENGINEER軟件的介紹 .............................................. 9 Pro/E 的系統(tǒng)特征 ............................................... 10 Pro/Engineer 主要模塊介紹 ...................................... 11 管道清灰機器人本體結構三維模型的建立 ............................. 13 3. 管道清灰機器人運動學分析 26 機器人操作臂類型選擇 ............................................. 26 鏟斗轉角差及卸載角分析 ........................................... 29 機器人操作臂自由度 ............................................... 30 操作臂死點分析 ................................................... 31 4. 管道機器人運動機構仿真 33 鏟斗鏟灰 ......................................................... 33 鏟斗舉升 ......................................................... 35 鏟斗旋轉 ......................................................... 37 結 論 39 致 謝 40 蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 2 參考文獻 41 1. 緒 論 機器人的發(fā)展綜述 機器人定義 在科技界，科學家會給每一個科技 術語一個明確的定義，但機器人問世已有幾十年，機器人的定義仍然仁者見仁，智者見智，沒有一個統(tǒng)一的意見。原因之一是機器人還在發(fā)展，新的機型，新的功能不斷涌現(xiàn)。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣，人們對機器人充滿了幻想。 機器人主要類型： 操作型機器人：能自動控制，可重復編程，多功能，有幾個自由度，可固定或運動，用于相關自動化系統(tǒng)中。 示教再現(xiàn)型機器人：通過引導或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復進行作業(yè)。 感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。 學習控制型機器人：機器人能 “體會 ”工作的經驗，具有一定的學習功能，并將所 “學 ”的經驗用于工作中。 我國科學家對機器人的定義 我國科學家對機器人的定義是： “機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器 ”。隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深，機器人技術開始源源不斷地向人類活動蘭州 交通大學畢業(yè)設計（論文） 3 的各個領域滲透。對不同任務和特殊環(huán)境的適應性，也是機器人與一般自動化裝備的重要區(qū)別。 中國工程院院長宋健指出： “機器人學的進步和應用是 20 世紀自動控制最有說服力的成就，是當代最高意義上的自動化 ”。 我國的機器人專家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，即工業(yè)機器人