【正文】 件組成的吸附與快速放開。當(dāng)需要產(chǎn)生真空時(shí)，電磁閥2通電；當(dāng)需要破壞真空放開壁面時(shí)，電磁閥2斷電、電磁閥3通電。 圖29 真空產(chǎn)生與破壞回路上述一套真空發(fā)生器組件只能與一個(gè)配氣接口相連接，為了給兩個(gè)配氣接口完成配氣需要兩套這樣的設(shè)備。 本章小結(jié)本章描述了清潔壁面爬壁機(jī)器人的工作過程，指出為完成此工作過程爬壁機(jī)器人所需完成的功能，包括基本功能吸附、行走以及一些輔助功能。對(duì)爬壁機(jī)器人兩個(gè)重要基本功能吸附和移動(dòng)進(jìn)行了機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)和分析。詳述了履帶上固連吸盤的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，履帶與履帶輪的模擬齒輪齒條嚙合的聯(lián)結(jié)方式，重點(diǎn)對(duì)履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的壁面適應(yīng)能力進(jìn)行了分析論證。簡(jiǎn)單分析了真空發(fā)生器為基礎(chǔ)的真空形成與破壞回路。在機(jī)器人開發(fā)的過程中，注重運(yùn)用前面理論研究的結(jié)果，設(shè)計(jì)了爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)；在方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了三維造型，零件生成、部件組裝、總裝配。在機(jī)器人開發(fā)與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文針對(duì)機(jī)器人吸附結(jié)構(gòu)的吸附性能、行走機(jī)構(gòu)對(duì)壁面的的適應(yīng)能力、機(jī)器人車體強(qiáng)度進(jìn)行了校核論證。吸盤通過吸盤固定裝置固定在履帶上，在機(jī)器人工作的過程中隨履帶轉(zhuǎn)動(dòng)，配氣盤按照固定的設(shè)計(jì)給到達(dá)相應(yīng)位置的吸盤組件進(jìn)行抽氣或進(jìn)氣，產(chǎn)生或破壞真空環(huán)境使吸盤吸附或放開壁面。吸附機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)防止機(jī)器人從壁面滑落及傾翻兩種危險(xiǎn)的發(fā)生，因此可根據(jù)臨界條件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行論證校核。圖31(b)為單個(gè)吸盤組件的三維造型圖。a) 吸盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 b) 吸盤三維造型圖 圖31 吸盤結(jié)構(gòu) 吸盤由軟塑料經(jīng)注塑制成，殼體為鋁合金件，為了防止在機(jī)器人工作過程中吸盤組件殼體折斷發(fā)生危險(xiǎn)，吸盤與履帶結(jié)合部材料較厚。 圖32 吸盤固定于履帶上的裝配圖圖32為吸盤固定于履帶上的裝配圖，吸盤組件均布于履帶上，吸盤組件間的中心距p=，吸盤組件中心與爬壁機(jī)器人重心的距離為d=320mm。避免機(jī)器人從墻面上滑落。 壁面機(jī)器人傾翻從理論上，由式(31) 可知，只要滿足 0 ,則條件(2) 滿足條件，求得： (32)根據(jù)式(31) 和(32) ，機(jī)器人牢靠吸附在工作面上(不從玻璃壁面上滑落或傾翻下來) 的條件應(yīng)該滿足:G min(，) (33)理論上： = 5μV　 (34)= (35)根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知，p=，d=320mm，根據(jù)圖33的吸力與最大負(fù)載，當(dāng)負(fù)載為大約500N時(shí)應(yīng)取真空度V=，由此可以得到： (36) (37)圖33 吸力與最大負(fù)載曲線圖（圖片來自文獻(xiàn)[1]） (38)根據(jù)計(jì)算分析出最可能發(fā)生危險(xiǎn)的情形是爬墻機(jī)從壁面滑落。考慮到機(jī)器人在越障時(shí)第一組吸盤可能發(fā)生泄漏以及壁面的凹凸不平引起的泄露，應(yīng)當(dāng)另外增加安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮只有下面4 組吸盤組工作時(shí)機(jī)器人仍能夠安全吸附。綜合以上論證，爬壁機(jī)器人吸附機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是合理的，是能夠支持爬壁機(jī)器人正常工作的。本課題主要研究機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理，故重點(diǎn)進(jìn)行前三部分的設(shè)計(jì)與論證。履帶采用橡膠履帶，橡膠履帶是由橡膠主體、芯金、簾線骨架材料，通過模壓硫化而制成。履帶輪采用的材料為聚碳酸酯注塑而成。 爬壁機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的論證表格31所示為橡膠履帶基質(zhì)天然橡膠和順丁橡膠的主要性能，表格32為履帶輪材料聚碳酸酯的主要。但是履帶是由橡膠主體、芯金、簾線骨架材料組成，碳素彈簧鋼絲（）抗拉強(qiáng)度為2059~2452MPa，因此履帶輪出現(xiàn)危險(xiǎn)的可能性大，下面對(duì)履帶輪進(jìn)行校核。 圖34 主動(dòng)輪的三維造型圖履帶輪驅(qū)動(dòng)履帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)功率的關(guān)系： (312)式中各符號(hào)的意義為：P——驅(qū)動(dòng)輪傳遞給履帶的功率，單位為W；——主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)履帶的扭矩，單位為；——為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，單位rad/s；——安全系數(shù)，是為了保證有一定的功率裕量和功率損耗，一般取2~3；——機(jī)器人的總質(zhì)量，單位為；——重力加速度，單位為；——機(jī)器人在壁面上運(yùn)行的速度，單位。對(duì)主動(dòng)輪中心取矩，由平衡方程，可得： (314)式中，——主動(dòng)輪工作中一個(gè)齒上的剪力為；——主動(dòng)輪的直徑，單位為mm；——同時(shí)處于工作狀態(tài)的齒輪數(shù)；對(duì)于主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)有： (315)式中，r——主動(dòng)輪的半徑，單位m；聯(lián)立式312，313，314，315可以得到，主動(dòng)輪輪齒底部受到的切應(yīng)力： (316)式中，機(jī)器人的總重量m為45Kg，主動(dòng)輪輪齒底部寬l為30mm，將以上數(shù)據(jù)代入式（316），可以得到： (317)對(duì)于主動(dòng)輪的聚碳酸酯材料可以由其抗拉強(qiáng)度參考其抗切應(yīng)力的強(qiáng)度，故有： (318)由式318可知，爬壁機(jī)器人的主動(dòng)輪強(qiáng)度滿足要求，綜合以上討論證明可知爬壁機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，能夠保證機(jī)器人安全可靠地完成工作任務(wù)。機(jī)器人的動(dòng)力源、傳動(dòng)系統(tǒng)、背倉等都是裝在車體內(nèi)部的，因此車體應(yīng)當(dāng)做成上下車體組裝的形式；為了擴(kuò)大零部件安裝的空間車體設(shè)計(jì)成上下分層的結(jié)構(gòu)。 爬壁機(jī)器人車體的設(shè)計(jì)爬壁機(jī)器人車體長(zhǎng)為900mm，寬為400mm，硬質(zhì)合金鑄件壁厚8mm，為提高車體強(qiáng)度，上下車體的內(nèi)側(cè)均有加強(qiáng)肋板。上車體上面凸出室分為兩個(gè)空間分別放置控制系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)，上車體前端預(yù)留有兩個(gè)孔一個(gè)用于為汽油機(jī)加油，一個(gè)用于啟動(dòng)汽油機(jī)。圖35為車體的裝配圖。因此，車體連接螺栓受到較大的剪。聯(lián)結(jié)損壞可能的形式有：螺栓被剪斷，孔壁被壓潰等。在此，僅進(jìn)行螺栓受剪強(qiáng)度的校核。 本章小結(jié)為了將對(duì)履帶吸盤式爬壁機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理的研究與實(shí)踐相結(jié)合，本章對(duì)履帶吸盤式爬壁機(jī)器人進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)，針對(duì)可能出現(xiàn)的安全可靠性問題進(jìn)行了分析與驗(yàn)證。履帶與履帶輪的聯(lián)結(jié)經(jīng)過校核最可能出現(xiàn)的不安全事故為履帶輪輪齒的失效，因此對(duì)履帶輪的輪齒進(jìn)行了校核計(jì)算。37第4章 履帶吸盤式爬壁機(jī)器人附屬部件開發(fā)與設(shè)計(jì)第4章 履帶吸盤式爬壁機(jī)器人附屬部件開發(fā)與設(shè)計(jì)為完成特定的的功能，僅僅有機(jī)器人本體還是不夠的，在本章內(nèi)將對(duì)與機(jī)器人本體相配合的附屬部件進(jìn)行簡(jiǎn)單地研究與設(shè)計(jì)。背倉由背倉固定螺栓固定于車體內(nèi)，在上下車體相對(duì)于背倉開口處都開有取物口。圖41（a）所示為背倉的裝配體，圖41（b）為可轉(zhuǎn)位鎖柱組件在滑板上的裝配體。它由清潔系統(tǒng)支架、清潔電機(jī)、清潔頭、電池、開關(guān)等組成，清潔電機(jī)由電池供電，清潔口安裝在電機(jī)伸出桿上。圖42（a）所示為壁面清潔系統(tǒng)的三維裝配圖，（b）為裝配圖的爆炸視圖。在設(shè)計(jì)傳遞消防水管部件時(shí)應(yīng)做到兩點(diǎn)：第一，消防水管能夠安全牢固的固定在部件上；第二，便于固定與卸下。水管卡頭用于卡住消防水管的頭部，使其固定；壓水管板用以壓住頭部以下水管，避免水管頭部拉力過于集中而造成對(duì)水管的損壞。遙控控制系統(tǒng)包括地面遙控器和安裝于機(jī)器人上的信號(hào)接收器，它的作用分別是用于地面操作人員對(duì)機(jī)器人的操控和接收操控信號(hào)并將相應(yīng)的命令轉(zhuǎn)化為控制信號(hào)傳給動(dòng)作控制系統(tǒng)。本課題對(duì)控制系統(tǒng)部分沒有做較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)，僅做了相應(yīng)零部件的三維造型。a)控制系統(tǒng)部件 b）地面遙控器 圖44 控制系統(tǒng)零部件 本章小結(jié) 本章介紹了履帶吸盤式爬壁機(jī)器人的幾個(gè)附屬部件的結(jié)構(gòu)與功能。電動(dòng)式清潔壁面組件能夠隨爬壁機(jī)器人進(jìn)行壁面的清潔，而且具有清潔面積大，工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。 爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)由遙控控制系統(tǒng)和動(dòng)作控制系統(tǒng)組成，本章中對(duì)兩類控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成進(jìn)行了簡(jiǎn)單的敘述，側(cè)重于功能的定義與分39第5 章 結(jié)論與展望第5章 結(jié)論與展望履帶吸盤式爬壁機(jī)器人融合了真空吸盤吸附方式和履帶式行走方式的優(yōu)點(diǎn)，在越障、壁面適應(yīng)性等方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)履帶吸盤式爬壁機(jī)人的研究與開發(fā)正是本著這樣的宗旨，因此本結(jié)構(gòu)原理的研究與探討嘗試對(duì)啟發(fā)引導(dǎo)相關(guān)設(shè)計(jì)人員注重將現(xiàn)有爬壁機(jī)器人結(jié)構(gòu)原理相互融合并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行推陳出新具有重要的作用。因此，為了進(jìn)一步滿足市場(chǎng)對(duì)爬壁機(jī)器人的要求，應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)有理論做進(jìn)行更加深入地研究，完善現(xiàn)有設(shè)計(jì)。從本文的研究結(jié)果可以看出，爬壁機(jī)器人在工業(yè)、民生、國防等眾多領(lǐng)域有著極為重要而積極的作用。我國的爬壁機(jī)器人研究起步較晚但成果還是比較突出，因此我相信在相關(guān)研究人員的共同努力下，我國的爬壁機(jī)器人行業(yè)必將會(huì)迎來更加燦爛輝煌的明天。力偶對(duì)物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)。（解釋來自：百度百科） 圖注釋1 一對(duì)力偶示意圖（圖片來自百度網(wǎng)）②真空發(fā)生器：真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產(chǎn)生負(fù)壓的一種新型，高效，清潔，經(jīng)濟(jì)，小型的真空元器件，這使得在有壓縮空氣的地方，或在一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)中同時(shí)需要正負(fù)壓的地方獲得負(fù)壓變得十分容易和方便，真空發(fā)生器的傳統(tǒng)用途是吸盤配合進(jìn)行各種物搬運(yùn)。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),安全負(fù)載會(huì)隨著吸盤真空度的增加而增加，但是并不是線性增加的。圖注釋3 安全測(cè)試的裝置 注釋4吸力和安全負(fù)載之間的關(guān)系 （圖片來自文獻(xiàn)[1]） （圖片來自文獻(xiàn)[2]）45謝辭謝辭47能量物料信號(hào)模型：應(yīng)用于TRIZ理論的工程設(shè)計(jì)黑箱模型的改進(jìn)譯文與原文漢語譯文能量物料信號(hào)模型：應(yīng)用于TRIZ理論的工程設(shè)計(jì)黑箱模型的改進(jìn)Madara Ogot（美國賓夕法尼亞州州立大學(xué)，工程設(shè)計(jì)綱要及機(jī)械與核工程系，大學(xué)園，PA 16802,，美國 madaraogot）摘要：“發(fā)明問題的解決理論”（TRIZ）被廣泛地認(rèn)為是一種適用于多學(xué)科領(lǐng)域的有效的系統(tǒng)的創(chuàng)新方法。例如，黑箱建模技術(shù)，一種在工程設(shè)計(jì)中較為普遍的問題表達(dá)分析方法，被修改以應(yīng)用于TRIZ原理。因此，它移除了通向更加廣闊的TRIZ應(yīng)用的障礙而不需要設(shè)計(jì)者學(xué)習(xí)新的本質(zhì)不同的建模方法；本論文通過許多的實(shí)例達(dá)到了這種奇妙的功效。為了獲得更多的讀者，大多數(shù)的TRIZ文章均使用已為TRIZ協(xié)會(huì)開發(fā)了很多年的普通建模方法和術(shù)語。盡管TRIZ有如此強(qiáng)大的用途，但是無論是在工業(yè)上還是學(xué)術(shù)上它都沒有在工程設(shè)計(jì)方面得到廣泛的運(yùn)用。該目的的實(shí)現(xiàn)是通過將黑箱建模技術(shù)這一廣泛運(yùn)用于工程設(shè)計(jì)問題描述和分析的方法進(jìn)行改進(jìn)以使其能夠應(yīng)用于TRIZ。在以下的文章中，將由兩個(gè)實(shí)例講述“能源物質(zhì)信號(hào)”模型的發(fā)展與應(yīng)用。TRIZ是俄文中“發(fā)明問題的解決理論”的字頭，最早由以Genrich Altshuller為首的原蘇聯(lián)科研人員開始研究，現(xiàn)已被全世界所推廣運(yùn)用。這些最初的分析從眾多專利中提取出了眾多的解決模式，這些解決模式可以被成功地用來解決新問題。而核心是基于TRIZ的用于產(chǎn)品開發(fā)的程序模型。核心創(chuàng)業(yè)的開拓與突破是一個(gè)市場(chǎng)機(jī)遇、模式、路線和路線上的企業(yè)的技術(shù)狀態(tài)和企業(yè)的包容能力相融合的過程。構(gòu)造與加工的設(shè)計(jì)融合有賴于環(huán)境的支持。TRIZ被認(rèn)為是一種可以產(chǎn)生解決問題良好方法的原理，該原理運(yùn)用了先前發(fā)明家濃縮的知識(shí)精華。從圖1可以看出，一個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用TRIZ原理將一個(gè)具體的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)一般的TRIZ設(shè)計(jì)問題。該一般的TRIZ設(shè)計(jì)問題指向相應(yīng)的一般TRIZ設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以從這些設(shè)計(jì)方案中獲得解決他們具體設(shè)計(jì)問題的方法。如何將解決實(shí)際問題與創(chuàng)新結(jié)合起來呢？創(chuàng)新的核心是找到困難與矛盾所在，諸如解決沖突問題和尋求快速解決的辦法。但是成功與有價(jià)值的創(chuàng)新應(yīng)該是在數(shù)字技術(shù)環(huán)境下的進(jìn)行。發(fā)明的原理、標(biāo)準(zhǔn)解和作用解這些TRIZ原理的基本工具在這些情形下非常有用和有效的。若沖突矛盾確實(shí)存在，我們就可以選擇這些問題解決原理或者標(biāo)準(zhǔn)解去解決沖突、尋求答案。如果有一個(gè)或兩個(gè)概念被接受與認(rèn)可，它們就可以被融入到接下來的設(shè)計(jì)與制造環(huán)節(jié)中去；如果概念沒有被接受或認(rèn)可，就只能再次返回到創(chuàng)新評(píng)估階段去尋找新的解決方法。在39個(gè)工程參量和一個(gè)矛盾解決矩陣中，我們可以由實(shí)際問題依據(jù)40個(gè)原理選其中有用部分，選擇的前提是這些參量和要解決的矛盾有關(guān)連的。TRIZ理論中共有75個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，根據(jù)問題解決方式的不同，它們被劃分成五個(gè)大類。因此一個(gè)公式（被稱為物質(zhì)場(chǎng)）可以被定義為具有一個(gè)物質(zhì)S1，其被一個(gè)場(chǎng)F1作用，因而生成了第二個(gè)物質(zhì)S2。值得注意的是在眾多的TRIZ文獻(xiàn)中，對(duì)物質(zhì)場(chǎng)的圖表描述有很大的不同。參數(shù)S1 、S2也常常被稱為功能載體、功能作用體，功能作用體分別地作用于功能載體以對(duì)其產(chǎn)生所需要的影響。另外，如果功能作用體對(duì)功能載體具有損害性的影響，這時(shí)直的場(chǎng)線將會(huì)被彎曲成波浪線以表示將會(huì)有損害發(fā)生。s等人的主要工作是研究機(jī)械類導(dǎo)向型的專利，近年來許許多多的研究人員開始研究世界范圍內(nèi)涉及各個(gè)領(lǐng)域的專利同時(shí)不斷更新TRI