中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)論文

PAGE43-25畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)摘要隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們的身心健康越來越受到重視。而污染的中央空調(diào)日益成為危及人們身心的禍害根源。因此，中央空調(diào)尤其是中央空調(diào)管道的檢測(cè)與清洗越來越受到社會(huì)的重視。本文首先闡述了中央空調(diào)管道清洗的背景與現(xiàn)狀，結(jié)合國(guó)內(nèi)外中央空調(diào)清潔機(jī)器人的發(fā)展，闡明了本課題的研究背景和意義，簡(jiǎn)述了本文的組織形式和研究?jī)?nèi)容。然后重點(diǎn)介紹了中央空調(diào)清潔機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三大結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。同時(shí)，針對(duì)中央空調(diào)清潔機(jī)器人清掃中央空調(diào)管道時(shí)存在的難點(diǎn)，本文深入探討了機(jī)器人轉(zhuǎn)彎與安全行走的原理。最后，本文對(duì)主要工作和研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)今后的研究方向做出了展望。關(guān)鍵字：中央空調(diào)，機(jī)器人，旋轉(zhuǎn)刷，電動(dòng)機(jī)目錄中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì) I摘要 I第一章 前言 11.1課題的背景與意義 11.2機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 11.2.1國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人 21.2.2中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 31.3本課題的設(shè)計(jì)任務(wù) 3第二章中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì) 52.1工作原理及組成 52.2機(jī)器人設(shè)計(jì)原則 62.3整體方案選擇 7第三章行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.1機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 93.1.1電機(jī)的選擇 93.1.2傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì) 103.1.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 153.2導(dǎo)向輪系統(tǒng) 183.2.1導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 183.2.2電機(jī)的選取 183.2.3傳動(dòng)帶的選擇 193.2.4導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì) 21第四章清掃機(jī)構(gòu) -24-4.1清掃方案確定 -24-4.2旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件 -25-4.3構(gòu)件的選擇 -25-4.3.1氣動(dòng)馬達(dá)的選擇 -25-4.3.2旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì) -27-第五章監(jiān)視控制系統(tǒng) -28-5.1攝像頭的選擇 -28-5.2攝像頭的固定和調(diào)整 -28-5.3監(jiān)視器 -29-5.4照明裝置 -29-5.5灰塵收集裝置 -30-第六章結(jié)束語(yǔ) -31-參考文獻(xiàn) -33-謝辭 -34-機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前言1.1課題的背景與意義在室內(nèi)空氣污染來源中,中央空調(diào)的污染物與日俱增。2003年8月份中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院及衛(wèi)生部共同起草了GB19210-2003《空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)清洗規(guī)?！泛托l(wèi)生部2003《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)模》，衛(wèi)生部還于2005年提出了《公共場(chǎng)所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法》。目前全國(guó)共有上百萬(wàn)臺(tái)中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上尚無管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高,適用范圍廣，成本較低,對(duì)促進(jìn)我國(guó)中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意義。1.2機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對(duì)未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來越重要的作用。國(guó)外專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)和國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)，世界機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，從20世紀(jì)下半葉起，世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長(zhǎng)率平均在10％左右。2004年增長(zhǎng)率達(dá)到創(chuàng)記錄的20％。其中，亞洲機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出，高達(dá)43%1.2.1國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機(jī)器人圖1-1中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人技術(shù)參數(shù)

規(guī)格：380×260×180mm(長(zhǎng).寬.高)

重量：11.5kg

工作電壓：36v

行走速度：800mm/min——9800mm/min無極變速

爬坡能力：不小于40度

越障礙能力：不小于45mm

垃圾鏟負(fù)重：2kg

照明：高亮度LED

立體清掃能力：長(zhǎng)擺臂水平擺動(dòng)有效寬度達(dá)1250mm，垂直擺動(dòng)有效高度為1000mm，短擺臂水平擺動(dòng)有效寬度達(dá)800mm，垂直擺動(dòng)有效高度為800mm

特點(diǎn)：

◆采用雙滾刷結(jié)構(gòu)在擺臂與風(fēng)管側(cè)壁形成夾角時(shí)，保證將管道角部徹底清洗干凈（采用與管道垂直相切角度旋轉(zhuǎn)毛刷的機(jī)構(gòu)是不可能將角部清洗干凈的）。擺臂可以實(shí)現(xiàn)水平和垂直擺動(dòng)分別控制（速度為較適宜的往返10次/每分鐘），可同步運(yùn)動(dòng)，亦可停在擺臂行程當(dāng)中的任意位置，以適應(yīng)矩形風(fēng)管和圓形風(fēng)管的不同操作要求，實(shí)現(xiàn)真正的立體清掃?！粲绍涊S機(jī)提供的強(qiáng)大動(dòng)力（550瓦）既保證了毛刷大扭矩、高轉(zhuǎn)速的工作要求，毛刷旋轉(zhuǎn)方向亦可隨時(shí)調(diào)整（清掃管道底面時(shí)毛刷可將較大的顆粒粉塵抽掃到前方，提高了清洗潔凈度）。◆攝像機(jī)云臺(tái)置于車體后部，廣角鏡頭可全視角觀察到一米處毛刷在最大擺動(dòng)位置的工作狀態(tài)（視角1.5米），同時(shí)履帶行走機(jī)構(gòu)也始終在視線內(nèi)，方便確定機(jī)器人工作位置，清掃過程一覽無余。◆滾刷尺寸直徑較大，厚度較小，只要車體能通過就能進(jìn)行清洗工作，不會(huì)發(fā)生毛刷與風(fēng)管由于尺寸原因卡住的情況，清洗高度在250mm至600mm的管道時(shí)擺臂只需水平擺動(dòng)即可，一次行走就可完成方形或矩形管道的高效清洗?！魹榉乐骨逑摧^窄管道發(fā)生水平擺動(dòng)行程不能到位有可能造成齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生過載而損壞，特殊設(shè)計(jì)了擺臂角度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)。◆一機(jī)多能，清掃機(jī)器人前端裝配上垃圾清運(yùn)鏟，可以清理管道內(nèi)的塊狀物體，裝配上標(biāo)準(zhǔn)軟軸毛刷可方便地清掃圓形管道，裝配上氣鞭可以方便地對(duì)格柵式消聲孔板進(jìn)行清洗，裝配上氣溶膠噴霧裝置即可完成大截面管道全部空間的消毒工作。1.2.2中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)有超過500萬(wàn)個(gè)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(yùn)行了20年以上卻從未清洗。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)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(duì)中央空調(diào)帶來的疾病隱患有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識(shí)。為了保障公眾健康，2006年3月1日，衛(wèi)生部制定并實(shí)施了《公共場(chǎng)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(duì)空調(diào)管道進(jìn)行定期清洗勢(shì)在必行。因此，中央空調(diào)清洗行業(yè)將成為中國(guó)一個(gè)新興的有著巨大潛力的發(fā)展行業(yè)，對(duì)中央空調(diào)清潔機(jī)器人的研究與開發(fā)更是具有一定的社會(huì)價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。1.3本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人，要求機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動(dòng)作，能高效地完成管道內(nèi)的清污工作。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容為：（1）了解中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的基本知識(shí)。（2）進(jìn)行管道清潔機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)及其零部件設(shè)計(jì)。（3）設(shè)計(jì)原始參數(shù)：1）機(jī)器人可以在管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、按一定的曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。2）機(jī)器人的尺寸大?。焊叨确秶?70—400mm長(zhǎng)度范圍：310—780mm寬度范圍：300—800mm3）機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度為4—12m/min4）可以實(shí)現(xiàn)局部最大爬坡能力5）管內(nèi)越障2mm6）最大行程150m

第二章中央空調(diào)管道機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1工作原理及組成本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人（如圖2-1）用于污染的中央空調(diào)管道的清潔，整體結(jié)構(gòu)主要由行圖2-1中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人走機(jī)構(gòu)、清掃機(jī)構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機(jī)構(gòu)又分為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向輪系統(tǒng)兩部分。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖2-2）所示，驅(qū)動(dòng)方式為單電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前軸。在清掃之前，通過調(diào)整支撐臂上的螺釘來調(diào)節(jié)兩個(gè)導(dǎo)向輪（如圖2-3）的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時(shí)導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約20mm。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力F向機(jī)器人中心偏移，簡(jiǎn)化成牽引力F，及順時(shí)針的扭矩M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。其左轉(zhuǎn)的原理相同。清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機(jī)器人清掃系統(tǒng)的核心工作部件之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),與氣動(dòng)馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個(gè)裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動(dòng)馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。尼龍刷適用于所有材質(zhì)的管道,不會(huì)對(duì)管道壁造成損傷;鋼刷適用于各種鋼管;不銹鋼刷適用于鈦合金管道和銅鎳合金管道;銅刷適用于材質(zhì)為有色金屬的管道。清潔過程中，通過監(jiān)視系統(tǒng)可以方便的對(duì)清掃情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想時(shí)可以操縱機(jī)器人后退再清掃一次。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經(jīng)濟(jì)問題。目前全國(guó)共有上百萬(wàn)臺(tái)中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上尚無管道清潔機(jī)器人產(chǎn)品,本文設(shè)計(jì)的中央空調(diào)管道清潔機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高,適用范圍廣,成本較低,對(duì)促進(jìn)我國(guó)中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善室內(nèi)空氣質(zhì)量、提高生活和健康水平等具有積極的意義。2.2機(jī)器人設(shè)計(jì)原則（最小運(yùn)動(dòng)慣量原則）：由于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件多，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，采用最小運(yùn)動(dòng)慣量原則，可增加機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，提高機(jī)器人動(dòng)力學(xué)特性。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，并注意運(yùn)動(dòng)部件對(duì)轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心裝配。（尺度規(guī)劃優(yōu)化原則）

：當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時(shí)，通過尺度優(yōu)化以選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機(jī)器人剛度的提高，使運(yùn)動(dòng)慣量進(jìn)一步降低。（高強(qiáng)度材料選用原則）：由于操作機(jī)從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。

（剛度設(shè)計(jì)的原則）：機(jī)器人設(shè)計(jì)中，剛度是比強(qiáng)度更重要的問題，要使剛度最大，必須恰當(dāng)?shù)剡x擇桿件剖面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。

（可靠性原則）：機(jī)器人因機(jī)構(gòu)復(fù)雜、環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。一般來說，元器件的可靠性應(yīng)高于部件的可靠性，而部件的可靠性應(yīng)高于整機(jī)的可靠性。可以通過概率設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出可靠度滿足要求的零件或結(jié)構(gòu)，也可以通過系統(tǒng)可靠性綜合方法評(píng)定機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性。

（工藝性原則）：機(jī)器人是一種高精度、高集成度的自動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時(shí)要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致機(jī)器人性能的降低和成本的提高。2.3整體方案選擇本次設(shè)計(jì)的主要難題是機(jī)器人的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向控制，為此兩個(gè)比較成熟的方案：方案一：雙電機(jī)各驅(qū)動(dòng)機(jī)器人兩個(gè)前輪，工作人員通過攝像頭觀察機(jī)器人在管道中的運(yùn)行情況，適時(shí)調(diào)整兩電機(jī)的速度，對(duì)機(jī)器人進(jìn)項(xiàng)轉(zhuǎn)向控制。方案二：?jiǎn)坞姍C(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的前軸，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪系統(tǒng)，兩個(gè)導(dǎo)向輪的角度可調(diào)。清掃管道之前，調(diào)整兩個(gè)導(dǎo)向輪之間的橫向距離比管道寬度略窄，以大小相同方向相反的轉(zhuǎn)速與機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)啟停，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速度比驅(qū)動(dòng)輪線速度略大，當(dāng)某一導(dǎo)向輪碰到管壁時(shí)，導(dǎo)向輪的切向力和電機(jī)的牽引力的合力會(huì)迫使機(jī)器人轉(zhuǎn)向，從而保證機(jī)器人始終運(yùn)行在管道的中央并能完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向。相比較而言，方案一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，但兩電機(jī)的速度差的控制不好把握，兩電機(jī)啟動(dòng)的同步度不好控制，而且對(duì)工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，機(jī)器人的自動(dòng)化程度較低；方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上是個(gè)創(chuàng)新，提高了機(jī)器人的智能化，大大減輕了工作人員的工作量，只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳動(dòng)系統(tǒng)稍微復(fù)雜一些。綜合考慮這兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我決定采用方案二。另外本次設(shè)計(jì)采用輪式機(jī)構(gòu)傳輸，輪外部采用橡膠制履帶，工業(yè)橡膠與管道的摩擦系數(shù)為0.8，是普通塑料輪子與鋼管摩擦系數(shù)的5.8倍，是鋁合金輪子與鋼管摩擦系數(shù)的4.7倍。圖2-2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖圖2-3導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)圖

第三章行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（如圖2-2）所示，根據(jù)任務(wù)書的要求機(jī)器人在管道中的前進(jìn)速度為4—12m/min，即速度在0.067—0.2m/s之間。根據(jù)設(shè)計(jì)要求初步估計(jì)機(jī)器人小車的尺寸：長(zhǎng)寬高=3.1.1電機(jī)的選擇（1）根據(jù)外形尺寸，估計(jì)機(jī)器人的總質(zhì)量MM=箱體質(zhì)量+履帶機(jī)構(gòu)質(zhì)量+機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)質(zhì)量+旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)量+導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)質(zhì)量+傳輸線質(zhì)量+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量。大體估計(jì)總重為15kg。（2）計(jì)算驅(qū)動(dòng)機(jī)器人所需要的牽引力FF=履帶輪摩擦力+旋轉(zhuǎn)刷摩擦力，據(jù)估計(jì)牽引力大小在125N左右（3）電機(jī)的選取小型減速電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，比較符合該機(jī)器人的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用。初選減速交流電機(jī)，型號(hào)：70YN15-2的減速單相電容可逆電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)廠家江蘇無錫紅湖電機(jī)有限公司。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)如下：輸出功率：P=20W；電壓：U=220V；頻率：f=50HZ；電流：I=0.35A；輸出轉(zhuǎn)速：20r/min；允許負(fù)載：F=5Nm外形尺寸如（圖3-1）：圖3-1驅(qū)動(dòng)電機(jī)的外形尺寸3.1.2傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)如下：初選車輪直徑d=110mm，由車的前進(jìn)速度0.1m/s得第二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速：則傳動(dòng)比：u=（1）選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1）由選定的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)2）管道清潔機(jī)器人速度和扭矩不大，故選用7級(jí)精度（GB-10095-88）3）材料選擇：由參考書[1]表10-1選擇大小齒輪皆為40Cr調(diào)制淬火硬度為241-256HBS或48-55HRC選用小齒輪數(shù)和大齒輪數(shù)（3.1）取（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由參考書[1]設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即（3.2）式中：小齒輪分度圓直徑；….載荷系數(shù)；…..小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩；….齒寬系數(shù)；…..傳動(dòng)比；…彈性影響系數(shù)；…接觸疲勞許用應(yīng)力。1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值=1\*GB3①試選載荷系數(shù)=2\*GB3②計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩=3\*GB3③由參考書[1]表10-7選取齒寬系數(shù)=4\*GB3④由參考書[1]表10-6查德材料的彈性影響系數(shù)=5\*GB3⑤由參考書[1]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。其中：=1090MPa，=1090MPa。=6\*GB3⑥由參考書[1]式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，，。=7\*GB3⑦由參考書[1]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)，=1.14，=1.14=8\*GB3⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由參考書[1]式（10-12）得2）計(jì)算=1\*GB3①計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值=30=2\*GB3②計(jì)算圓周速度v=3\*GB3③計(jì)算齒寬b已知可得=4\*GB3④計(jì)算齒寬與齒高之比：已知模數(shù)，齒高得：=15/2.8125=5.33=5\*GB3⑤計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù)v=0.314m/s，7級(jí)精度，由參考書[1]圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)直齒輪，假設(shè)。由參考書[1]表10-3查得由參考書[1]表10-2查得使用系數(shù)由參考書[1]表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)：將數(shù)據(jù)代入后得：由參考書[1]圖10-13查得則有載荷系數(shù)=6\*GB3⑥按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑由參考書[1]式（10-10a）得：=30=30.517=7\*GB3⑦計(jì)算模數(shù)m(3)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由參考書[1]式（10-5）得彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式：（3.3）式中：m代表齒輪模數(shù)k代表載荷系數(shù)…小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩…齒寬系數(shù)1)確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值=1\*GB3①由參考書[1]圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度極限=2\*GB3②由參考書[1]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：=3\*GB3③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由參考書[1]式10-12得=4\*GB3④計(jì)算載荷系數(shù)K=5\*GB3⑤查得齒形系數(shù)由參考書[1]表10-5查得：=6\*GB3⑥查得應(yīng)力校正系數(shù)由參考書[1]表10-5查得：=7\*GB3⑦計(jì)算大小齒輪的并加以比較可知小齒輪的數(shù)值大。2）設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)此計(jì)算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算模數(shù)的數(shù)值，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒面直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù)1.213，可就近圓正為1.3，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)取20，大齒輪齒數(shù)。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（4）計(jì)算幾何尺寸1）計(jì)算分度圓直徑：2）計(jì)算中心距3）計(jì)算齒輪寬度取（5）演算：，合適。通過以上方案設(shè)計(jì)初選車輪直徑d=110mm，第二級(jí)齒輪轉(zhuǎn)速N=0.29r/s，傳動(dòng)比u=1.15。3.1.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)（1）求出輸出軸上的功率P轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T已知：傳遞功率，轉(zhuǎn)速n=0.29r/s扭矩T=9550000（2）求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為圓周力徑向力（3）初步確定軸的最小直徑：先按參考書[1]式（15.2）初步估算軸的最小直徑選軸的材料,由參考書[1]表（15-1）選35SiMn調(diào)質(zhì)處理，毛坯直徑此種材料的機(jī)械特性硬度299-286HBS。根據(jù)參考書[1]表（15-3）取A則又軸端安裝車輪需用鍵槽應(yīng)擴(kuò)大7%-8%故）=7.83，圓正為8mm。軸的具體尺寸設(shè)計(jì)見（圖3-2）。圖3-2齒輪軸（4）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度1）計(jì)算各力的大小由估算的車的重量和阻力得,,。由力矩平衡得，2）畫彎矩,扭矩圖（如圖3-3）所示。3）校核軸的強(qiáng)度已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)截面做彎矩合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力，其公式為。通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對(duì)稱循環(huán)便應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為（式中）圖3-3軸彎矩、扭矩圖對(duì)于直徑為d的圓周，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入上式，則軸的彎矩合成強(qiáng)度條件為（3.4）式中：軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為MPaM軸所受的彎矩，單位為N·mmT軸所受的扭矩，單位為N·mmW軸的抗彎截面系數(shù)，單位為mm，計(jì)算公式見參考書[1]表15-4對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，其值可按參考書[1]表15-1選用經(jīng)計(jì)算得。故經(jīng)校核該設(shè)計(jì)可用。前軸和后軸相比除沒有齒輪外可選用相同的尺寸，因?yàn)楹筝S承受了主要的彎矩力矩，軸經(jīng)校核符合要求，前軸也應(yīng)符合要求。4）軸承的選擇由于滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，具有=1\*GB3①摩擦阻力矩較小；=2\*GB3②徑向有隙較小、運(yùn)轉(zhuǎn)精度較高；=3\*GB3③結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而軸承主要須傳遞徑向載荷，所以選用應(yīng)用廣泛的深溝球軸承。根據(jù)軸徑選取型號(hào)：兩對(duì)型號(hào)為100的深溝球軸承。3.2導(dǎo)向輪系統(tǒng)3.2.1導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理為控制機(jī)器人在管道中前進(jìn)方向，在機(jī)器人前方左右兩端各安裝一個(gè)導(dǎo)向輪。在清掃之前，調(diào)整支撐臂上的螺釘來控制兩個(gè)導(dǎo)向輪的橫向距離，保證機(jī)器人處于管道中央時(shí)導(dǎo)向輪兩端距管道壁各有約20mm。清掃工程中，兩導(dǎo)向輪分別以大小相同，方向相反的速度旋轉(zhuǎn)（其中左導(dǎo)向輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），其旋轉(zhuǎn)速度比機(jī)器人前進(jìn)速度略大（如圖3-4）。如左邊的導(dǎo)向輪碰到管道的左壁，則導(dǎo)向輪的切向摩擦力F向機(jī)器人中心偏移，簡(jiǎn)化成牽引力F，及順時(shí)針的扭矩M，迫使機(jī)器人右轉(zhuǎn)。其左轉(zhuǎn)的原理相同。在此處可以仿照汽車的機(jī)構(gòu)—后輪采用差動(dòng)裝置，這樣可以更方便的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。但考慮到這樣會(huì)使結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，同時(shí)增加車重，會(huì)帶來一系列的問題。最重要的是，設(shè)計(jì)的機(jī)器人質(zhì)量較輕，并且行進(jìn)速度不高。這樣完全可以旨在導(dǎo)向輪的輔助作用下即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。3.2.2電機(jī)的選取因已知導(dǎo)向輪輸出線速度比驅(qū)動(dòng)輪線速度0.1m/s稍大，暫定0.12m/s，導(dǎo)向輪直徑暫定66mm，帶的傳動(dòng)比為2，則電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為86.86r/min。在此選用小型交流減速電機(jī)，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價(jià)格低，且購(gòu)買方便。通過網(wǎng)上查詢并對(duì)它的輸出轉(zhuǎn)距，輸出轉(zhuǎn)速，以及安裝尺寸進(jìn)行比較，再次用北京臺(tái)立偉成機(jī)電有限公司的電機(jī)，型號(hào)為2IK6A-C。電動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)和尺寸如表3-1：表3-1電機(jī)性能參數(shù)輸出功率P電壓U頻率f電流I輸出轉(zhuǎn)速N允許負(fù)載T6W220V50Hz0.25A50r/min1.4Nm圖3-4機(jī)器人在管道中前進(jìn)示意圖3.2.3傳動(dòng)帶的選擇3.2.3.1傳動(dòng)方案的確定由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)與導(dǎo)向輪是遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，所以采用傳動(dòng)帶，并且?guī)鲃?dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸振，且造價(jià)低廉，不需要潤(rùn)滑，維護(hù)容易等特點(diǎn)。平帶雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是尺寸較大，最小尺寸系列的平帶的最小帶輪直徑為112mm，所以不合適。雖然輕型V帶系列，尺寸小，傳動(dòng)功率大，但是它適合傳動(dòng)中高速轉(zhuǎn)速，即小帶輪轉(zhuǎn)速在100—5000r/min之間。而所設(shè)計(jì)的減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為50r/min，雖然傳遞功率并不大，但是由于轉(zhuǎn)速太低，帶所傳遞的力就很大，那么所選帶的型號(hào)就大，根數(shù)也多，所以也不合適。因此選擇了圓弧齒同步帶（HTD）,它能在低速下傳遞較大功率，預(yù)緊力小，結(jié)構(gòu)緊湊，而且它的耐磨性好，工作時(shí)噪音小，不需要潤(rùn)滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境，已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。3.2.3由參考書[2]中表36.1-71同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程如下：（1）設(shè)計(jì)功率PdPd=KAP=1.00.006kw=0.006kw,其中工況系數(shù)KA=1.02)選帶型和節(jié)距Pb根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pb和小帶輪轉(zhuǎn)速n1=50r/min,由參考書[2]圖36.1-22選帶型5M節(jié)距Pb=5mm3)小帶輪齒數(shù)Z1和節(jié)圓直徑dP由Z1（由參考書[2]表36.1-81查得），選取Z1=15dP==4)確定大齒輪齒數(shù)Z2和節(jié)圓直徑dPZ=iZ25)帶速v6)初定軸間距aa=182mm7)帶長(zhǎng)L及其齒數(shù)Z查表取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng)480mm,齒數(shù)Z=308）實(shí)際軸間距a當(dāng)軸間距不可調(diào)整時(shí)，根據(jù)已知條件：a=可算出==172.489）帶寬bs已知各種帶型的基準(zhǔn)寬度如表3.2所示：表3-2各種帶型的基準(zhǔn)寬度帶型3M5M8M14M20Mb592040115因所選帶型為5M，則基準(zhǔn)寬度b=9mm由參考書[2]公式36.1-7計(jì)算得，bs=9mm3.2.4導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)3.2.4.1由由參考書[2]表36.1-90知圓弧齒同步帶帶輪尺寸如（表3-3）：（單位：mm）表3-3圓弧齒同步帶帶輪尺寸項(xiàng)目符號(hào)5M節(jié)圓直徑dd外圓直徑dd=d-2a=43.45齒形尺寸齒槽弧半徑R1.56齒槽深h2.16齒槽角214齒頂圓角半徑r0.48節(jié)頂距2a1.14為了方便加工，導(dǎo)向輪應(yīng)該是簡(jiǎn)單的圓柱形。同時(shí)為了增大摩擦力，適當(dāng)增大其高度（15mm）及直徑（5mm），加工好之后再在導(dǎo)向輪外面纏上一層工業(yè)橡膠。3.2.4為了減輕尺寸及重量，可以選擇軸的材料選用40Cr。（1）初選軸徑由于軸為傳動(dòng)軸，主要受轉(zhuǎn)距，受很小的彎矩，所以利用根據(jù)按轉(zhuǎn)距計(jì)算軸徑的計(jì)算公式，由參考書[2]中表20-10知：對(duì)于實(shí)心軸：d（3.5）式中：P…軸的輸出功率N…軸的轉(zhuǎn)速A…與軸材料及其相應(yīng)的許用扭剪應(yīng)力有關(guān)的設(shè)計(jì)系數(shù)，選取A=1058（由參考書[2]表20-11查得），計(jì)算得：d。取d=14mm（由下面軸承安裝尺寸dmin=12.4mm求得）（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于傳動(dòng)軸較短，帶輪尺寸很小，帶輪的軸向及周向固定很不方便，所以決定將帶輪、導(dǎo)向輪及軸作成一體，如圖3-5。圖3-5傳動(dòng)軸尺寸3.2.4根據(jù)軸徑d選取軸承號(hào)為6000的深溝球軸承，其中軸承內(nèi)圈通過軸向固定，軸向固定通過與軸過盈配合。外圈與軸承孔過盈配合進(jìn)行軸向固定，軸向固定通過端蓋實(shí)現(xiàn)。

第四章清掃機(jī)構(gòu)清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機(jī)器人清掃機(jī)構(gòu)的核心工作部件之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),與氣動(dòng)馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進(jìn)行長(zhǎng)度調(diào)節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個(gè)裝置可以進(jìn)行俯仰調(diào)整,從而保證在管道都能徹底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動(dòng)馬達(dá)吹出的高壓空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機(jī)抽出。設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)刷頭有四種材料系列:尼龍刷、鋼刷、不銹鋼刷和銅刷。尼龍刷適用于所有材質(zhì)的管道,不會(huì)對(duì)管道壁造成損傷;鋼刷適用于各種鋼管;不銹鋼刷適用于鈦合金管道和銅鎳合金管道;銅刷適用于材質(zhì)為有色金屬的管道。此外應(yīng)注意的一個(gè)問題是：旋轉(zhuǎn)刷在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，管道上部的灰塵會(huì)在旋轉(zhuǎn)刷的的帶動(dòng)下飛向前方，而管道下方的灰塵則會(huì)飛向機(jī)器人本身。為此可以在機(jī)器人的下部安裝一臺(tái)吹風(fēng)機(jī)將灰塵吹向前方，但考慮到這樣會(huì)使機(jī)器人的重量加大，這樣會(huì)帶來一系列問題，比如：會(huì)增大驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)馬達(dá)的功率，從而加大了車重和車的尺寸，這樣做。是得不償失的，因此我決定在管道的另一端裝上灰塵收集裝置（即一個(gè)大的抽風(fēng)機(jī)），這樣就可以將灰塵都吸走。從而解決了以上的問題。4.1清掃方案確定為了提高清掃的質(zhì)量，系統(tǒng)可以采用左右擺動(dòng)或上下擺動(dòng)。當(dāng)采用上下擺動(dòng)時(shí)，可以采用四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)或不完全齒。當(dāng)采用左右擺動(dòng)時(shí)，則須在支撐桿上加上一個(gè)支桿，并須用球鉸鏈聯(lián)接，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。同時(shí)在支撐桿上鉆孔安裝鉸鏈會(huì)對(duì)桿產(chǎn)生削弱。此外如想改變旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的高度也不易實(shí)現(xiàn)，故不采用此結(jié)構(gòu)。此兩種方案設(shè)計(jì)出來的旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，鑒于目前所學(xué)知識(shí)限制，我設(shè)計(jì)了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的清掃方案，即在氣動(dòng)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)刷實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)管道進(jìn)行清洗。4.2旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的主要構(gòu)件有氣動(dòng)馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)刷、支架、夾具、螺管等。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4-1所示：圖4-1旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)簡(jiǎn)圖4.3構(gòu)件的選擇4.3.1氣動(dòng)馬達(dá)的選擇氣動(dòng)馬達(dá)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)的原動(dòng)機(jī)，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力裝置。各類型式的氣馬達(dá)盡管結(jié)構(gòu)不同，工作原理有區(qū)別，但大多數(shù)氣馬達(dá)具有以下特點(diǎn)：（1）可以無級(jí)調(diào)速。只要控制進(jìn)氣閥或排氣閥的開度，即控制壓縮空氣的流量，就能調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出功率和轉(zhuǎn)速。便可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的目的。（2）能夠正轉(zhuǎn)也能反轉(zhuǎn)。大多數(shù)氣馬達(dá)只要簡(jiǎn)單地用操縱閥來改變馬達(dá)進(jìn)、排氣方向，即能實(shí)現(xiàn)氣馬達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時(shí)換向。在正反向轉(zhuǎn)換時(shí)，沖擊很小。氣馬達(dá)換向工作的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它具有幾乎在瞬時(shí)可升到全速的能力。葉片式氣馬達(dá)可在一轉(zhuǎn)半的時(shí)間內(nèi)升至全速；活塞式氣馬達(dá)可以在不到一秒的時(shí)間內(nèi)升至全速。利用操縱閥改變進(jìn)氣方向，便可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時(shí)間短，速度快，沖擊性小，而且不需卸負(fù)荷。（3）工作安全，不受振動(dòng)、高溫、電磁、輻射等影響，適用于惡劣的工作環(huán)境，在易燃、易爆、高溫、振動(dòng)、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。

（4）有過載保護(hù)作用，不會(huì)因過載而發(fā)生故障。過載時(shí)，馬達(dá)只是轉(zhuǎn)速降低或停止，當(dāng)過載解除，立即可以重新正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機(jī)件損壞等故障?？梢蚤L(zhǎng)時(shí)間滿載連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，溫升較小。（5）具有較高的起動(dòng)力矩，可以直接帶載荷起動(dòng)。起動(dòng)、停止均迅速。可以帶負(fù)荷啟動(dòng)。啟動(dòng)、停止迅速。（6）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬。功率小至幾百瓦，大至幾萬(wàn)瓦；轉(zhuǎn)速可從零一直到每分鐘萬(wàn)轉(zhuǎn)。（7）操縱方便，維護(hù)檢修較容易氣馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，馬力大，操縱容易，維修方便。（8）使用空氣作為介質(zhì)，無供應(yīng)上的困難，用過的空氣不需處理，放到大氣中無污染壓縮空氣可以集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送由于氣馬達(dá)具有以上諸多特點(diǎn)，故它可在潮濕、高溫、高粉塵等惡劣的環(huán)境下工作。除被用于礦山機(jī)械中的鑿巖、鉆采、裝載等設(shè)備中作動(dòng)力外，船舶、冶金、化工、造紙等行業(yè)也廣泛地采用。

因?yàn)闅鈩?dòng)馬達(dá)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，使用氣動(dòng)馬達(dá)可以使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)刷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，經(jīng)過選擇比較，我決定選取葉片式氣動(dòng)馬達(dá)。葉片式氣動(dòng)馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）保證迅速的啟動(dòng)；

（2）非常簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速；

（3）過載停轉(zhuǎn)不會(huì)被損壞；

（4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)壽命，低價(jià)格；

（5）瞬時(shí)逆轉(zhuǎn)；

（6）可以無油操作經(jīng)過網(wǎng)上查詢，我決定選取溫州博泰機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的氣動(dòng)馬達(dá)，他們生產(chǎn)的氣動(dòng)馬達(dá)主要有以下幾種型號(hào):表4-1氣動(dòng)馬達(dá)型號(hào)型號(hào)最大功率(Hp)最大功率時(shí)扭矩（N.m)停止轉(zhuǎn)矩（N.m）啟動(dòng)扭矩（N.m）額定轉(zhuǎn)速（rpm）耗氣量

(L/m3)重量

（Kg)TMY0050.050.180.350.301960600.95TMY0100.100.360.730.6319601301.8TMY0400.402.04.03.2414004203.2TMY0600.603.06.15.1514006404.2TMY1501.507.514.612.51400200010.4TMY2502.508.917.314.81400300012.8VAM1501.503.556.95.9296022004.9VAM3603.609.017.515.3296056009.6經(jīng)過選擇，我決定采用TMY010型號(hào)的氣動(dòng)馬達(dá)，其三維立體圖如圖4-2所示。圖4-2氣動(dòng)馬達(dá)4.3.2旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的清掃刷的示意圖如圖4-3所示。圖4-3清掃刷的示意圖圖中表示了清掃刷的左右兩半部分，中間空的地方是連接氣動(dòng)馬達(dá)的。其中，刷子的兩個(gè)端面部分的刷毛做成弧狀是為了能夠更徹底的清掃，此外，在兩端刷子對(duì)應(yīng)氣動(dòng)馬達(dá)伸出軸上圓周的位置可設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的安裝開口銷的銷釘口以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刷與氣動(dòng)馬達(dá)的連接。

第五章監(jiān)視控制系統(tǒng)5.1攝像頭的選擇（1）目前，市場(chǎng)上的主流攝像頭使用的感光元件主要有CCD和CMOS兩種。CCD是應(yīng)用在攝影、攝像方面的高端元素技術(shù)，采用CCD感光元件的攝像頭在各方面的性能都不錯(cuò)，具有成像靈敏度高、抗震動(dòng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較貴。CMOS則主要應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，具有價(jià)格低、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，但CMOS攝像頭對(duì)光源要求高。（2）現(xiàn)在市場(chǎng)上數(shù)碼攝像頭的連接方式有接口卡、并口和USB接口三種。通過對(duì)工作環(huán)境、圖像要求以及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，決定采用GS-388彩色數(shù)碼攝像機(jī)，由于管道內(nèi)光線較暗，所以另外安裝燈光照明系統(tǒng)。5.2攝像頭的固定和調(diào)整由于所清掃管道的高度變化范圍很大，所以需要方便的調(diào)整攝像頭的高度。本設(shè)計(jì)采用攝像頭螺管與機(jī)器人基座螺紋連接，并用緊定螺釘壓緊，根據(jù)需要靈活可靠的調(diào)整攝像頭及照明系統(tǒng)的高度。另外攝像頭、照明系統(tǒng)、支架用緊定螺釘固定，可以圖5-1攝像頭旋松螺釘，對(duì)攝像頭及照明系統(tǒng)進(jìn)行俯仰角的調(diào)整，再擰緊固定，也能很方便可靠的根據(jù)需要調(diào)整視角范圍。如圖5-1所示5.3監(jiān)視器采用10英寸彩色視頻監(jiān)視器，攝像頭通過并行接口方便的接在監(jiān)視器上，監(jiān)視器還具有錄像功能，記錄整個(gè)清掃過程，使清掃工作有案可查。5.4照明裝置本方案用到的照明裝置，可以到相關(guān)的廠家購(gòu)買，攝像頭主要用來觀察管道內(nèi)的情況，但因管道為封閉的，光線暗淡，其要在照明裝置——燈泡的幫助下，才可以成功的觀察管道是否清掃干凈，以便徹底清潔中央空調(diào)管道。它們用電線連接著遠(yuǎn)程的供電設(shè)備，保證它們的正常工作。總之通過監(jiān)視系統(tǒng)可以方便的對(duì)清掃情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想時(shí)可以操縱機(jī)器人后退再清掃一次。此外通過記錄清掃過程，也可避免一些經(jīng)濟(jì)問題。5.5灰塵收集裝置灰塵收集裝置是與機(jī)器人分離的一個(gè)裝置，為設(shè)計(jì)方便起見，我決定采用一個(gè)大功率的抽風(fēng)機(jī)在連接里格管子通向空調(diào)管道中，在抽風(fēng)機(jī)下部再安裝一個(gè)灰塵收集的塑料兜。當(dāng)風(fēng)機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，從而將灰塵吸入塑料兜中。由于抽風(fēng)機(jī)都有現(xiàn)成的設(shè)備，因此我決定在網(wǎng)上查找有關(guān)的成品。網(wǎng)上查找抽風(fēng)機(jī)（杭州春蘭電器有限公司）如圖5-2所示。其性能參數(shù)如表5-1所示。圖5-2抽風(fēng)機(jī)表5-1抽風(fēng)機(jī)參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)SHWX-100BSHWX-120B容差值額定電壓（V）220220/額定頻率()5050/額定輸入功率1000120010%最大真空度2021.5-5%最大風(fēng)量33.1-8%溫升/噪聲/火花等級(jí)<二級(jí)<二級(jí)/絕緣等級(jí)BB/最大吸入效率30%31%-10%

第六章結(jié)束語(yǔ)通過本次課題的設(shè)計(jì)，本文完成的工作主要包括以下方面：1．可組合的機(jī)械設(shè)計(jì)模式，使機(jī)器人可以適應(yīng)不同高度管道的要求，因此適應(yīng)性更強(qiáng)；2．加入了攝像機(jī)及監(jiān)視器，使監(jiān)控更加方便；3．機(jī)械臂可伸縮旋轉(zhuǎn)，在兩臂間掛載清洗刷的設(shè)計(jì)使機(jī)器人可以輕松的清洗管道頂和管道壁。為了更好的完成清洗任務(wù)，本課題所開發(fā)的中央空調(diào)清潔機(jī)器人可在以下方面做進(jìn)一步深入研究：1．本文設(shè)計(jì)的機(jī)器人主要針對(duì)清潔，同時(shí)因負(fù)載不足，因此并不能滿足消毒的要求。將來機(jī)器人可以在機(jī)械臂安裝噴槍等裝置，使機(jī)器人在功能上不斷完善；2．研究采用大容量的電池供電設(shè)備，提高機(jī)器人的動(dòng)力，提高清潔的效率；3．增加數(shù)字信號(hào)處理器，以便添加圖像識(shí)別功能，增強(qiáng)機(jī)器人的識(shí)別和溝通能力；4．采用4個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的低置擺軸式履帶足行走機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人矩形管道和圓形管道的通用性。由于各方面的限制，關(guān)于管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有待進(jìn)一步深入研究，尤其應(yīng)該更多到實(shí)際應(yīng)用中去檢驗(yàn)。

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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：

學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日

獨(dú)創(chuàng)聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。

作者簽名:二〇一〇年九月二十日

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解**學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）

作者簽名:二〇一〇年九月二十日

基本要求：寫畢業(yè)論文主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立分析，解決實(shí)際問題的能力，使學(xué)生得到從事本專業(yè)工作和進(jìn)行相關(guān)的基本訓(xùn)練。畢業(yè)論文應(yīng)反映出作者能夠準(zhǔn)確地掌握所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，基本學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)研究的方法，對(duì)所研究的題目有一定的心得體會(huì)，論文題目的范圍不宜過寬，一般選擇本學(xué)科某一重要問題的一個(gè)側(cè)面。畢業(yè)論文的基本教學(xué)要求是：1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用、鞏固與擴(kuò)展所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決實(shí)際問題能力、培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)和信息的能力。2、培養(yǎng)學(xué)生正確的理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。3、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行社會(huì)調(diào)查研究；文獻(xiàn)資料收集、閱讀和整理、使用；提出論點(diǎn)、綜合論證、總結(jié)寫作等基本技能。畢業(yè)論文是畢業(yè)生總結(jié)性的獨(dú)立作業(yè)，是學(xué)生運(yùn)用在校學(xué)習(xí)的基本知識(shí)和基礎(chǔ)理論，去分析、解決一兩個(gè)實(shí)際問題的實(shí)踐鍛煉過程，也是學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間學(xué)習(xí)成果的綜合性總結(jié)，是整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。撰寫畢業(yè)論文對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生初步的科學(xué)研究能力，提高其綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題能力有著重要意義。畢業(yè)論文在進(jìn)行編寫的過程中，需要經(jīng)過開題報(bào)告、論文編寫、論文上交評(píng)定、論文答辯以及論文評(píng)分五個(gè)過程，其中開題報(bào)告是論文進(jìn)行的最重要的一個(gè)過程，也是論文能否進(jìn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。撰寫意義：1.撰寫畢業(yè)論文是檢驗(yàn)學(xué)生在校學(xué)習(xí)成果的重要措施，也是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。大學(xué)生在畢業(yè)前都必須完成畢業(yè)論文的撰寫任務(wù)。申請(qǐng)學(xué)位必須提交相應(yīng)的學(xué)位論文，經(jīng)答辯通過后，方可取得學(xué)位?？梢赃@么說，畢業(yè)論文是結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)生活走向社會(huì)的一個(gè)中介和橋梁。畢業(yè)論文是大學(xué)生才華的第一次顯露，是向祖國(guó)和人民所交的一份有份量的答卷，是投身社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的報(bào)到書。一篇畢業(yè)論文雖然不能全面地反映出一個(gè)人的才華，也不一定能對(duì)社會(huì)直接帶來巨大的效益，對(duì)專業(yè)產(chǎn)生開拓性的影響。但是，實(shí)踐證明，撰寫畢業(yè)論文是提高教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，是保證出好人才的重要措施。2.通過撰寫畢業(yè)論文，提高寫作水平是干部隊(duì)伍“四化”建設(shè)的需要。黨中央要求，為了適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，領(lǐng)導(dǎo)班子成員應(yīng)當(dāng)逐步實(shí)現(xiàn)“革命化、年輕化、知識(shí)化、專業(yè)化”。這個(gè)“四化”的要求，也包含了對(duì)干部寫作能力和寫作水平的要求。3.提高大學(xué)生的寫作水平是社會(huì)主義物質(zhì)文明和精神文明建設(shè)的需要。在新的歷史時(shí)期，無論是提高全族的科學(xué)文化水平，掌握現(xiàn)代科技知識(shí)和科學(xué)管理方法，還是培養(yǎng)社會(huì)主義新人，都要求我們的干部具有較高的寫作能力。在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，作為領(lǐng)導(dǎo)人員和機(jī)關(guān)的辦事人員，要寫指示、通知、總結(jié)、調(diào)查報(bào)告等應(yīng)用文；要寫說明書、廣告、解說詞等說明文；還要寫科學(xué)論文、經(jīng)濟(jì)評(píng)論等議論文。在當(dāng)今信息社會(huì)中，信息對(duì)于加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮著愈來愈大的作用。寫作是以語(yǔ)言文字為信號(hào)，是傳達(dá)信息的方式。信息的來源、信息的收集、信息的儲(chǔ)存、整理、傳播等等都離不開寫作。論文種類：畢業(yè)論文是學(xué)術(shù)論文的一種形式，為了進(jìn)一步探討和掌握畢業(yè)論文的寫作規(guī)律和特點(diǎn)，需要對(duì)畢業(yè)論文進(jìn)行分類。由于畢業(yè)論文本身的內(nèi)容和性質(zhì)不同，研究領(lǐng)域、對(duì)象、方法、表現(xiàn)方式不同，因此，畢業(yè)論文就有不同的分類方法。按內(nèi)容性質(zhì)和研究方法的不同可以把畢業(yè)論文分為理論性論文、實(shí)驗(yàn)性論文、描述性論文和設(shè)計(jì)性論文。后三種論文主要是理工科大學(xué)生可以選擇的論文形式，這里不作介紹。文科大學(xué)生一般寫的是理論性論文。理論性論文具體又可分成兩種：一種是以純粹的抽象理論為研究對(duì)象，研究方法是嚴(yán)密的理論推導(dǎo)和數(shù)學(xué)運(yùn)算，有的也涉及實(shí)驗(yàn)與觀測(cè)，用以驗(yàn)證論點(diǎn)的正確性。另一種是以對(duì)客觀事物和現(xiàn)象的調(diào)查、考察所得觀測(cè)資料以及有關(guān)文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，研究方法是對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行分析、綜合、概括、抽象，通過歸納、演繹、類比，提出某種新的理論和新的見解。按議論的性質(zhì)不同可以把畢業(yè)論文分為立論文和駁論文。立論性的畢業(yè)論文是指從正面闡述論證自己的觀點(diǎn)和主張。一篇論文側(cè)重于以立論為主，就屬于立論性論文。立論文要求論點(diǎn)鮮明，論據(jù)充分，論證嚴(yán)密，以理和事實(shí)服人。駁論性畢業(yè)論文是指通過反駁別人的論點(diǎn)來樹立自己的論點(diǎn)和主張。如果畢業(yè)論文側(cè)重于以駁論為主，批駁某些錯(cuò)誤的觀點(diǎn)、見解、理論，就屬于駁論性畢業(yè)論文。駁論文除按立論文對(duì)論點(diǎn)、論據(jù)、論證的要求以外，還要求針鋒相對(duì)，據(jù)理力爭(zhēng)。按研究問題的大小不同可以把畢業(yè)論文分為宏觀論文和微觀論文。凡屆國(guó)家全局性、帶有普遍性并對(duì)局部工作有一定指導(dǎo)意義的論文，稱為宏觀論文。它研究的面比較寬廣，具有較大范圍的影響。反之，研究局部性、具體問題的論文，是微觀論文。它對(duì)具體工作有指導(dǎo)意義，影響的面窄一些。另外還有一種綜合型的分類方法，即把畢業(yè)論文分為專題型、論辯型、綜述型和綜合型四大類：1．專題型論文。這是分析前人研究成果的基礎(chǔ)上，以直接論述的形式發(fā)表見解，從正面提出某學(xué)科中某一學(xué)術(shù)問題的一種論文。如本書第十二章例文中的《淺析領(lǐng)導(dǎo)者突出工作重點(diǎn)的方法與藝術(shù)》一文，從正面論述了突出重點(diǎn)的工作方法的意義、方法和原則，它表明了作者對(duì)突出工作重點(diǎn)方法的肯定和理解。2．論辯型論文。這是