畢業(yè)設(shè)計（論文）中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計

1、 衢州學(xué)院衢州學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）畢業(yè)設(shè)計（論文） 題題目：目：中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計 作作者：者： 系系 （部）：（部）： 機械工程學(xué)院機械工程學(xué)院 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 機械設(shè)計與制造機械設(shè)計與制造 08 級（級（2）班）班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 職職稱：稱： 講講 師師 二零一一年一月十八日二零一一年一月十八日 中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計 摘摘 要要 隨著經(jīng)濟發(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 的檢測與清洗越來越受到社會的重視。 本文首先闡

2、述了中央空調(diào)管道清洗的背景與現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外中央空 調(diào)清潔機器人的發(fā)展，闡明了本課題的研究背景和意義，簡述了本文的組 織形式和研究內(nèi)容。然后重點介紹了中央空調(diào)清潔機器人行走機構(gòu)、清掃 機構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三大結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)過程。同時，針對中央空調(diào)清 潔機器人清掃中央空調(diào)管道時存在的難點，本文深入探討了機器人轉(zhuǎn)彎與 安全行走的原理。 最后，本文對主要工作和研究內(nèi)容進行了總結(jié)，并對今后的研究方向 做出了展望。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字： 中央空調(diào)，機器人，旋轉(zhuǎn)刷，電動機 目目錄錄 中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計中央空調(diào)管道清潔機器人的設(shè)計i 摘摘 要要i 第一章第一章前前 言言1 1.1 課題的背景與意義 1

3、1.2 機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1 1.2.1 國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機器人 2 1.2.2 中央空調(diào)管道清潔機器人發(fā)展趨勢 3 1.3 本課題的設(shè)計任務(wù) 3 第二章第二章 中央空調(diào)管道機器人系統(tǒng)設(shè)計中央空調(diào)管道機器人系統(tǒng)設(shè)計5 2.1 工作原理及組成 5 2.2 機器人設(shè)計原則 6 2.3 整體方案選擇 7 第三章第三章 行走機構(gòu)設(shè)計行走機構(gòu)設(shè)計9 3.1 機器人驅(qū)動機構(gòu) 9 3.1.1 電機的選擇 9 3.1.2 傳動齒輪的設(shè)計 10 3.1.3 傳動軸的設(shè)計 15 3.2 導(dǎo)向輪系統(tǒng) 18 3.2.1 導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 18 3.2.2 電機的選取 18 3.2.3 傳動帶的選擇 19 3

4、.2.4 導(dǎo)向輪的設(shè)計 21 第四章第四章 清掃機構(gòu)清掃機構(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 氣動馬達(dá)的選擇 - 25 - 4.3.2 旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計 - 27 - 第五章第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng)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 - 第六章第六章 結(jié)束語結(jié)束語- 31 - 參參 考考 文文 獻獻- 33 - 謝謝 辭辭- 34 - 第一

5、章第一章 前前 言言 1.11.1 課題的背景與意義課題的背景與意義 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)模和衛(wèi)生部 2003公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)模 ，衛(wèi)生部還于 2005 年提出了公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生管理辦法 。 目前全國共有上百萬臺中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國 內(nèi)市場上尚無管道清潔機器人產(chǎn)品,本文設(shè)計的中央空調(diào)管道清潔機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單， 自動化程度高,適用范圍廣，成本較低,對促進我國中央空調(diào)管道清洗行業(yè)的發(fā)展、改善 室內(nèi)空氣質(zhì)量、提

6、高生活和健康水平等具有積極的意義。 1.21.2 機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢機器人的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣， 作為先進制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越 來越重要的作用。國外專家預(yù)測，機器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計算機之后出現(xiàn)的一種新的大 型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(unece)和國際機器人聯(lián)合會(ifr)的統(tǒng)計，世 界機器人市場前景看好，從 20 世紀(jì)下半葉起，世界機器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長的 良好勢頭。進入 20 世紀(jì) 90 年代，機器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長率平均在 10左 右。2004

7、年增長率達(dá)到創(chuàng)記錄的 20。其中，亞洲機器人增長幅度最為突出，高達(dá) 43% 1.2.1 國內(nèi)領(lǐng)先水平的管道清潔機器人 圖 1-1 中央空調(diào)管道清潔機器人 技術(shù)參數(shù) 規(guī)格：380260180mm(長.寬.高) 重量：11.5kg 工作電壓：36v 行走速度：800mm/min9800mm/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：長擺臂水平擺動有效寬度達(dá) 1250mm，垂直擺動有效高度為 1000mm，短 擺臂水平擺動有效寬度達(dá) 800mm，垂直擺動有效高度為 800mm 特點： 采用雙滾刷結(jié)構(gòu)在擺臂與風(fēng)管

8、側(cè)壁形成夾角時，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)毛刷的機構(gòu)是不可能將角部清洗干凈的） 。擺臂可以實現(xiàn)水 平和垂直擺動分別控制（速度為較適宜的往返 10 次/每分鐘） ，可同步運動，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，實現(xiàn)真正的立 體清掃。 由軟軸機提供的強大動力（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)方向亦可隨時調(diào)整（清掃管道底面時毛刷可將較大的顆粒粉塵抽掃到前方， 提高了清洗潔凈度） 。 攝像機云臺置于車體后部，廣角鏡頭可全視角觀察到一米處毛刷在最大擺動位置的 工作狀態(tài)（視角 1.5 米） ，同時履帶行走機構(gòu)

9、也始終在視線內(nèi)，方便確定機器人工 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行清洗工作，不會發(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 的管道時擺臂只需水 平擺動即可，一次行走就可完成方形或矩形管道的高效清洗。 為防止清洗較窄管道發(fā)生水平擺動行程不能到位有可能造成齒輪傳動機構(gòu)發(fā)生過載 而損壞，特殊設(shè)計了擺臂角度自適應(yīng)機構(gòu)。 一機多能，清掃機器人前端裝配上垃圾清運鏟，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格柵式消聲孔板 進行清洗，裝配上氣溶膠噴霧裝置即可完成大截面管道全部空間

10、的消毒工作。 1.2.2 中央空調(diào)管道清潔機器人發(fā)展趨勢 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。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(dāng)深刻的認(rèn)識。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。 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)

11、，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。 1.31.3 本課題的設(shè)計任務(wù)本課題的設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計一個中央空調(diào)管道清潔機器人，要求機器人可以在管道內(nèi)實 現(xiàn)前進、后退、按一定曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動作，能高效地完成管道內(nèi)的清污工 作。具體設(shè)計內(nèi)容為： （1）了解中央空調(diào)管道清潔機器人的基本構(gòu)成及工作原理，熟悉其設(shè)計、生產(chǎn)的 基本知識。 （2）進行管道清潔機器人的總體方案設(shè)計及其零部件設(shè)計。 （3）設(shè)計原始參數(shù)： 1）機器人可以在管道內(nèi)實現(xiàn)前進、后退、按一定的曲率半徑回轉(zhuǎn)及原地轉(zhuǎn)向等動 作。 2）機器人的尺寸大?。?高度范圍：170400mm 長度范圍：

12、310780mm 寬度范圍：300800mm 3）機器人的運動速度為 412m/min 4）可以實現(xiàn)局部最大爬坡能力 5）管內(nèi)越障 2mm 6）最大行程 150m 第二章第二章 中央空調(diào)管道機器人系統(tǒng)設(shè)計中央空調(diào)管道機器人系統(tǒng)設(shè)計 2.12.1 工作原理及組成工作原理及組成 本次設(shè)計的機器人（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)管道清潔機器人 走機構(gòu)、清掃機構(gòu)和監(jiān)視控制系統(tǒng)三部分組成，行走機構(gòu)又分為驅(qū)動機構(gòu)、導(dǎo)向輪系統(tǒng) 兩部分。驅(qū)動機構(gòu)（如圖2-2）所示，驅(qū)動方式為單電機驅(qū)動機器人前軸。在清掃之前， 通過調(diào)整支撐臂上的螺釘來調(diào)節(jié)兩個導(dǎo)向輪（如圖2-3）

13、的橫向距離，保證機器人處于 管道中央時導(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)向輪逆時針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時針旋轉(zhuǎn)） ，其旋轉(zhuǎn)速度 比機器人前進速度略大。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 機器人中心偏移，簡化成牽引力f，及順時針的扭矩m，迫使機器人右轉(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)刷裝置是機器人清掃系統(tǒng)的核心工作部件 之一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動馬達(dá)驅(qū)動,與氣動馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進行長度調(diào) 節(jié);旋轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個裝置可以進行俯仰調(diào)整,從而保 證在管道都能徹

14、底清掃到管道的邊角和頂部。在清掃過程中,利用氣動馬達(dá)吹出的高壓 空氣將掃落的灰塵吹向前方,便于抽風(fēng)機抽出。設(shè)計的旋轉(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,不會對管道壁造成損傷;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)可以方便的對清掃情況進行實時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃 效果不理想時可以操縱機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)濟問題。 目前全國共有上百萬臺中央空調(diào)亟待清洗保養(yǎng),空調(diào)清洗行業(yè)正在悄悄興起。而國 內(nèi)市場上尚無管道清潔機器人產(chǎn)品,本文設(shè)計的中央空調(diào)管

15、道清潔機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單, 自動化程度高,適用范圍廣,成本較低,對促進我國中央空調(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。 2.22.2 機器人設(shè)計原則機器人設(shè)計原則 （最小運動慣量原則）：由于機器人運動部件多，運動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖 擊和振動，采用最小運動慣量原則，可增加機器人運動平穩(wěn)性，提高機器人動力學(xué)特性。 為此，在設(shè)計時應(yīng)注意在滿足強度和剛度的前提下，盡量減小運動部件的質(zhì)量，并注意 運動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心裝配。 （尺度規(guī)劃優(yōu)化原則） ：當(dāng)設(shè)計要求滿足一定工作空間要求時，通過尺度優(yōu)化以 選定最小的臂桿尺寸，這將有利于機器人剛度的提高，使運動慣量進一

16、步降低。 （高強度材料選用原則）：由于操作機從手腕、小臂、大臂到機座是依次作為負(fù)載 起作用的，選用高強度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。 （剛度設(shè)計的原則）：機器人設(shè)計中，剛度是比強度更重要的問題，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）：機器人因機構(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)高于整機的可靠性?？?以通過概率設(shè)計方法設(shè)計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 方法評定機器人系統(tǒng)的可靠性。 （

17、工藝性原則）：機器人是一種高精度、高集成度的自動機械系統(tǒng)，良好的加工和 裝配工藝性是設(shè)計時要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計而無良好的工藝性， 必然導(dǎo)致機器人性能的降低和成本的提高。 2.32.3 整體方案選擇整體方案選擇 本次設(shè)計的主要難題是機器人的前進后退及轉(zhuǎn)向控制，為此兩個比較成熟的方案： 方案一：雙電機各驅(qū)動機器人兩個前輪，工作人員通過攝像頭觀察機器人在管道中 的運行情況，適時調(diào)整兩電機的速度，對機器人進項轉(zhuǎn)向控制。 方案二：單電機驅(qū)動機器人的前軸，在機器人前方左右兩端各安裝一個導(dǎo)向輪系統(tǒng)， 兩個導(dǎo)向輪的角度可調(diào)。清掃管道之前，調(diào)整兩個導(dǎo)向輪之間的橫向距離比管道寬度略 窄，以大小

18、相同方向相反的轉(zhuǎn)速與機器人驅(qū)動輪同時啟停，導(dǎo)向輪轉(zhuǎn)動線速度比驅(qū)動輪 線速度略大，當(dāng)某一導(dǎo)向輪碰到管壁時，導(dǎo)向輪的切向力和電機的牽引力的合力會迫使 機器人轉(zhuǎn)向，從而保證機器人始終運行在管道的中央并能完成自動轉(zhuǎn)向。 相比較而言，方案一結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，但兩電機的速度差的控制不好把握，兩 電機啟動的同步度不好控制，而且對工作人員的技術(shù)要求較高，工作人員的勞動強度較 大，機器人的自動化程度較低；方案二采用導(dǎo)向輪系統(tǒng)，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計上是個創(chuàng)新， 提高了機器人的智能化，大大減輕了工作人員的工作量，只是結(jié)構(gòu)設(shè)計及傳動系統(tǒng)稍微 復(fù)雜一些。 綜合考慮這兩個方案的優(yōu)缺點，我決定采用方案二。 另外本次設(shè)計采用輪式

19、機構(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)動機構(gòu)示意圖 圖 2-3 導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)圖 第三章第三章 行走機構(gòu)設(shè)計行走機構(gòu)設(shè)計 3.13.1 機器人驅(qū)動機構(gòu)機器人驅(qū)動機構(gòu) 驅(qū)動機構(gòu)（如圖 2-2）所示，根據(jù)任務(wù)書的要求機器人在管道中的前進速度為 4 12m/min，即速度在 0.0670.2m/s 之間。根據(jù)設(shè)計要求初步估計機器人小車的尺寸： 長 寬 高=200300300 3.1.1 電機的選擇 （1）根據(jù)外形尺寸，估計機器人的總質(zhì)量 m m=箱體質(zhì)量+履帶機構(gòu)質(zhì)量+

20、機器人驅(qū)動機構(gòu)質(zhì)量+旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)質(zhì)量+導(dǎo)向輪機構(gòu)質(zhì)量 +傳輸線質(zhì)量+攝像頭系統(tǒng)質(zhì)量。大體估計總重為 15kg。 （2）計算驅(qū)動機器人所需要的牽引力 f f=履帶輪摩擦力+旋轉(zhuǎn)刷摩擦力，據(jù)估計牽引力大小在 125n 左右 （3）電機的選取 小型減速電機具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、輸出轉(zhuǎn)速低、輸出扭矩大等優(yōu)點，比較符合 該機器人的設(shè)計準(zhǔn)則，因此優(yōu)先選用。 初選減速交流電機，型號：70yn15-2 的減速單相電容可逆電動機，生產(chǎn)廠家江蘇 無錫紅湖電機有限公司。電動機的性能參數(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=

21、5nm 外形尺寸如（圖 3-1）： 70x70 ?59 12233 3 15 圖 3-1 驅(qū)動電機的外形尺寸 3.1.2 傳動齒輪的設(shè)計 方案設(shè)計如下： 初選車輪直徑 d=110mm，由車的前進速度 0.1m/s 得第二級齒輪轉(zhuǎn)速： 2 /()0.29 /nvdr s 則傳動比： u= 1 2 20 1.15 0.29 60 n n （1）選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）由選定的傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動 2）管道清潔機器人速度和扭矩不大，故選用 7 級精度（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- 256

22、hbs 或 48-55hrc 選用小齒輪數(shù)和大齒輪數(shù) 1 z 2 z （3.1） 21 zuz 1 24z 2 1.15 2427.6z 取 2 28z （2）按齒面接觸強度設(shè)計 由參考書1設(shè)計計算公式（10-9a）進行試算，即 （3.2） 3 1 1 )( 1 32 . 2 h e d t t z u utk d 式中：.小齒輪分度圓直徑； 1t d .載荷系數(shù)； t k .小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩； 1 t .齒寬系數(shù)； d .傳動比；u 彈性影響系數(shù)； e z 接觸疲勞許用應(yīng)力。 h 1)確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 試選載荷系數(shù)1.3 t k 計算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 54 111 95.5 10/1.9

23、1 10tp nn mm 由參考書1表 10-7 選取齒寬系數(shù)0.5 d 由參考書1表 10-6 查德材料的彈性影響系數(shù) 2 1 8 .189 mpaze 由參考書1圖 10-21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪 1 limh 的接觸疲勞強度極限。其中：=1090mpa，=1090mpa。 2 limh 1 limh 2 limh 由參考書1式 10-13 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)， 1 11 60 h n jl nn 21/ nnu ，。 7 1 1.44 10n 7 2 1.25 10n 由參考書1圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)， 1 hn k 2 hn k =1.14，=1.

24、14 1 hn k 2 hn k 計算接觸疲勞許用應(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 11 lim 1 ()/ hhnh ks 1 (1.14 1090)/112.42.6 h mpa 22 lim 2 ()/ hhnh ks 2 (1.14 1090)/11242.6 h mpa 2）計算 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 1t d h =30 4 2 3 1 1.3 1.51 102.15189.8 2.32() 0.51.151242.6 t d 計算圓周速度 v 11/(60 1000) 3.14 30 20/(60 100)0.0314/ t

25、 vdnvm s 計算齒寬 b 已知 可得 1dt bd0.5 3015bmm 計算齒寬與齒高之比：已知模數(shù)，齒高/d h 11 /30/241.25 t mtdz 得：=15/2.8125=5.332.252.25 1.252.8125hmtmm/d h 計算載荷系數(shù)： 根據(jù) v=0.314m/s，7 級精度，由參考書1圖 10-8 查得動載系數(shù)1.0 v k 直齒輪，假設(shè)。由參考書1表 10-3 查得/100/ at k f bn mm1.1 hafa kk 由參考書1表 10-2 查得使用系數(shù)1.0 a k 由參考書1表 10-4 查得 7 級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時： 223

26、1.120.18 (1 0.6)0.23 10 hdd kd 將數(shù)據(jù)代入后得： 1.244 h k 由參考書1圖 10-13 查得則有載荷系數(shù)1.15 f k 1.3684 avhh kk k kk 按實際載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑由參考書1式（10-10a）得： =30 =30.517 1 3 11 (/) t ddk vt 1 3 1.3684 () 1.3 計算模數(shù) m 11 /30.517/241.272mdzmm (3)按齒根彎曲強度設(shè)計： 由參考書1式（10-5）得彎曲強度計算公式： （3.3） 1 3 2 2 () fasa df y ykt m z 式中：m.代表齒輪模數(shù) k

27、.代表載荷系數(shù) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 1 t 齒寬系數(shù) d 1)確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 由參考書1圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 1 590 fe mpa 大齒輪彎曲疲勞強度極限 2 590 fe mpa 由參考書1圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： 1 0.97 fn k 2 0.98 fn k 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) s=1.4，由參考書1式 10-12 得 111 /0.97 590/1.4408.79 ffnfe ksmpa 222 /0.98 590/1.4413 ffnfe ksmpa 計算載荷系數(shù) k 1.00 1.00 1.1 1.151.266

28、 avhh kk k kk 查得齒形系數(shù) 由參考書1表 10-5 查得： 1 2.50 fa y 2 2.62 fa y 查得應(yīng)力校正系數(shù) 由參考書1表 10-5 查得： 1 1.55 sa y 2 1.59 sa y 計算大小齒輪的并加以比較 fasa f y y 11 1 2.80 1.55/408.790.01062 fasa f y y 22 2 2.72 1.57/424.30.01009 fasa f yy 可知小齒輪的數(shù)值大。 2）設(shè)計計算 對此計算結(jié)果，由于齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于齒根彎曲疲勞強度的計 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度所決定的

29、承載能力，而齒 面接觸疲勞強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 取由彎曲強度所算得的模數(shù) 1.213，可就近圓正為 1.3，按接觸強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)mmd517.30 1 34.20/ 11 mdz 。25 2 . 242021 . 1 12 zuz 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強 度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 （4）計算幾何尺寸 1）計算分度圓直徑： mmmzd263 . 120 11 mmmzd 5 . 32 22 2）計算中心距 mmdda25.292/ )3426(2/ )(

30、 21 3）計算齒輪寬度 15305 . 0 1 db d 取mmbmmb70,15 12 （5）演算： ndtft33.127330/1091 . 1 2/2 4 11 ，合適。mmnmmnbfk ta 10089.8415/33.12731/ 通過以上方案設(shè)計初選車輪直徑 d=110mm，第二級齒輪轉(zhuǎn)速 n =0.29r/s，傳動比 2 u=1.15。 3.1.3 傳動軸的設(shè)計 （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 kwwp0194 . 0 4 . 1997 . 0 20 扭矩 t=9550000mmnnp 10648 7 . 10

31、647 6029 . 0 0194 . 0 9550000/ （2）求作用在齒輪上的力 因已知低速級大齒輪的分度圓直徑為 5 . 32253 . 1 22 zmd t 圓周力ndtft26.655 5 . 32 10648 2/2 2 徑向力nff ta 5 . 23820tan26.655tan （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械特性mm100800 b 570 s 硬度 299-286hbs。355 1 205 1 根據(jù)參考書1表（15-3）取 a100 0

32、則24 . 7 ) 4 . 17/0194 . 0 (100)/( 3 1 3 1 0min ntad 又軸端安裝車輪需用鍵槽應(yīng)擴大 7%-8% 故）=7.83，圓正為 8mm。%81 (24 . 7 min d 軸的具體尺寸設(shè)計見（圖 3-2） 。 圖 3-2 齒輪軸 （4）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強度 1）計算各力的大小 由估算的車的重量和阻力得 ,。nff nhnh 5 . 43 21 nff nvnv 5 . 27 21 nff nvnv 89 . 4 43 由力矩平衡得 ，nft 2 . 139nff tr 23.4520tan 2）畫彎矩,扭矩圖（如圖 3-3）所示。 3）校核軸的強

33、度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面做彎矩合成強度校核計算。按第三強 度理論計算應(yīng)力，其公式為。 22 4 ca 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(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 計算應(yīng)力為 （式中） 22 )(4 ca 1 pnh1 pnv1 pnv2 pnv4 pnv3 pnh4 pnh3 pnh2 fr ft 1435.5n.mm 1608.41n.mm 907.5n.mm 1305n.mm 3043.91n.mm 234.3n.mm 907.5n.mm 234.3n.mm 圖 3-3 軸彎矩、扭矩圖

34、 對于直徑為 d 的圓周，彎曲應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，將和代入wm / t wt / 上式，則軸的彎矩合成強度條件為 （3.4） 1 22 22 )( ) 2 (4)( w tm w t w m w ca 式中：軸的計算應(yīng)力，單位為 mpa ca m軸所受的彎矩，單位為 nmm t軸所受的扭矩，單位為 nmm w軸的抗彎截面系數(shù)，單位為 mm ，計算公式見參考書1表 15-4 3 對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，其值可按參考書1表 15-1 選用 1 經(jīng)計算得。故經(jīng)校核該設(shè)計可用。7095 . 2 1 ca 前軸和后軸相比除沒有齒輪外可選用相同的尺寸，因為后軸承受了主要的彎矩力矩， 軸經(jīng)校核符合要

35、求，前軸也應(yīng)符合要求。 4）軸承的選擇 由于滾動軸承與滑動軸承相比，具有摩擦阻力矩較?。粡较蛴邢遁^小、運轉(zhuǎn)精 度較高；結(jié)構(gòu)緊湊簡單等優(yōu)點，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：兩對型號為 100 的深溝球軸承。 3.23.2 導(dǎo)向輪系統(tǒng)導(dǎo)向輪系統(tǒng) 3.2.1 導(dǎo)向輪系統(tǒng)原理 為控制機器人在管道中前進方向，在機器人前方左右兩端各安裝一個導(dǎo)向輪。在 清掃之前，調(diào)整支撐臂上的螺釘來控制兩個導(dǎo)向輪的橫向距離，保證機器人處于管道中 央時導(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)向輪逆時針旋轉(zhuǎn)，右導(dǎo)向輪順時

36、針旋轉(zhuǎn)） ，其旋轉(zhuǎn)速度比機 器人前進速度略大（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 向機器人中心偏移，簡化成牽引力 f，及順時針的扭矩 m，迫使機器人右轉(zhuǎn)。其 左轉(zhuǎn)的原理相同。在此處可以仿照汽車的機構(gòu)后輪采用差動裝置，這樣可以更方便的 實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。但考慮到這樣會使結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，同時增加車重，會帶來一系列的問題。最重 要的是，設(shè)計的機器人質(zhì)量較輕，并且行進速度不高。這樣完全可以旨在導(dǎo)向輪的輔助 作用下即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。 3.2.2 電機的選取 因已知導(dǎo)向輪輸出線速度比驅(qū)動輪線速度 0.1m/s 稍大，暫定 0.12m/s，導(dǎo)向輪直 徑暫定 66mm，帶的傳動比為 2

37、，則電機的輸出轉(zhuǎn)速為 86.86r/min。 在此選用小型交流減速電機，因為它結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，價格低，且購買方便。通 過網(wǎng)上查詢并對它的輸出轉(zhuǎn)距，輸出轉(zhuǎn)速，以及安裝尺寸進行比較，再次用北京臺立偉 成機電有限公司的電機，型號為 2ik6a-c。電動機的性能參數(shù)和尺寸如表 3-1： 表 3-1 電機性能參數(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 t 6w220v50hz0.25a50r/min1.4nm 圖 3-4 機器人在管道中前進示意圖 3.2.3 傳動帶的選擇 3.2.3.1 傳動方案的確定 由于驅(qū)動電機與導(dǎo)向輪是遠(yuǎn)距離傳動，所以采用傳動帶，并且?guī)鲃泳哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，

38、傳動平穩(wěn)，能緩沖吸振，且造價低廉，不需要潤滑，維護容易等特點。 平帶雖然結(jié)構(gòu)簡單，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，傳動功率大，但是它適合傳動中高速轉(zhuǎn)速，即小帶輪 轉(zhuǎn)速在 1005000r/min 之間。而所設(shè)計的減速電機輸出轉(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，工作時噪音小，不需要潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境，已在 食品、汽車、

39、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 3.2.3.2 帶的尺寸設(shè)計 由參考書2中表 36.1-71 同步帶傳動的設(shè)計計算過程如下： （1）設(shè)計功率 pd pd=kap=1.0 0.006kw=0.006kw, 其中工況系數(shù) ka=1.0 2)選帶型和節(jié)距 pb 根據(jù)設(shè)計功率 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=5mm 3)小帶輪齒數(shù) z1 和節(jié)圓直徑 dp1 由 z1（由參考書2表 36.1-81 查得） ，選取 z1=1512min z dp = 1 b pz1 mmmm89.23 515 4)確定大齒輪齒數(shù) z2 和節(jié)

40、圓直徑 dp2 z =iz2 2 1 mmmm pz dp b 77.47 530 ,3015 2 2 5)帶速 v smvsmsm ndp v/40/00625 . 0 / 1000060 5089.23 1000060 max 11 6)初定軸間距 a0 a =182mm 0 7)帶長 l 及其齒數(shù) z 0 0 2 12 2100 4 )dpdp( ) dpdp( 2 2 a al mm 1824 )89.2377.47( )77.4789.23( 2 1822 2 mm29.477 查表取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長 480mm,齒數(shù) z=30 8）實際軸間距 a 當(dāng)軸間距不可調(diào)整時， 根據(jù)已知條件：a=

41、可算出,97.377 2 cos2 1 12 dpdp 3 . 57180 12 1 a dpdp = 3 . 57 182 89.2377.47 180 =172.48 9）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 3m 5m8m 14m20m b 0s 5 92040 115 因所選帶型為 5m，則基準(zhǔn)寬度 b=9mm 0s 由參考書2公式 36.1-7 計算得，bs=9mm 3.2.4 導(dǎo)向輪的設(shè)計 3.2.4.1 帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 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

42、齒同步帶帶輪尺寸 項目符號 5m 節(jié)圓直徑 dp d59.44 2 2 b p pz 外圓直徑 da d=d-2a=43.45 2a2p 齒槽弧半徑 r 1.5605 . 0 齒槽深 h g 2.16 0 08 . 0 齒槽角 2 14 齒頂圓角半徑 r1 0.48 05 . 0 0 齒 形 尺 寸 節(jié)頂距 2a 1.14 為了方便加工，導(dǎo)向輪應(yīng)該是簡單的圓柱形。同時為了增大摩擦力，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。 3.2.4.2 傳動軸的設(shè)計 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 由于軸為傳動軸，主要受

43、轉(zhuǎn)距，受很小的彎矩，所以利用根據(jù)按轉(zhuǎn)距計算軸徑的計 算公式，由參考書2中表 20-10 知： 對于實心軸： d （3.5） 3 n p a 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)計系數(shù)，選取 a=1058（由 參考書2表 20-11 查得） ，計算得：d。取 d=14mm（由下面軸承安裝尺寸mm525 . 6 dmin=12.4mm 求得） （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于傳動軸較短，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 傳動軸尺寸 3.2.4.3 軸承選擇 根據(jù)軸徑 d選取軸承號為 6000 的

44、深溝球軸承，其中軸承內(nèi)圈通過軸向mm525 . 6 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行軸向固定，軸向固定通 過端蓋實現(xiàn)。 第四章第四章 清掃機構(gòu)清掃機構(gòu) 清潔工作主要由旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)完成，旋轉(zhuǎn)刷裝置是機器人清掃機構(gòu)的核心工作部件之 一，旋轉(zhuǎn)刷由氣動馬達(dá)驅(qū)動,與氣動馬達(dá)相連的刷桿采用伸縮式結(jié)構(gòu),可以進行長度調(diào)節(jié);旋 轉(zhuǎn)刷頭可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整個裝置可以進行俯仰調(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)機抽出。設(shè)計的旋轉(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

45、于所有材質(zhì)的管道,不會對管道壁造成損傷;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)注意的一個問題是：旋轉(zhuǎn)刷在轉(zhuǎn)動時，管道上部的灰塵會在旋轉(zhuǎn)刷的的帶動下飛 向前方，而管道下方的灰塵則會飛向機器人本身。為此可以在機器人的下部安裝一臺吹 風(fēng)機將灰塵吹向前方，但考慮到這樣會使機器人的重量加大，這樣會帶來一系列問題， 比如：會增大驅(qū)動氣動馬達(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（即一個大的抽風(fēng)機） ，這樣就可以 將灰塵都吸走。從而解決了以上的問題。 4.14.1 清掃方案確定清掃方案

46、確定 為了提高清掃的質(zhì)量，系統(tǒng)可以采用左右擺動或上下擺動。當(dāng)采用上下擺動時，可 以采用四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)或不完全齒。 當(dāng)采用左右擺動時，則須在支撐桿上加上一個支桿，并須用球鉸鏈聯(lián)接，結(jié)構(gòu)較復(fù) 雜。同時在支撐桿上鉆孔安裝鉸鏈會對桿產(chǎn)生削弱。此外如想改變旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的高度也 不易實現(xiàn)，故不采用此結(jié)構(gòu)。 此兩種方案設(shè)計出來的旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，鑒于目前所學(xué)知識限制，我設(shè) 計了一個比較簡單的清掃方案，即在氣動馬達(dá)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)刷實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，對管道進行清 洗。 4.24.2 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)主要構(gòu)件 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)的主要構(gòu)件有氣動馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)刷、支架、夾具、螺管等。結(jié)構(gòu)簡圖如 圖 4-1 所示：

47、圖 4-1 旋轉(zhuǎn)刷系統(tǒng)簡圖 4.34.3 構(gòu)件的選擇構(gòu)件的選擇 4.3.1 氣動馬達(dá)的選擇 氣動馬達(dá)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)的原動機，它是采用壓縮氣體的膨脹作用，把壓 力能轉(zhuǎn)換為機械能的動力裝置。 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： （1）可以無級調(diào)速。只要控制進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)只要簡單地用操縱閥來改變馬達(dá)進、排氣 方向，即能實現(xiàn)氣馬達(dá)輸出軸的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以瞬時換向。在正反向轉(zhuǎn)換時，沖 擊很小。氣馬達(dá)換向工作的一個主要優(yōu)點是它

48、具有幾乎在瞬時可升到全速的能力。葉片 式氣馬達(dá)可在一轉(zhuǎn)半的時間內(nèi)升至全速；活塞式氣馬達(dá)可以在不到一秒的時間內(nèi)升至全 速。利用操縱閥改變進氣方向，便可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的時間短，速度快，沖擊 性小，而且不需卸負(fù)荷。 （3）工作安全，不受振動、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、潮濕、粉塵等不利條件下均能正常工作。 （4）有過載保護作用，不會因過載而發(fā)生故障。過載時，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轉(zhuǎn)，并不產(chǎn)生機件損壞等故障?？梢蚤L時間滿載 連續(xù)運轉(zhuǎn)，溫升較小。 （5）具有較高的起動力矩，可以直接帶載荷起動。起動、停止均迅速?？梢詭?/p>

49、負(fù) 荷啟動。啟動、停止迅速。 （6）功率范圍及轉(zhuǎn)速范圍較寬。功率小至幾百瓦，大至幾萬瓦；轉(zhuǎn)速可從零一直 到每分鐘萬轉(zhuǎn)。 （7）操縱方便，維護檢修較容易 氣馬達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡單，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，故它可在潮濕、高溫、高粉塵等惡劣的環(huán)境下工 作。除被用于礦山機械中的鑿巖、鉆采、裝載等設(shè)備中作動力外，船舶、冶金、化工、 造紙等行業(yè)也廣泛地采用。 因為氣動馬達(dá)結(jié)構(gòu)比較簡單，使用氣動馬達(dá)可以使機器人旋轉(zhuǎn)刷結(jié)構(gòu)簡化，經(jīng)過選 擇比較，我決定選

50、取葉片式氣動馬達(dá)。葉片式氣動馬達(dá)的優(yōu)點： （1）保證迅速的啟動； （2）非常簡單的調(diào)節(jié)輸出扭矩和轉(zhuǎn)速； （3）過載停轉(zhuǎn)不會被損壞； （4）設(shè)計簡單，長壽命，低價格； （5） 瞬時逆轉(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械制造有限公司生產(chǎn)的氣動馬達(dá)，他們生產(chǎn) 的氣動馬達(dá)主要有以下幾種型號: 表 4-1 氣動馬達(dá)型號 型 號 最大功率 (hp) 最大功率 時扭矩 （n.m) 停止轉(zhuǎn)矩 （n.m） 啟動扭矩 （n.m） 額定轉(zhuǎn)速 （rpm） 耗氣量 (l/m3) 重 量 （kg) tmy0050.050.180.350.301960600.95 tmy0100.100.360.

51、730.6319601301.8 tmy0400.402.04.03.2414004203.2 tmy0600.603.06.15.1514006404.2 tmy1501.507.514.612.51400200010.4 tmy2502.508.917.314.81400300012.8 vam1501.503.556.95.9296022004.9 vam3603.609.017.515.3296056009.6 經(jīng)過選擇，我決定采用 tmy010 型號的氣動馬達(dá)，其三維立體圖如圖 4-2 所示。 圖 4-2 氣動馬達(dá) 4.3.2 旋轉(zhuǎn)刷的設(shè)計 設(shè)計的清掃刷的示意圖如圖 4-3 所示。

52、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馬達(dá)的。其中，刷子 的兩個端面部分的刷毛做成弧狀是為了能夠更徹底的清掃，此外，在兩端刷子對應(yīng)氣動 馬達(dá)伸出軸上圓周的位置可設(shè)計出對應(yīng)的安裝開口銷的銷釘口以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)刷與氣動馬達(dá) 的連接。 第五章第五章 監(jiān)視控制系統(tǒng)監(jiān)視控制系統(tǒng) 5.15.1 攝像頭的選擇攝像頭的選擇 （1）目前，市場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，具有成像靈敏度高、抗震動、體積小等優(yōu)點，但價格較貴。cmos 則主要應(yīng)

53、用于 較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，具有價格低、響應(yīng)速度快、功耗低等優(yōu)點，但 cmos 攝像頭對 光源要求高。 （2）現(xiàn)在市場上數(shù)碼攝像頭的連接方式有接口卡、并口和 usb 接口三種。 通過對工作環(huán)境、圖像要求以及經(jīng)濟性的綜合考慮，決定采用 gs-388 彩色數(shù)碼攝 像機，由于管道內(nèi)光線較暗，所以另外安裝燈光照明系統(tǒng)。 5.25.2 攝像頭的固定和調(diào)整攝像頭的固定和調(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 采用攝像頭螺管與機器人基座螺紋連接，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

54、 攝像頭 旋松螺釘，對攝像頭及照明系統(tǒng)進行俯仰角的調(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 5.35.3 監(jiān)視器監(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，記錄整個清掃過程，使清掃工作有案可查。 5.45.4 照明裝置照明裝置 本方案用到的照明裝置，可以到相關(guān)的廠家購買，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

55、對清掃情況進行實時監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)清掃效果不理想 時可以操縱機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)濟問題。 5.55.5 灰塵收集裝置灰塵收集裝置 灰塵收集裝置是與機器人分離的一個裝置，為設(shè)計方便起見，我決定采用一個大 功率的抽風(fēng)機在連接里格管子通向空調(diào)管道中，在抽風(fēng)機下部再安裝一個灰塵收集的塑 料兜。當(dāng)風(fēng)機工作時會產(chǎn)生負(fù)壓，從而將灰塵吸入塑料兜中。由于抽風(fēng)機都有現(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（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 表 5-1 抽風(fēng)機參數(shù) 產(chǎn)品型號 shwx-100bshwx-120b 容差值 額定電壓（v） 220220/ 額定頻率() z h 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8585 / 噪聲9898 / 火花等級二級二級 / 絕緣等級 bb/ 最大吸入效率 30%31%-10% 第六章第六章 結(jié)束語結(jié)束語 通過本次課