產(chǎn)品設(shè)計說明書 - 模板

浙江工業(yè)大學(xué)－智源產(chǎn)品聯(lián)合研發(fā)中心第XXX產(chǎn)品設(shè)計說明書1．背景及意義根據(jù)我國有關(guān)規(guī)程規(guī)定，根據(jù)基礎(chǔ)情況，每隔2-6年需對大型球罐或圓柱形儲罐檢測一次，每隔2年需對使用5年以上的管線進行檢測（通常，在低洼、潮濕的地方挖開數(shù)處檢查）。各項檢測之前，都必須進行罐體的清洗打磨。目前國內(nèi)傳統(tǒng)的清洗和打磨方法主要利用人工手持打磨設(shè)備進行打磨，存在著勞動強度大，施工周期長、安全性差等問題。隨著我國大型石油儲罐的大量建設(shè)，以及人類對環(huán)境保護問題的日益重視，人工作業(yè)已不符合環(huán)境和發(fā)展的客觀要求，淘汰人工作業(yè)是歷史的必然。機器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，以及檢測人員自我保護意識的增強，使得機器人代替人工進行罐壁打磨作業(yè)成為迫切任務(wù)。本項目開發(fā)的能攜帶自動化打磨裝備的爬壁機器人，可以大大降低大型容器打磨作業(yè)的成本，提高工作效率，特別是把檢測人員從危險作業(yè)環(huán)境中解脫出來。因此，大型容器壁面打磨機器人的研制具有重要的社會效益、經(jīng)濟意義和廣闊的應(yīng)用前景。2．設(shè)計需求分析2.1需求表匯總表2.1XXX產(chǎn)品設(shè)計需求表基本需求名稱內(nèi)容小車最大尺寸焊縫打磨寬度越障高度自重和承載能量要求功能需求名稱內(nèi)容吸附功能機器人在罐壁工作時，應(yīng)可靠地吸附在球罐內(nèi)、外表面，且吸附力不能過大。移動轉(zhuǎn)向功能性能需求名稱內(nèi)容機器人移動速率0~3m/min打磨力大小打磨后表面要求運動精度要求2.2基本需求依據(jù)2.2.1儲罐打磨的基本要求根據(jù)GB/T17261-1998《鋼制球形儲罐型式與基本參數(shù)》，現(xiàn)有的球罐直徑在4600mm到26800mm之間。根據(jù)GB12337-1998《鋼制球形儲罐》中制造球罐的鋼板厚度在6mm到120mm之間。根據(jù)《球罐焊接工藝》，焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡，對接焊縫的余高尺寸為0-3mm，考慮裕量，取打磨機器人的越障高度為5mm；球罐必須開設(shè)人孔，且人孔直徑大于等于500mm。2.2.2打磨工具及打磨工藝分析1．打磨工具2.2.3機器人自重和承載要求2.3功能需求分析1．吸附要求機器人在罐壁表面爬行時應(yīng)該保證其可以可靠的吸附在罐壁面上，但吸附力不宜過大，否則需要的電機驅(qū)動力過大，也不容易轉(zhuǎn)向；打磨時，機器人應(yīng)該要增大吸附力使其可以牢牢吸附在罐壁表面，以免打磨過程中力的作用導(dǎo)致機器人滑落。2.4性能需求分析1．機器人移動速率和打磨速率的估算2．打磨力和打磨質(zhì)量要求3．運動精度要求3．概念設(shè)計3.1功能設(shè)計3.1.1總功能模型圖圖3.1大型容器壁面打磨機器人總功能模型圖3.1.2功能結(jié)構(gòu)模型圖圖3.2大型容器壁面打磨機器人功能結(jié)構(gòu)圖3.2功能—原理映射矩陣功能—原理映射矩陣如表3.1。表3.1大型容器壁面打磨機器人功能—原理映射矩陣功能名稱原理方案吸附罐壁永磁體吸附電磁體吸附真空吸附移動機器人輪式履帶式機器人轉(zhuǎn)向固定機器人移動打磨頭打磨壁面控制打磨力監(jiān)控打磨照亮現(xiàn)場各個功能原理間的優(yōu)缺點：（1）吸附方式比較吸附方式優(yōu)點缺點永磁吸附結(jié)構(gòu)簡單，維持吸附力不需要能耗，安全跟壁面離合較難，要求壁面是鐵磁性材料電磁吸附跟壁面離合容易，吸附力易調(diào)整維持磁力需要能耗，重量大，突然斷電會造成吸附力消失，要求壁面是鐵磁性材料真空吸附不受壁面材料的影響,壁面材料都可以采用真空吸附容易漏氣，控制較難，需要維持干活（2）驅(qū)動方式比較驅(qū)動方式優(yōu)點缺點輪式移動速度快，便于控制著地面積小，跟壁面離合難，需要較大驅(qū)動力，轉(zhuǎn)向易履帶式著地面積大，對壁面適應(yīng)性強，體積較大，轉(zhuǎn)向難（3）固定方式比較固定方式優(yōu)點缺點電磁式吸附力大，重量小，與壁面離合簡單需要持續(xù)消耗能量，需要要與壁面接觸才產(chǎn)生吸附力磁力座式吸附力大，結(jié)構(gòu)簡單，不需持續(xù)耗能重量大，與壁面離合難（4）移動打磨頭方式比較移動打磨頭方式優(yōu)點缺點龍門直線模組式結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單占用空間大關(guān)節(jié)式占用空間小結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制復(fù)雜3.3原理方案分析3.3.1方案1分析1．原理方案描述方案1采用：三維結(jié)構(gòu)圖工作原理：2．設(shè)計參數(shù)、設(shè)計變量及評價參數(shù)設(shè)計參數(shù)：設(shè)計變量：評價參數(shù)：總質(zhì)量，總成本；3．概念設(shè)計參數(shù)計算計算內(nèi)容計算過程計算結(jié)果磁吸附力FA的計算考慮圖（a）情況，為了保證小車可以牢牢吸住壁面，要求：其中，為橡膠履帶和壁面之間摩擦系數(shù)，其值為；為安全系數(shù)，??；為瞬間加速度系數(shù)，取。因為G=