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1、衢 州 学 院毕业设计（论文文）题目：中央央空调管道清清洁机器人的的设计 作者： 童童顺丙 系 （部）： 机电电控制工程学学院 专业班级： 机械设计计与制造088级（1）班班 指导教师： 田 敬 职称： 讲 师 二O一一一年一月十八日中央空调管道清清洁机器人的的设计摘 要本次设计的机器器人用于污染染的中央空调调管道的清洁洁，整体结构构主要由行走走机构、清扫扫机构和监视视控制系统三三部分组成，行行走机构又分分为驱动机构构、导向轮系系统两部分。驱动方式为单电机驱动机器人前轴。在清扫之前，通过调整支撑臂上的螺钉来调节两个导向轮的横向距离，保证机器人处于管道中央时导向轮两端距管道壁各有约20mm。清洁
2、工作主要由由旋转刷系统统完成，旋转转刷由气动马马达驱动,与气动马达达相连的刷杆杆采用伸缩式式结构,可以进行长长度调节;旋转刷头可可拆卸并且有有不同的材料料和尺寸系列列,整个装置可可以进行俯仰仰调整,从而保证在在管道都能彻彻底清扫到管管道的边角和和顶部。在清清扫过程中,利用气动马马达吹出的高高压空气将扫扫落的灰尘吹吹向前方,便于抽风机机抽出。清洁过程中，通通过监视系统统可以方便的的对清扫情况况进行实时监监控，当出现现清扫效果不不理想时可以以操纵机器人人后退再清扫扫一次。关键字： 中央央空调管道，清清洁机器人，马马达，旋转刷刷目 录第一章 概 述述11.1课题的背背景及意义11.2机器人发发展现状
3、及趋趋势21.2.1国内内领先水平的的管道清洁机机器人21.2.2中央央空调管道清清洁机器人发发展趋势31.3 本课课题的设计任任务3第二章 中央空空调管道机器器人系统设计计42.1工作原理理及组成42.2机器人设设计原则52.3 整体方方案选择6第三章 行走机机构设计83.1机器人驱驱动机构83.1.1电机机的选择83.1.2传动动齿轮的设计计93.1.3传动动轴的设计143.2导向轮系系统173.2.1导向向轮系统原理理173.2.2电机机的选取173.2.3传动动带的选择183.2.4导向向轮的设计20第四章 清扫机机构234.1清扫方案案确定234.2旋转刷系系统主要构件件244.3构
4、件的选选择244.3.1气动动马达的选择择244.3.2旋转转刷的设计26第五章 监视控控制系统285.1摄像头的的选择285.2摄像头的的固定和调整整285.3监视器295.4照明装置置295.5灰尘收集集装置30第六章 总 结结32参 考 文 献献33谢 辞32第一章 概 述述1.1课题的背背景及意义随着当今社会的的发展，空调调通风系统在在日常生活中中发挥着越来来越重要的作作用。中央空空调系统主宰宰着楼宇中空空气的新陈代代谢，被称为为“建筑物之肺肺”。中央空调调管道在长期期使用中会积积累许多灰尘尘、病菌及放放射物等，这这些有害物质质在送风过程程中便污染了了空气，长期期被人体吸入入，就会危害
5、害大众的健康康。因此人们们在迫切要求求提高生活质质量的同时，要要求提高工作作居住场所及及其他公共场场所环境质量量(特别是空空气质量)的的呼声也越来来越急切。 国外发发达国家由于于很早以前便便应用了众多多的中央空调调系统，针对对空气质量对对人身健康的的危害，国外外民众有比较较深刻的认识识(19766年美国费城城的军团菌大大爆发，事后后认定其传染染源就是该市市某会场内的的中央空调)。国外卫生生机构相继出出台了较为严严密的中央空空调使用及清清洗法规，如如:美国国家家风管清洗协协会制定的行行业标准暖暖通空调系统统的评估、清清洗和修复标标准) CC ACR22002版)和日本制定定的日本风风道清洗协会会
6、技术标准CCI990版版)及芬兰新新颁布的法律律要求宾馆、饭饭店、洗衣房房、工业加工工产生粉尘物物质的通风系系统，每年清清洁一次;医医院、学校等等每5年一次次。类似的法法律可以预见见将在世界各各地实施。目目前发达国家家均成立有中中央空调风管管清洗协会，如如:国际通风风卫生评议会会(TCVHH)、美国风风道清洗协会会(NADCCA ) 、欧欧洲风道清洗洗协会(EVVHA)、英英国风道清洗洗协会(HVVCA)旧本本风道清洗协协会(JADDCA)等，国国外的集中空空调的风道清清洗己经形成成了一个巨大大的产业。 国内有有超过5000万个各类中中央空调需要要清洗保养，而而且每年正在在以10%的的速度递增
7、，这这些中央空调调大部分运行行了20年以以上却从未清清洗。随着我我国经济的发发展，人们对对室内空气质质量所带来的的危害越来越越重视，尤其其是20033年“非典”疫情的传播播，已使人们们对中央空调调带来的疾病病隐患有了相相当深刻的认认识。为了保保障公众健康康，20066年3月1日日，卫生部制制定并实施了了公共场所所集中空调通通风系统卫生生管理办法，中中央空调的卫卫生问题得到到了前所未有有的关注，对对空调管道进进行定期清洗洗势在必行。 因此，中中央空调清洗洗行业将成为为中国一个新新兴的有着巨巨大潜力的发发展行业，对对中央空调清清洁机器人的的研究与开发发更是具有一一定的社会价价值和商业价价值。1.2
8、机器人发发展现状及趋势机器人有三个发发展阶段，那那么也就是说说，我们习惯惯于把机器人人分成三类，一一种是第一代代机器人，那那么也叫示教教再现型机器器人，它是通通过一个计算算机，来控制制一个多自由由度的一个机机械，通过示示教存储程序序和信息，工工作时把信息息读取出来，然然后发出指令令，这样的话话机器人可以以重复的根据据人当时示教教的结果，再再现出这种动动作，比方说说汽车的点焊焊机器人，它它只要把这个个点焊的过程程示教完以后后，它总是重重复这样一种种工作，它对对于外界的环环境没有感知知，这个力操操作力的大小小，这个工件件存在不存在在，焊的好与与坏，它并不不知道，那么么实际上这种种从第一代机机器人，
9、也就就存在它这种种缺陷，因此此，在20世世纪70年代代后期，人们们开始研究第第二代机器人人，叫带感觉觉的机器人，这这种带感觉的的机器人是类类似人在某种种功能的感觉觉，比如说力力觉、触觉、滑滑觉、视觉、听听觉和人进行行相类比，有有了各种各样样的感觉，比比方说在机器器人抓一个物物体的时候，它它实际上力的的大小能感觉觉出来，它能能够通过视觉觉，能够去感感受和识别它它的形状、大大小、颜色。 那么第三代机器器人，也是我我们机器人学学中一个理想想的所追求的的最高级的阶阶段，叫智能能机器人，那那么只要告诉诉它做什么，不不用告诉它怎怎么去做，它它就能完成运运动，感知思思维和人机通通讯的这种功功能和机能，那那么
10、这个目前前的发展还是是相对的只是是在局部有这这种智能的概概念和含义，但但真正完整意意义的这种智智能机器人实实际上并没有有存在，而只只是随着我们们不断的科学学技术的发展展，智能的概概念越来越丰丰富，它内涵涵越来越宽。1.2.1国内内领先水平的的管道清洁机机器人清华大学精仪系系机器人及其其自动化研究究室与解放军军工程质量监监督总站合作作，于20004年成功解解决了管道清清污移动操作作机器人关键键技术，研制制出通风管道道智能清污机机器人MDCCR-I。与与国外同类清清扫机器人相相比，MDCCR-I集探探测、清扫、吸吸尘、消毒喷喷雾多功能于于一体，具有有基于多传感感器信息的手手动遥操作控控制和智能化化
11、自主行驶功功能，可实现现各种圆形和和矩形截面尺尺寸管道内的的智能化清洁洁与消毒作业业。上海东华华大学自行研研制的“自主变位四四履带足机器器人”在传动上独独树一帜，其其在任何管道道中的运动性性能都远远超超过了进口产产品，并拥有有了国家专利利。1.2.2中央央空调管道清清洁机器人发发展趋势中央空调清洁机机器人比较常常见的可分为为轮式、腿式式、履带式清清洁机器人，它它们能清洁掉掉管道内的大大部分赃物，但但有些偏僻的的死角依然无无法解决，随随着科技工作作们的深入研研究，中央空空调清洁机器器人已经摆脱脱了简单的控控制和清理工工作，控制系系统将越来越越智能化，操操作方法也越越来越方便、简简单，朝着高高自动
12、化的方方向发展。1.3 本课课题的设计任任务本次设计的任务务是设计一个个中央空调管管道清洁机器器人，要求机机器人可以在在管道内实现现前进、后退退、按一定曲曲率半径回转转及原地转向向等动作，能能高效地完成成管道内的清清污工作。具具体设计内容容为：（1）了解中央央空调管道清清洁机器人的的基本构成及及工作原理，熟熟悉其设计、生生产的基本知知识。（2）进行管道道清洁机器人人的总体方案案设计及其零零部件设计。（3）设计原始始参数：1）机器人可以以在管道内实实现前进、后后退、按一定定的曲率半径径回转及原地地转向等动作作。2）机器人的尺尺寸大小：高度范围：1770400mmm长度范围：3110780mmm宽
13、度范围：3000800mmm3）机器人的运运动速度为4412m/miin4）可以实现局局部最大爬坡坡能力 5）管内内越障2mmm 6）最大大行程1500m第二章 中央空空调管道机器器人系统设计计2.1工作原理理及组成本次设计的机器器人（如图22-1）用于于污染的中央空空调管道的清清洁，整体结结构主要由行行图2-1中央空空调管道清洁洁机器人走机构、清扫机机构和监视控控制系统三部部分组成，行行走机构又分分为驱动机构构、导向轮系系统两部分。驱驱动机构（如图22-2）所示示，驱动方式式为单电机驱动机机器人前轴。在在清扫之前，通过调整支撑臂上的螺钉来调节两个导向轮（如图2-3）的横向距离，保证机器人处于
14、管道中央时导向轮两端距管道壁各有约20mm。清扫工程中，两导向轮分别以大小相同，方向相反的速度旋转（其中左导向轮逆时针旋转，右导向轮顺时针旋转），其旋转速度比机器人前进速度略大。如左边的导向轮碰到管道的左壁，则导向轮的切向摩擦力F向机器人中心偏移，简化成牵引力F，及顺时针的扭矩M，迫使机器人右转。其左转的原理相同。清洁工作主要由旋转刷系统完成，旋转刷装置是机器人清扫系统的核心工作部件之一，旋转刷由气动马达驱动,与气动马达相连的刷杆采用伸缩式结构,可以进行长度调节;旋转刷头可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整个装置可以进行俯仰调整,从而保证在管道都能彻底清扫到管道的边角和顶部。在清扫过程中,利用
15、气动马达吹出的高压空气将扫落的灰尘吹向前方,便于抽风机抽出。设计的旋转刷头有四种材料系列:尼龙刷、钢刷、不锈钢刷和铜刷。尼龙刷适用于所有材质的管道,不会对管道壁造成损伤;钢刷适用于各种钢管;不锈钢刷适用于钛合金管道和铜镍合金管道;铜刷适用于材质为有色金属的管道。清洁过程中，通过监视系统可以方便的对清扫情况进行实时监控，当出现清扫效果不理想时可以操纵机器人后退再清扫一次。此外通过记录清扫过程，也可避免一些经济问题。目前全国共有上上百万台中央央空调亟待清清洗保养,空空调清洗行业业正在悄悄兴兴起。而国内内市场上尚无无管道清洁机机器人产品,本文设计的的中央空调管管道清洁机器器人系统结构构简单,自动动化
16、程度高,适用范围广广,成本较低低,对促进我我国中央空调调管道清洗行行业的发展、改改善室内空气气质量、提高高生活和健康康水平等具有有积极的意义义。2.2机器人设设计原则（1）最小运动动惯量原则：由于机器人人运动部件多多，运动状态态经常改变，必必然产生冲击击和振动，采采用最小运动动惯量原则，可可增加机器人人运动平稳性性，提高机器器人动力学特特性。为此，在在设计时应注注意在满足强强度和刚度的的前提下，尽尽量减小运动动部件的质量量，并注意运运动部件对转转轴的质心装装配。（2）尺度规划划优化原则：当设计要要求满足一定定工作空间要要求时，通过过尺度优化以以选定最小的的臂杆尺寸，这这将有利于机机器人刚度的的
17、提高，使运运动惯量进一一步降低。（3）高强度材材料选用原则则：由于操作作机从手腕、小小臂、大臂到到机座是依次次作为负载起起作用的，选选用高强度材材料以减轻零零部件的质量量是十分必要要的。 （4）刚刚度设计的原原则：机器人人设计中，刚刚度是比强度度更重要的问问题，要使刚刚度最大，必必须恰当地选选择杆件剖面面形状和尺寸寸，提高支承承刚度和接触触刚度，合理理地安排作用用在臂杆上的的力和力矩，尽尽量减少杆件件的弯曲变形形。 （55）可靠性原原则：机器人人因机构复杂杂、环节较多多，可靠性问问题显得尤为为重要。一般般来说，元器器件的可靠性性应高于部件件的可靠性，而而部件的可靠靠性应高于整整机的可靠性性。可
18、以通过过概率设计方方法设计出可可靠度满足要要求的零件或或结构，也可可以通过系统统可靠性综合合方法评定机机器人系统的的可靠性。 （66）工艺性原原则：机器人人是一种高精精度、高集成成度的自动机机械系统，良良好的加工和和装配工艺性性是设计时要要体现的重要要原则之一。仅仅有合理的结结构设计而无无良好的工艺艺性，必然导导致机器人性性能的降低和和成本的提高高。2.3 整体方方案选择 本次设计的主要要难题是机器器人的前进后后退及转向控控制，为此两两个比较成熟熟的方案：方案一：双电机机各驱动机器器人两个前轮轮，工作人员员通过摄像头头观察机器人人在管道中的的运行情况，适适时调整两电电机的速度，对对机器人进项项
19、转向控制。方案二：单电机机驱动机器人人的前轴，在在机器人前方方左右两端各各安装一个导导向轮系统，两两个导向轮的的角度可调。清清扫管道之前前，调整两个个导向轮之间间的横向距离离比管道宽度度略窄，以大大小相同方向向相反的转速速与机器人驱驱动轮同时启启停，导向轮轮转动线速度度比驱动轮线线速度略大，当当某一导向轮轮碰到管壁时时，导向轮的的切向力和电电机的牵引力力的合力会迫迫使机器人转转向，从而保保证机器人始始终运行在管管道的中央并并能完成自动动转向。相比较而言，方方案一结构简简单，控制灵灵活，但两电电机的速度差差的控制不好好把握，两电电机启动的同同步度不好控控制，而且对对工作人员的的技术要求较较高，工
20、作人人员的劳动强强度较大，机机器人的自动动化程度较低低；方案二采采用导向轮系系统，在机械械结构设计上上是个创新，提提高了机器人人的智能化，大大大减轻了工工作人员的工工作量，只是是结构设计及及传动系统稍稍微复杂一些些。综合考虑这两个个方案的优缺缺点，我决定定采用方案二二。另外本次设计采采用轮式机构构传输，轮外外部采用橡胶胶制履带，工工业橡胶与管管道的摩擦系系数为0.88，是普通塑塑料轮子与钢钢管摩擦系数数的5.8倍倍，是铝合金金轮子与钢管管摩擦系数的的4.7倍。图2-2驱动机机构示意图图2-3导向轮轮结构图第三章 行走机机构设计3.1机器人驱驱动机构驱动机构（如图图2-2）所所示，根据任任务书的
21、要求求机器人在管管道中的前进进速度为412m/mmin，即速速度在0.00670.2m/s之之间。根据设设计要求初步步估计机器人人小车的尺寸寸：长宽高=3.1.1电机机的选择（1）根据外形形尺寸，估计计机器人的总总质量MM=箱体质量+履带机构质质量+机器人人驱动机构质质量+旋转刷刷系统质量+导向轮机构构质量+传输输线质量+摄摄像头系统质质量。大体估估计总重为115kg。（2）计算驱动动机器人所需需要的牵引力力FF=履带轮摩擦擦力+旋转刷刷摩擦力，据据估计牵引力力大小在1225N左右（3）电机的选选取小型减速电机具具有结构紧凑凑、体积小、输输出转速低、输输出扭矩大等等优点，比较较符合该机器器人的
22、设计准准则，因此优优先选用。初选减速交流电电机，型号：70YN115-2的减减速单相电容容可逆电动机机，生产厂家家江苏无锡红红湖电机有限限公司。电动动机的性能参参数如下：输出功率：P=20W；电电压：U=2220V；频频率：f=550HZ；电流：I=0.35A；输输出转速：220r/miin；允许负负载：F=55Nm外形尺寸如（图图3-1）：图3-1驱动电电机的外形尺尺寸3.1.2传动动齿轮的设计计方案设计如下：初选车轮直径dd=110mmm，由车的的前进速度00.1m/ss得第二级齿齿轮转速：则传动比： u= （1）选选定齿轮类型型、精度等级级、材料及齿齿数1）由选定的传传动方案，选选用直齿
23、圆柱柱齿轮传动2）管道清洁机机器人速度和和扭矩不大，故故选用7级精精度（GB-100955-88）3）材料选择：由参考书1表10-11选择大小齿齿轮皆为400Cr调制淬淬火硬度为2241-2556HBS或或48-555HRC选用小齿轮数和和大齿轮数 （3.1）取（2）按齿面接接触强度设计计由参考书1设计计算公公式（10-9a）进行行试算，即 （33.2）式中：.小齿轮分度度圆直径； .载荷系数数； .小齿轮轮传递的转矩矩； .齿宽系数数； .传动比比； 弹性影响系系数； 接触疲劳许许用应力。1)确定公式内内的各计算数数值试选载荷系数数计算小齿轮传传递转矩由参考书11表10-7选取齿宽宽系数由参
24、考书11表10-6查德材料料的弹性影响响系数由参考书11图10-21d按齿齿面硬度查得得小齿轮的接接触疲劳强度度极限，大齿齿轮的接触疲疲劳强度极限限。其中：=11090MPPa，=10090MPaa。由参考书11式10-13计算应应力循环次数数， ，。由参考书11图10-19查得接接触疲劳寿命命系数， =1.114，=1.14计算接触疲劳劳许用应力取失效概率为11%，安全系系数S=1，由参考书1式（10.12）得 2）计算计算小齿轮分分度圆直径，代代入中较小的的值=30计算圆周速度度v 计算齿宽b 已知 可得计算齿宽与齿齿高之比：已已知模数，齿齿高得：=15/2.81225=5.333计算载荷
25、系数数：根据v=0.3314m/ss，7级精度度，由参考书书1图100-8查得动动载系数直齿轮，假设。由由参考书1表10.3查得由参考书1表10-22查得使用系系数由参考书1表10-44查得7级精精度，小齿轮轮相对支承非非对称布置时时：将数据代入后得得：由参考书1图10-113查得则有有载荷系数按实际载荷系系数校正所得得的分度圆直直径由参考书书1式（110-10aa）得： =330 =300.517计算模数m (3)按齿根弯弯曲强度设计计：由参考书1式（10-5）得弯曲曲强度计算公公式： （3.3）式中：m.代表齿轮轮模数k.代表载荷荷系数 小齿齿轮传递的转转矩齿宽系系数1)确定公式内内各计算
26、数值值由参考书11图10-200c查得小齿齿轮的弯曲疲疲劳强度极限限 大齿轮弯曲疲劳劳强度极限由参考书11图10-18查得弯弯曲疲劳寿命命系数： 计算弯曲疲劳劳许用应力取弯曲疲劳安全全系数S=11.4，由参考书1式10-112得计算载荷系数数K查得齿形系数数由参考书1表10-55查得： 查得应力校正正系数由参考书1表10-55查得： 计算大小齿轮轮的并加以比比较可知小齿轮轮的数值大。2）设计计计算对此计算结结果，由于齿齿面接触疲劳劳强度计算的的模数m大于于齿根弯曲疲疲劳强度的计计算模数的数数值，由于齿齿轮模数m的的大小主要取取决于弯曲强强度所决定的的承载能力，而而齿面接触疲疲劳强度所决决定的承
27、载能能力，仅与齿齿面直径（即即模数与齿数数的乘积）有有关，可取由由弯曲强度所所算得的模数数1.2133，可就近圆圆正为1.33，按接触强强度算得的分分度圆直径，算算出小齿轮齿齿数取20，大大齿轮齿数。 这样设设计出的齿轮轮传动，既满满足了齿面接接触疲劳强度度，又满足了了齿根弯曲疲疲劳强度，并并做到了结构构紧凑，避免免浪费。（4）计算算几何尺寸1）计算分分度圆直径：2）计算中中心距3）计算齿齿轮宽度取（5）演算算： ，合适适。通过以上方方案设计初选选车轮直径dd=110mmm，第二级齿轮轮转速N=00.29r/s，传动比u=1.15。3.1.3传动动轴的设计（1）求出输出出轴上的功率率P转速n和
28、和转矩T 已知知：传递功率， 转速n=0.29rr/s 扭矩T=95550000（2）求作用在在齿轮上的力力因已知低速级大大齿轮的分度度圆直径为 圆周力径向力（3）初步确定定轴的最小直直径：先按参考书书1 式（15-2）初步估估算轴的最小小直径选轴的的材料,由参考书1表（15-1）选355SiMn调调质处理，毛毛坯直径此种种材料的机械械特性硬度2299-2886HBS。根据参考书书1表（115-3）取取A则又轴端安装装车轮需用键键槽应扩大77%-8%故）=7.83，圆正为8mmm。轴的具体尺尺寸设计见（图图3-2）。图3-2齿轮轴轴（4）按弯弯矩合成应力力校核轴的强强度1）计算各各力的大小由估
29、算的车车的重量和阻阻力得,。由力矩平衡衡得 ，2）画弯矩矩,扭矩图（如如图3-3）所示示。3）校核轴轴的强度已知轴的弯矩和和扭矩后，可可针对某些危危险截面做弯弯矩合成强度度校核计算。按按第三强度理理论计算应力力，其公式为为。通常由弯矩所产产生的弯曲应应力是对称循循环变应力，而而由扭矩所产产生的扭转切切应力则常不不是对称循环环便应力。为为了考虑两者者循环特性不不同的影响，引引入折合系数数，则计算应应力为 （式中）图3-3轴弯矩矩、扭矩图对于直径为d的的圆周，弯曲曲应力，扭转转切应力，将将和代入上式，则轴的弯矩合成强强度条件为 （3.4）式中：轴的计算算应力，单位位为MPa M轴所受的的弯矩，单位
30、位为Nmmm T轴所受的的扭矩，单位位为Nmmm W轴的抗弯弯截面系数，单单位为mm，计计算公式见参参考书1表15-44 对称循环变变应力时轴的的许用弯曲应应力，其值可可按参考书1表15-11选用经计算算得。故经校校核该设计可可用。 前轴和和后轴相比除除没有齿轮外外可选用相同同的尺寸，因因为后轴承受受了主要的弯弯矩力矩，轴轴经校核符合合要求，前轴轴也应符合要要求。4）轴承的选择择 由于滚滚动轴承与滑滑动轴承相比比，具有摩擦阻力矩矩较小；径向有隙较较小、运转精精度较高；结构紧凑简简单等优点，而而轴承主要须须传递径向载载荷，所以选选用应用广泛泛的深沟球轴轴承。根据轴径选取型型号：两对型型号为100
31、0的深沟球轴轴承。3.2导向轮系系统3.2.1导向向轮系统原理理 为控控制机器人在在管道中前进进方向，在机机器人前方左左右两端各安安装一个导向向轮。在清扫扫之前，调整整支撑臂上的的螺钉来控制制两个导向轮轮的横向距离离，保证机器器人处于管道道中央时导向向轮两端距管管道壁各有约约20mm。清清扫工程中，两两导向轮分别别以大小相同同，方向相反反的速度旋转转（其中左导导向轮逆时针针旋转，右导导向轮顺时针针旋转），其其旋转速度比比机器人前进进速度略大（如如图3-4）。如左边的导向轮碰到管道的左壁，则导向轮的切向摩擦力F向机器人中心偏移，简化成牵引力F，及顺时针的扭矩M，迫使机器人右转。其左转的原理相同。
32、在此处可以仿照汽车的机构后轮采用差动装置，这样可以更方便的实现转弯。但考虑到这样会使结构更复杂，同时增加车重，会带来一系列的问题。最重要的是，设计的机器人质量较轻，并且行进速度不高。这样完全可以旨在导向轮的辅助作用下即可实现转弯。3.2.2电机机的选取因已知导向轮输输出线速度比比驱动轮线速速度0.1mm/s稍大，暂暂定0.122m/s，导导向轮直径暂暂定66mmm，带的传动动比为2，则则电机的输出出转速为866.86r/min。在此选用小型交交流减速电机机，因为它结结构紧凑，体体积小，价格格低，且购买买方便。通过过网上查询并并对它的输出出转距，输出出转速，以及及安装尺寸进进行比较，再再次用北京
33、台台立伟成机电电有限公司的的电机，型号号为2IK66A-C。电电动机的性能能参数和尺寸寸如表3-1：表3-1电机性性能参数输出功率P电压U 频率f电流I输出转速N允许负载T6W220V50Hz0.25A50r/minn1.4Nm图3-4机器人人在管道中前前进示意图3.2.3传动动带的选择3.2.3.11传动方案的的确定由于驱动电机与与导向轮是远远距离传动，所所以采用传动动带，并且带带传动具有结结构简单，传传动平稳，能能缓冲吸振，且且造价低廉，不不需要润滑，维维护容易等特特点。平带虽然结构简简单，但是尺尺寸较大，最最小尺寸系列列的平带的最最小带轮直径径为112mmm，所以不不合适。虽然轻型V带系
34、系列，尺寸小小，传动功率率大，但是它它适合传动中中高速转速，即即小带轮转速速在1005000rr/min之之间。而所设设计的减速电电机输出转速速为50r/min，虽虽然传递功率率并不大，但但是由于转速速太低，带所所传递的力就就很大，那么么所选带的型型号就大，根根数也多，所所以也不合适适。因此选择了圆弧弧齿同步带（HHTD）,它它能在低速下下传递较大功功率，预紧力力小，结构紧紧凑，而且它它的耐磨性好好，工作时噪噪音小，不需需要润滑，可可用于有粉尘尘的恶劣环境境，已在食品品、汽车、纺纺织、制药、印印刷、造纸等等行业得到广广泛应用。3.2.3.22带的尺寸设设计由参考书2中表36.1-71同同步带传
35、动的的设计计算过过程如下：（1）设计功率率PdPd=KAP=1.00.006kww=0.0006kw, 其中工况系系数KA=11.02)选带型和节节距Pb根据设计功率PPb和小带轮轮转速n1=50r/mmin, 由由参考书2图36.11-22选带带型5M节距距Pb=5mmm3)小带轮齿数数Z1和节圆圆直径dP由Z1（由参考考书2表36.11-81查得得），选取ZZ1=15dP=4)确定大齿轮轮齿数Z2和和节圆直径ddPZ=iZ25)带速v6)初定轴间距距aa=182mmm7)带长L及其其齿数Z 查表取标准节线线长480mmm,齿数ZZ=308）实际轴间距距a当轴间距不可调调整时，根据已知条件：
36、a=可算出出 = =172.4489）带宽bs已知各种带型的的基准宽度如如表3-2所示：表3-2各种带带型的基准宽宽度 带型3M 5M8M 14M20Mb5 92040 115因所选带型为55M，则基准准宽度b=99mm由参考书2公式36.1-7计算算得，bs=9mm3.2.4导向向轮的设计3.2.4.11带轮的结构构和尺寸由由参考书22表36.11-90知圆圆弧齿同步带带带轮尺寸如如（表3-3）：（单位：mm）表3-3圆弧齿齿同步带带轮轮尺寸 项目目符号 5M节圆直径dd 外圆直直径d d=d-2a=433.45齿形尺 寸 齿槽弧半径 R 1.56齿槽深h 2.166齿槽角2 114齿顶圆角
37、半径 r 0.448 节顶距 2a 1.14为了方便加工，导导向轮应该是是简单的圆柱柱形。同时为为了增大摩擦擦力，适当增增大其高度（115mm）及及直径（5mmm），加工工好之后再在在导向轮外面面缠上一层工工业橡胶。3.2.4.22传动轴的设设计为了减轻尺寸及及重量，可以以选择轴的材材料选用400Cr。（1）初选选轴径由于轴为传动轴轴，主要受转转距，受很小小的弯矩，所所以利用根据据按转距计算算轴径的计算算公式，由参参考书2中表20-10知：对于实心轴： d （33.5）式中： P轴轴的输出功率率 NN轴的转速速 AA与轴材料料及其相应的的许用扭剪应应力有关的设设计系数，选选取A=10058（由
38、参参考书2表20-111查得），计计算得：d。取取d=14mmm（由下面面轴承安装尺尺寸dminn=12.44mm求得）（2）结构构设计由于传动轴较短短，带轮尺寸寸很小，带轮轮的轴向及周周向固定很不不方便，所以以决定将带轮轮、导向轮及及轴作成一体体，如图3-5。图3-5传动轴轴尺寸3.2.4.33轴承选择根据轴径d选取取轴承号为66000的深深沟球轴承，其其中轴承内圈圈通过轴向固固定，轴向固固定通过与轴轴过盈配合。外外圈与轴承孔孔过盈配合进进行轴向固定定，轴向固定定通过端盖实实现。第四章 清扫机机构清洁工作主要由由旋转刷系统统完成，旋转转刷装置是机机器人清扫机机构的核心工工作部件之一一，旋转刷
39、由由气动马达驱驱动,与气动马达达相连的刷杆杆采用伸缩式式结构,可以进行长长度调节;旋转刷头可可拆卸并且有有不同的材料料和尺寸系列列,整个装置可可以进行俯仰仰调整,从而保证在在管道都能彻彻底清扫到管管道的边角和和顶部。在清清扫过程中,利用气动马马达吹出的高高压空气将扫扫落的灰尘吹吹向前方,便于抽风机机抽出。设计计的旋转刷头头有四种材料料系列:尼龙刷、钢钢刷、不锈钢钢刷和铜刷。尼尼龙刷适用于于所有材质的的管道,不会对管道道壁造成损伤伤;钢刷适用于于各种钢管;不锈钢刷适适用于钛合金金管道和铜镍镍合金管道;铜刷适用于于材质为有色色金属的管道道。此外应注注意的一个问问题是：旋转转刷在转动时时，管道上部部
40、的灰尘会在在旋转刷的的的带动下飞向向前方，而管管道下方的灰灰尘则会飞向向机器人本身身。为此可以以在机器人的的下部安装一一台吹风机将将灰尘吹向前前方，但考虑虑到这样会使使机器人的重重量加大，这这样会带来一一系列问题，比比如：会增大大驱动气动马马达的功率，从从而加大了车车重和车的尺尺寸，这样做做。是得不偿偿失的，因此此我决定在管管道的另一端端装上灰尘收收集装置（即即一个大的抽抽风机），这这样就可以将将灰尘都吸走走。从而解决决了以上的问问题。4.1清扫方案案确定为了提高清扫的的质量，系统统可以采用左左右摆动或上上下摆动。当当采用上下摆摆动时，可以以采用四杆机机构、凸轮机机构或不完全全齿。当采用左右摆
41、动动时，则须在在支撑杆上加加上一个支杆杆，并须用球球铰链联接，结结构较复杂。同同时在支撑杆杆上钻孔安装装铰链会对杆杆产生削弱。此此外如想改变变旋转刷系统统的高度也不不易实现，故故不采用此结结构。此两种方案设计计出来的旋转转刷系统结构构都比较复杂杂，鉴于目前前所学知识限限制，我设计计了一个比较较简单的清扫扫方案，即在在气动马达的的驱动下旋转转刷实现转动动，对管道进进行清洗。4.2旋转刷系系统主要构件件 旋转刷刷系统的主要要构件有气动动马达、旋转转刷、支架、夹夹具、螺管等等。结构简图图如图4-11所示：图4-1旋转刷刷系统简图4.3构件的选选择4.3.1气动动马达的选择择气动马达是以压压缩空气为工
42、工作介质的原原动机，它是是采用压缩气气体的膨胀作作用，把压力力能转换为机机械能的动力力装置。各类型式的气马马达尽管结构构不同，工作作原理有区别别，但大多数数气马达具有有以下特点： （1）可以无级级调速。只要要控制进气阀阀或排气阀的的开度，即控控制压缩空气气的流量，就就能调节马达达的输出功率率和转速。便便可达到调节节转速和功率率的目的。（2）能够正转转也能反转。大大多数气马达达只要简单地地用操纵阀来来改变马达进进、排气方向向，即能实现现气马达输出出轴的正转和和反转，并且且可以瞬时换换向。在正反反向转换时，冲冲击很小。气气马达换向工工作的一个主主要优点是它它具有几乎在在瞬时可升到到全速的能力力。叶
43、片式气气马达可在一一转半的时间间内升至全速速；活塞式气气马达可以在在不到一秒的的时间内升至至全速。利用用操纵阀改变变进气方向，便便可实现正反反转。实现正正反转的时间间短，速度快快，冲击性小小，而且不需需卸负荷。 （3）工作安全全，不受振动动、高温、电电磁、辐射等等影响，适用用于恶劣的工工作环境，在在易燃、易爆爆、高温、振振动、潮湿、粉粉尘等不利条条件下均能正正常工作。 （44）有过载保护护作用，不会会因过载而发发生故障。过过载时，马达达只是转速降降低或停止，当当过载解除，立立即可以重新新正常运转，并并不产生机件件损坏等故障障。可以长时时间满载连续续运转，温升升较小。 （5）具有较高高的起动力矩矩，可以直接接带载荷起动动。起动、停停止均迅速。可可以带负荷启启动。启动、停停止迅速。 （6）功率范围围及转速范围围较宽。功率率小至几百瓦瓦，大至几万万瓦；转速可可从零一直到到每分钟万转转。（7）操纵方便便，维护检修修较容易 气气马达具有结结构简单，体体积小，重量量轻，马力大大，操纵容易易，维修方便便。 （8）使用空气气作为介质，无无供应上的困困难，用过的的空气不需处处理，放到大大气中无污染染 压缩空气气可以集中供供应，远距离离输送 由于气马达具具有以上诸多