1、中央空调管道清洁机器人机构设计一、课题训练内容本课题基于国内外已经取得的科研成果，针对中央空调矩形通风管道系统的特点作了深入的分析和论证，在查阅和掌握大量有关文献的基础上，针对矩形的空调管道提出了管道机器人的机构设计方案。本课题训练内容：1. 移动载体的设计撑紧装置的设计机械手的设计2. 零件设计计算以及强度校核3. 对机器人在转弯时的通过性进行了分析二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）论文任务：针对矩形的空调管道设计管道清洁机器人。论文要求：1.设计说明书按武汉科技学院毕业设计（论文）格式模板要求书写。2.译文见附页。3.程序要求框
2、图详细完整，硬件图纸完备，程序清单作为附页附在论文后，程序及电子文档刻成光盘与报告同时上交。4.设计指标需考虑技术经济性要求。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料主要参数：机器人车体长为 501mm，宽 438mm，高为 294mm，车体加上机械手附带毛刷总长为 1281mm；机械手总长为 792.5mm 水平最高行进速度：1m/s；垂直攀爬速度：100mm/s；垂直攀爬载重：10kg；回转半径：0；机械手自由度：4；监视器回转速度：2 度/秒；监视器水平回转范围：360；监视器俯仰回转范围：240度。主要参考资料：1 GB/T 19210-2003空调通风系统清洗规范S中国标准化，20
3、03，(9):66-672 甘小明，徐滨士，董世运等管道机器人的发展现状J机器人技术与应用，2003，(6)：5-10 3 龚振邦等编著机器人机械设计M北京：电子工业出版社，19954 濮良贵，纪名刚等编著.第 8 版.机械设计M.北京：高等教育出版社，20055 孙桓，陈作模，葛文杰等编著.第 7 版.机械原理M.北京：高等教育出版社，20066 宋章军，陈恳，杨向东等通风管道智能清污机器人 MDCR-I 的研制与开发J机器人，2005，27(2)：142-146 7 韩晓明，车立新，谢霄鹏等中央空调管道清扫机器人的设计J机械，2005，32(1)：39-418 谢文彬，杨建国，李蓓智等管道
4、检测机器人的研制J机械工程师，2005，(1)：16-18 四、毕业设计（论文）进度表武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表序号起止日期 计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期1 12.1-1.1查找资料，熟悉被选课题及其相关内容,预选出课题名称。2 1.2-2.1与辅导老师沟通确认课题的难点和重点及要注意的问题。并完成开题报告。3 3.10 毕业设计开题答辩4 3.11-3.31进行整体结构设计，对零件的工作能力设计确定零部件的基本尺寸。5 4.1-4.30部件装配草图及总装配草图的设计。对所有零件进行结构化设计，使零件有最合理的构型。并用 CAD 画出工程图。6 5.1-5.15开始写论文
5、并翻译一篇英文文献7 5.16-5.25对论文中不合理的地方进行修改。并根据学校对论文要求的格式对自己的论文进行规范，准备答辩。注：1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉纺织大学毕业设计（论文）规范执行。武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称 中央空调管道清洁机器人机构设计院系名称 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机设 062 学生姓名 潘宏伟课题意义近几年来，中央空调不定期清洗的巨大危害已经引起了决策部门的关注。2003年，国家质检总
6、局发布了空调通风系统清洗规范，卫生部颁布了公共场所集中空调通风系统卫生规范；2005 年，建设部与国家质检总局联合发布了有关空调通风系统运行管理规范的国家标准；2006 年 3 月 1 日，卫生部颁布了公共场所集中空调通风系统卫生管理办法。中央空调长期使用后，灰尘、污垢、细菌等会积聚在空调通风管道内部，不但影响空调的制冷，还会促成螨虫的滋生；附着在室内机的细菌随送风系统吹回室内，污染室内的空气、传播疾病，严重影响人们身心健康。人长期呆在空调房里，就会患空调综合症（头晕、乏力，免疫力下降，俗称空调病） ，还容易感染皮肤病。另外空调在无数次的重复运行中，空气中夹杂的大量尘埃和液态烟雾就会层层包裹散
7、热片，并严重堵塞散热片之间微小空隙，影响散热片的散热，从而导致冷凝器压力升高，压缩机马达电流增大，运行时间成倍延长，耗电量显著增加。因此清洗空调可保护压缩机，延长使用寿命，降低能耗，改善制冷效果。因此需要定期清洗中央空调通风管道。但高楼内空调管道纵横交错、管路复杂，有大口径的总管和小口径的支管，管道截面有矩形管和圆形管，不同管径和不同形状的管道之间构成有阶梯接口、锥形接口、圆弧弯道、 “L”直角弯道、 “T”或“Y”岔道等规格繁多，非人力所能及，而且人爬进管道清洗也不符合劳动卫生规范。而用管道机器人清洗通风管道有着其他管道清洗方式不可比拟的优势 ,管道清洗机器人不仅可以清洗 ,还可以实时检查清
8、洗效果以及进行管道探伤、喷涂、消毒, 所以需采用专用的机器人进行清洗和消毒。 所属领域的发展状况目前，国外的管道清洗机器人已形成产业化。如美国、丹麦、日本、韩国等诸多国家均有管道清洗机器人系列产品。纵观国外管道清洗机器人，其结构大同小异，性能水平也没太大的差别：1）大多采用轮式或双履带式移动机构；2）配有高速旋转的清扫机构，用来把管内的灰尘打落、清除。由于管道有矩形管和圆管之分，所以可更换相应的清洗矩形管和圆管的清洁刷；3）装有 CCD 摄像头及照明灯，用于探测管道内的状况，这在人所不能到达的管道内部是必不可少的；4）由于管道机器人还不可能达到完全自主清洁，故采用线控方式，由操作人员在管道外进
9、行操作。研究内容、研究方法、研究手段空调管道清洗机器人应具备清扫管道、喷射清洗气雾或消毒药水或直接进行吸尘、携带摄像机和传感器检测管道内状况的功能。要实现这些功能，机器人必须拥有的 “器官”包括：灵活的移动载体、多种清扫和清洗作业工具、CCD 摄像机及照明系统、通信系统和操作盒以及一些辅助设备和设施。本课题研究在于满足基本功能的情况下，使其具有重量轻、体积小、价格低的特点。中央空调通风管道大多采用扁平矩形截面 ,管道高度范围相当大 ,最扁平 的管道高度仅 150 mm 左右。因此管道清洗机器人设计指标确定为矩形管高度各项技术性能均 150650 mm。本方案有主要包括：车体、控制臂、多功能臂和
10、远程调控装置，控制臂与多功能臂组成一个主从随动伺服装置。用于管道清扫、攀越障碍的多功能臂装在车体上，同时还有设有能与空调通风管道联通的负压吸尘管，负压吸尘管与风机连接。工作原理：将清洁车放入中央空调通风管道内，并将负压吸尘管管头插入通风管道内，再用气垫将管道两头封闭，然后选择手动开关，通过开关控制电路和控制电缆控制清洁车的行走、清洁刷的工作以及摄像头转向。其工作过程是：选择手动开关是清洁车上的摄像头转动将管道内壁的结垢情况及清扫状况摄下并在显示器上显示出来，操作人员根据显示情况及清扫状况用手动开关操纵清扫车的运动，并控制清洁刷旋转，将污垢从管壁上扫下再通过与气泵连接的负气吸尘管吸走。工作简图：
11、研究步骤1）进行整体结构设计2）机器的运动学设计。根据结构方案确定原动件的参数(功率、转速、线速度等)。然后做运动学计算，从而确定个运动构件的运动参数（参数、速度、加速度等） 。3）机器的动力学计算。结合各部分的结构及运动参数，计算各主要零件所受载荷的大小及特性。4）零件的工作能力设计。已知主要零检索瘦的工程再喝的大小和特性，既可做零、部件的初步设计。设计所依据的工作能力准则，通过计算或类比，即可决定零、部件的基本尺寸。5）部件装配草图及总装配草图的设计。根据已定的主要零、部件的基本尺寸，设计出部件装配及总装配草图。草图上需对所有零件的外形及尺寸进行结构化设计。在此步骤中需很好的协调各零件的结
12、构及尺寸，全面地考虑所设计的零、部件的结构工艺性，使全部零件有最合理的构型。6）用 CAD 软件画出装配图参考书目1GB/T 19210-2003空调通风系统清洗规范S中国标准化，2003，(9):66-672 甘小明，徐滨士，董世运等管道机器人的发展现状J机器人技术与应用，2003，(6)：5-10 3 龚振邦等编著机器人机械设计M北京：电子工业出版社，19954 濮良贵，纪名刚等编著.第 8 版.机械设计M.北京：高等教育出版社，20055 孙桓，陈作模，葛文杰等编著.第 7 版.机械原理M.北京：高等教育出版社，20066 宋章军，陈恳，杨向东等通风管道智能清污机器人 MDCR-I 的研
13、制与开发J机器人，2005，27(2)：142-146 7 韩晓明，车立新，谢霄鹏等中央空调管道清扫机器人的设计J机械，2005，32(1)：39-418 谢文彬，杨建国，李蓓智等管道检测机器人的研制J机械工程师，2005，(1)：16-18 指指导教师签名： 年 月 日 摘 要中央空调管道清洁机器人是一种可以沿管道内部自动行走，在操作人员的遥控操作下能够进行空调管道的清洁系统。本论文基于国内外已经取得的科研成果，针对中央空调矩形通风管道系统的特点作了深入的分析和论证，在查阅和掌握大量有关文献的基础上，针对矩形的空调管道提出了管道机器人的行走方案。本次设计分为三个部分：移动载体的设计撑紧装置的
14、设计机械手的设计。在移动机构中采用车轮式，并且在车体前后设置了万向轮，从而使机器人在管道中有更好的运动能力。压紧装置和机械手的设计也是课题的重点，压紧装置和移动载体相配合，使得机器人具有垂直上升能力，而清洁的功能通过机械手上面的毛刷来实现，然后对设计中所涉及的零件进行强度校核，最后对机器人在转弯时的通过性进行了分析。关键词:机器人； 管道； 机构设计； 中央空调； 清洁AbstractA Central air condition duct clean robot is a mechanical system, which can walk automatically inside a pip
15、e. It works in central air condition pipes under the control of an operator with a remote device. Base on the results which have been made in this area so far, the author made a comprehensive study on some theoretical and practical problems for a special type pipe robot. Through reading a large quan
16、tity of professional books on pipe robot, the author gives a full study of its motion theory, driving model and configuration, and a detailed of the technical issues related to explanation pipe robot research and manufacturing. According to rectangular pipes characteristics, a system of pipe robot i
17、s presented. This design is divided into three parts: the design of mobile carriers, the design of support device，the design of manipulator. We use wheel-type mobile mechanism as the moving device, and set a caster in front of the robot, as well as in the back, which allowing the robot having a bett
18、er athletic ability in the pipeline. Compression devices and robot design is the key issue. With the compression and mobile device, the robot can move vertically. Then check the strength of the parts involved in design. At last robots traveling-capability at the corner is discussed.Keywords: robot; pipe; mechanism design; central air condition; clean 目 录1. 绪
