小型管道清洁机器人行走机构设计

目录

1引言 (3)

1.1 论文背景、意义及要求 (3)

1.2 国外、国内研究概况 (4)

1.3 市场需求预测 (6)

1.4 设计的重点与难点 (6)

2 机器人行走机构的设计 (7)

2.1空调管道系统介绍及清洗原理 (7)

2.2 机器人移动载体方案设计 (8)

2.2.1 总体方案设计 (8)

2.2.2 传动方案的设计 (9)

2.3张紧机构的设计 (11)

3. 具体设计计算 (12)

3.1 移动载体传动计算 (12)

3.1.1 左右驱动轮传动计算 (12)

3.1.2 后万向轮传动计算 (20)

3.2张紧启动系统的设计计算 (24)

3.2.1气缸的选择 (24)

3.2.2启动辅助元件和回路的选择设计 (26)

3.3 传动齿轮﹑蜗轮蜗杆的尺寸计算 (27)

3.4 轴的设计﹑计算和校核 (27)

3.5 轴承的寿命计算 (32)

4 机器人转弯时的管道通过性分析 (33)

4.1 管道机器人在水平直角弯管的通过性分析 (33)

4.2 管道机器人在矩形管水平圆弧形弯头的通过性分析 (35)

5 结构设计 (36)

1 引言

1.1 论文背景、意义及要求

清洁机器人作为服务机器人领域中的一个新产品,尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果, 但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高, 行走机构就是其中的一个比较重要的技术。有的可在房间内随机移动，但要求有一定的动力和对地面有足够大的摩擦。事实上，虽然有一些公司推出了一些样品或产品，但却不能达到满意程度：清洁效果不佳，遍历时间长。随着当今社会的发展，空调通风系统在日常生活中发挥着越来越重要的作用。中央空调系统主宰着楼宇中空气的新陈代谢，被称为“建筑物之肺”。中央空调管道在长期使用中会积累许多灰尘、病菌及放射物等，这些有害物质在送风过程中便污染了空气，长期被人体吸入，就会危害大众的健康。因此人们在迫切要求提高生活质量的同时，要求提高工作居住场所及其他公共场所环境质量(特别是空气质量)的呼声也越来越急切。

国外发达国家由于很早以前便应用了众多的中央空调系统，针对空气质量对人身健康的危害，国外民众有比较深刻的认识(1976年美国费城的军团菌大爆发，事后认定其传染源就是该市某会场内的中央空调)。国外卫生机构相继出台了较为严密的中央空调使用及清洗法规，如:美国国家风管清洗协会制定的行业标准《暖通空调系统的评估、清洗和修复标准}) C ACR2002版)和日本制定的《日本风道清洗协会技术标准》CI990版)及芬兰新颁布的法律要求宾馆、饭店、洗衣房、工业加工产生粉尘物质的通风系统，每年清洁一次;医院、学校等每5年一次。类似的法律可以预见将在世界各地实施。目前发达国家均成立有中央空调风管清洗协会，如:国际通风卫生评议会(TCVH)、美国风道清洗协会(NADCA ) 、欧洲风道清洗协会(EVHA)、英国风道清洗协会(HVCA)旧本风道清洗协会(JADCA)等，国外的集中空调的风道清洗己经形成了一个巨大的产业。

国内有超过500万个各类中央空调需要清洗保养，而且每年正在以10%的速度递增，这些中央空调大部分运行了20年以上却从未清洗。随着我国经济的发展，人们对室内空气质量所带来的危害越来越重视，尤其是2003年“非典”疫情的传播，已使人们对中央空调带来的疾病隐患有了相当深刻的认识。为了保障公众健康，2006年3月1日，卫生部制定并实施了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》，中央空调的卫生问题得到了前所未有的关注，对空调管道进行定期清洗势在必行。

当前，人们已认识到中央空调风管内的灰尘是传播病毒的载体，重视了中央空调的清洗，但是结果不尽人意。原因有三：一是我国大多数中央空调普遍使用粗效过滤器，最多只能过滤空气中40％的可悬浮颗粒物，近60％的颗粒物进入中央空调，依然为病毒载体，当通风时，仍有可能产生交叉感染；二是目前人们只注重中央空调机组的清洗和水处理，殊不知风管面积远远大于机组面积，而中央空调系统内95％以上的藏尘量在风管内，水洗仅降低机体内10％水垢的产生；三是没有机器人参与清洗，人进入风管清洗又存在二次污染。

因此，加强中央空调通风管道的清洗，消除病毒的污染源，必须要求从事中央空调清洗的专业队伍技术先进，设备精良，这使管道清扫机器人步入了历史舞台。

国外从20世纪70年代末80年代初开始重视中央空调的风道清洗，同时，随着计算机、传感器、现代控制理论和技术的发展，为管道机器人的研究应用提供了技术保证。自从1980年丹达克林发明了世界上第一台风管清洗机器人直到1990年前后，国外的中央空调清洗得以普遍实施，并建立了相应行业及国家标准。

据调研，目前上海安装有中央空调系统的各类楼宇有3000多幢，由于此类管道通常纵横交错，大管道由人来进行管道检测、维修工作不仅费时费力，而且不卫生。口径小、长度长的管道不仅人无法进去检查，而且清扫起来也不容易。因此，管道清扫机器人的出现是一种必然的趋势。

管道清扫机器人能轻松的爬入管道配合其他管道清洗设备将管道中的灰尘、尘螨，甚至昆虫尸体，死老鼠等垃圾一扫而空，最后还能对管道进行消毒。可适用于各种中央空调和除尘等管道的管道检测、清洗、消毒、喷漆等作业。

因此，中央空调清洗行业将成为中国一个新兴的有着巨大潜力的发展行业，对中央空调清洁机器人的研究与开发更是具有一定的社会价值和商业价值。

1.2 国外、国内研究概况

空调清洁技术起源于60余年前，是随着中央空调技术同时诞生的。国外从20世纪70年代末80年代初开始重视中央空调的风道清洗，直到1990年前后中央空调清洗才得以普遍实施，并建立了相应行业及国家标准。目前在所有发达国家无一例外地实施了中央空调的清洗。风管清洗在国外是一个比较成熟的市场，气清洗机器人设备的研究和开发业相应