通風(fēng)管道機(jī)器人畢業(yè)論文.doc

通風(fēng)管道機(jī)器人哈爾濱工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院05級(jí)honest摘要:目前，我國的各種通風(fēng)管道由于充滿灰塵和各種病菌而吐出“臟氣”，長時(shí)間在污染嚴(yán)重的集中空調(diào)環(huán)境中生活，很容易引起呼吸困難、頭疼頭暈、等癥狀，給健康帶來嚴(yán)重的危害。在對通風(fēng)管道調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，專門開發(fā)了清洗通風(fēng)管道的機(jī)器人。主要介紹了這種機(jī)器人的蠕動(dòng)行走，行星齒輪轉(zhuǎn)彎，變截面行走和單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該機(jī)器人具有較的適應(yīng)能力，工作穩(wěn)定可靠，在高級(jí)賓館、高級(jí)寫字樓、醫(yī)院、高級(jí)商場、學(xué)校和高科技廠房等公共場所的通風(fēng)管道中可以發(fā)揮很大的作用，應(yīng)用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞：通風(fēng)管道；機(jī)器人；自鎖；控制；絲桿通風(fēng)管道作為一類特殊的管道，不同的管道直徑大小不一，同一根管道的直徑也有可能不一樣大，管路相對來說有點(diǎn)復(fù)雜，管道機(jī)器人進(jìn)入通風(fēng)管道配合其他清洗設(shè)備將灰塵清除，現(xiàn)在國內(nèi)外的通風(fēng)管道機(jī)器人大多數(shù)能完成水平直通等徑管道的清洗作業(yè)，為了提高機(jī)器人的通風(fēng)管道適應(yīng)行和效率，本課題發(fā)明并設(shè)計(jì)了一種變截面并可以轉(zhuǎn)彎的機(jī)器人。該機(jī)器人具有自主檢測和調(diào)節(jié)能力，多角度轉(zhuǎn)彎能力，適用于變直徑，多角度的通風(fēng)管道的清洗。方案及方案論證：首先根據(jù)通風(fēng)機(jī)器人的高效和自鎖的行走特點(diǎn)用絲桿的螺旋來控制水平方向上的行走，一是絲桿有很好的自鎖性能保證水平方向的行走的穩(wěn)定，二是由于知道絲桿的螺紋的間距很均勻，有很好的行程確定行可以保證水平方向的行走的確定性，三是絲桿有很好的減速性，把電機(jī)很快的轉(zhuǎn)速變成穩(wěn)定的水平行走。再加上和直流恒速電機(jī)的正反轉(zhuǎn)配合就把絲桿的最大的有點(diǎn)發(fā)揮出來了，簡直是如虎添翼，一來在后端固定的基礎(chǔ)上電機(jī)正轉(zhuǎn)可以讓絲桿的前端滑塊向前運(yùn)動(dòng)，二來在前端固定電機(jī)反轉(zhuǎn)可以讓絲桿后端向前運(yùn)動(dòng)，這就讓機(jī)器人不斷的向前運(yùn)動(dòng)，由于怕一根絲桿的強(qiáng)度不夠和穩(wěn)定性不夠，于是決定采用兩根絲桿平行排列，用一副等徑帶輪連接兩根平行絲桿來保證絲桿的同時(shí)傳遞性和穩(wěn)定性。其次，兩邊的支撐開始時(shí)有兩種方案，一是采用平面連桿機(jī)構(gòu)配合橡膠塊絲桿支撐圖來支撐，二是采用絲桿的自鎖配合橡膠來支撐。經(jīng)過激烈的討論最后決定采用第二種方案。那為什么拋棄第一種方案呢？如果采用第一種方案，那么由于平面連桿機(jī)構(gòu)的主要的力都集中在桿上，造成連桿和橡膠配合時(shí)橡膠不能均勻的受力和只有一小部分受力，那會(huì)使橡膠和管壁的摩擦力不足而不能支撐。第二種方案由于也是采用的是絲桿和直流恒速電機(jī)的配合，原理同上。本打算一個(gè)光桿左邊接個(gè)左旋，右邊接個(gè)右旋，這樣就會(huì)支撐的很好，但考慮到經(jīng)濟(jì)因素，左旋的成本太高而且不好加工，所以最后的第二種方案如上面絲桿支撐圖所示。管道機(jī)器人整體圖第三，多角度轉(zhuǎn)彎的結(jié)構(gòu)是主要是齒輪配合，采用一個(gè)齒輪靜止，另一個(gè)齒輪繞著靜止的齒輪運(yùn)動(dòng)的齒輪配合。開始時(shí)也想到了渦輪渦桿，但渦輪渦桿一是太貴，再一個(gè)就是傳動(dòng)的準(zhǔn)確性不是那么好，而用齒輪傳動(dòng)就有很多好處了，齒輪配合是兩個(gè)模數(shù)相同的，齒距相等的齒輪配合，所以傳動(dòng)的準(zhǔn)確性就很好，一個(gè)齒輪通過聯(lián)軸器和步進(jìn)電機(jī)的輸出軸連接,另一個(gè)齒輪和要旋轉(zhuǎn)的部分連接,再一個(gè)就是說如果在前端支撐后者后端支撐松開的情況下齒輪肯定會(huì)旋轉(zhuǎn),那么就麻煩了,解決的方案是讓和齒輪連接的步進(jìn)電機(jī)不斷的運(yùn)動(dòng)就給要下去的部分一個(gè)力,這個(gè)力使整個(gè)機(jī)器人保持水平,通過不斷的實(shí)驗(yàn)最后選擇讓步進(jìn)電機(jī)輸出合適的轉(zhuǎn)速。齒輪的成本也相對來說比較便宜，加上用步進(jìn)電機(jī)控制齒輪的旋轉(zhuǎn)就能很好的控制整個(gè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)角度了。第四，用單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)。考慮到價(jià)格等方面的因素，我們采用較簡單的控制流程，該控制裝置的流程圖下圖所示：YNNY第五,電子電路部分主要是采用AVR單片機(jī)控制和以下電路圖.M1-M2撐M2松M1松M4正轉(zhuǎn)M1松M3縮M2緊M1緊M2松M1緊M3伸開始中斷結(jié)束ENDM4反轉(zhuǎn)M2緊AVR單片機(jī)連接電路圖第六,機(jī)構(gòu)的主要框架,軸承座,帶輪,光軸,聯(lián)軸器都采用鋁材料,因其讓整個(gè)機(jī)器人的重量比較輕,能使兩支撐臂用較小的力就能支撐起整個(gè)機(jī)器人,再一個(gè)就是其能承受較大的應(yīng)力,在鋁板上能很好的轉(zhuǎn)孔,攻絲等操作,無論是在選擇橫速電機(jī)還是步進(jìn)電機(jī)上,都遵循這樣一條原則:在滿足力矩,功率的基礎(chǔ)上,盡可能的減少他們的質(zhì)量,這也是為了減少整個(gè)機(jī)器人的質(zhì)量,軸承的選擇也是這樣,在滿足和光軸配合的基礎(chǔ)上,盡量減少軸承的質(zhì)量.把三個(gè)橫速電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都是一端用軸承和軸承座支撐起來,另一端把他固定在鋁板上,鋁板的一端用螺柱和電機(jī)相連,另一端和用鋁板做的大支座相連,這樣保證電機(jī)的穩(wěn)定和輸出。由于電機(jī)輸出軸和小齒輪的中心孔不是同一個(gè)尺寸，采用一個(gè)小聯(lián)軸器把他們連接起來,又不斷的實(shí)驗(yàn)大小齒輪的距離保證小齒輪與大齒輪嚙合平穩(wěn)。帶輪和光軸的也不是同一個(gè)尺寸,也采用小的聯(lián)軸器把他們連接,再涂上一些AB膠就使整個(gè)結(jié)構(gòu)特別牢固。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在實(shí)際使用中該機(jī)器人體現(xiàn)了很好的適應(yīng)性,能適應(yīng)不同直徑的通風(fēng)管道,整套控制系統(tǒng)能很好的協(xié)調(diào)多個(gè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制以達(dá)到同時(shí)運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)了開始時(shí)機(jī)器人的基本設(shè)計(jì)功能。此機(jī)構(gòu)性能比較優(yōu)越，能很好的完成各種清洗通風(fēng)管道任務(wù)。其主要特點(diǎn)有：整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能很好的提高清洗工作效率，可以多角度自鎖控制比以往的機(jī)構(gòu)有很大的優(yōu)越性，此機(jī)構(gòu)很好的降低了能耗，大大的減少了無效行程。噪聲低，采用了摩擦式的水平取送方式，大大降低了噪聲污染，更適合現(xiàn)在人們對生活環(huán)境的要求?？刂品绞胶唵危档土丝刂品矫娴某杀?，而且可靠性也有提高