中央空调管道清洁机器人机构设计学士学位论文.docx
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中央空调管道清洁机器人机构设计学士学位论文
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/T19210-2003．空调通风系统清洗规范[S]．中国标准化，2003，（9）:
66-67
[2]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，1995
[4]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，2005
[5]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，2006
[6]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）：
39-41
[8]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
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150mm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150～650mm。
本方案有主要包括：
车体、控制臂、多功能臂和远程调控装置，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：
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
[1]GB/T19210-2003．空调通风系统清洗规范[S]．中国标准化，2003，（9）:
66-67
[2]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，1995
[4]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，2005
[5]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，2006
[6]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）：
39-41
[8]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
Abstract
ACentralairconditionductcleanrobotisamechanicalsystem,whichcanwalkautomaticallyinsideapipe.Itworksincentralairconditionpipesunderthecontrolofanoperatorwitharemotedevice.Baseontheresultswhichhavebeenmadeinthisareasofar,theauthormadeacomprehensivestudyonsometheoreticalandpracticalproblemsforaspecialtypepiperobot.Throughreadingalargequantityofprofessionalbooksonpiperobot,theauthorgivesafullstudyofitsmotiontheory,drivingmodelandcon
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