通风管道机器人毕业论文.doc

通风管道机器人哈尔滨工程大学机电工程学院05级honest摘要:目前，我国的各种通风管道由于充满灰尘和各种病菌而吐出“脏气”，长时间在污染严重的集中空调环境中生活，很容易引起呼吸困难、头疼头晕、等症状，给健康带来严重的危害。在对通风管道调研分析的基础上，专门开发了清洗通风管道的机器人。主要介绍了这种机器人的蠕动行走，行星齿轮转弯，变截面行走和单片机控制系统，实验结果表明该机器人具有较的适应能力，工作稳定可靠，在高级宾馆、高级写字楼、医院、高级商场、学校和高科技厂房等公共场所的通风管道中可以发挥很大的作用，应用前景十分广阔。关键词：通风管道；机器人；自锁；控制；丝杆通风管道作为一类特殊的管道，不同的管道直径大小不一，同一根管道的直径也有可能不一样大，管路相对来说有点复杂，管道机器人进入通风管道配合其他清洗设备将灰尘清除，现在国内外的通风管道机器人大多数能完成水平直通等径管道的清洗作业，为了提高机器人的通风管道适应行和效率，本课题发明并设计了一种变截面并可以转弯的机器人。该机器人具有自主检测和调节能力，多角度转弯能力，适用于变直径，多角度的通风管道的清洗。方案及方案论证：首先根据通风机器人的高效和自锁的行走特点用丝杆的螺旋来控制水平方向上的行走，一是丝杆有很好的自锁性能保证水平方向的行走的稳定，二是由于知道丝杆的螺纹的间距很均匀，有很好的行程确定行可以保证水平方向的行走的确定性，三是丝杆有很好的减速性，把电机很快的转速变成稳定的水平行走。再加上和直流恒速电机的正反转配合就把丝杆的最大的有点发挥出来了，简直是如虎添翼，一来在后端固定的基础上电机正转可以让丝杆的前端滑块向前运动，二来在前端固定电机反转可以让丝杆后端向前运动，这就让机器人不断的向前运动，由于怕一根丝杆的强度不够和稳定性不够，于是决定采用两根丝杆平行排列，用一副等径带轮连接两根平行丝杆来保证丝杆的同时传递性和稳定性。其次，两边的支撑开始时有两种方案，一是采用平面连杆机构配合橡胶块丝杆支撑图来支撑，二是采用丝杆的自锁配合橡胶来支撑。经过激烈的讨论最后决定采用第二种方案。那为什么抛弃第一种方案呢？如果采用第一种方案，那么由于平面连杆机构的主要的力都集中在杆上，造成连杆和橡胶配合时橡胶不能均匀的受力和只有一小部分受力，那会使橡胶和管壁的摩擦力不足而不能支撑。第二种方案由于也是采用的是丝杆和直流恒速电机的配合，原理同上。本打算一个光杆左边接个左旋，右边接个右旋，这样就会支撑的很好，但考虑到经济因素，左旋的成本太高而且不好加工，所以最后的第二种方案如上面丝杆支撑图所示。管道机器人整体图第三，多角度转弯的结构是主要是齿轮配合，采用一个齿轮静止，另一个齿轮绕着静止的齿轮运动的齿轮配合。开始时也想到了涡轮涡杆，但涡轮涡杆一是太贵，再一个就是传动的准确性不是那么好，而用齿轮传动就有很多好处了，齿轮配合是两个模数相同的，齿距相等的齿轮配合，所以传动的准确性就很好，一个齿轮通过联轴器和步进电机的输出轴连接,另一个齿轮和要旋转的部分连接,再一个就是说如果在前端支撑后者后端支撑松开的情况下齿轮肯定会旋转,那么就麻烦了,解决的方案是让和齿轮连接的步进电机不断的运动就给要下去的部分一个力,这个力使整个机器人保持水平,通过不断的实验最后选择让步进电机输出合适的转速。齿轮的成本也相对来说比较便宜，加上用步进电机控制齿轮的旋转就能很好的控制整个机器人的旋转角度了。第四，用单片机和步进电机控制整个系统。考虑到价格等方面的因素，我们采用较简单的控制流程，该控制装置的流程图下图所示：YNNY第五,电子电路部分主要是采用AVR单片机控制和以下电路图.M1-M2撑M2松M1松M4正转M1松M3缩M2紧M1紧M2松M1紧M3伸开始中断结束ENDM4反转M2紧AVR单片机连接电路图第六,机构的主要框架,轴承座,带轮,光轴,联轴器都采用铝材料,因其让整个机器人的重量比较轻,能使两支撑臂用较小的力就能支撑起整个机器人,再一个就是其能承受较大的应力,在铝板上能很好的转孔,攻丝等操作,无论是在选择横速电机还是步进电机上,都遵循这样一条原则:在满足力矩,功率的基础上,尽可能的减少他们的质量,这也是为了减少整个机器人的质量,轴承的选择也是这样,在满足和光轴配合的基础上,尽量减少轴承的质量.把三个横速电机和步进电机都是一端用轴承和轴承座支撑起来,另一端把他固定在铝板上,铝板的一端用螺柱和电机相连,另一端和用铝板做的大支座相连,这样保证电机的稳定和输出。由于电机输出轴和小齿轮的中心孔不是同一个尺寸，采用一个小联轴器把他们连接起来,又不断的实验大小齿轮的距离保证小齿轮与大齿轮啮合平稳。带轮和光轴的也不是同一个尺寸,也采用小的联轴器把他们连接,再涂上一些AB胶就使整个结构特别牢固。实验结果表明在实际使用中该机器人体现了很好的适应性,能适应不同直径的通风管道,整套控制系统能很好的协调多个电机的驱动控制以达到同时运行,实现了开始时机器人的基本设计功能。此机构性能比较优越，能很好的完成各种清洗通风管道任务。其主要特点有：整体结构稳定，能很好的提高清洗工作效率，可以多角度自锁控制比以往的机构有很大的优越性，此机构很好的降低了能耗，大大的减少了无效行程。噪声低，采用了摩擦式的水平取送方式，大大降低了噪声污染，更适合现在人们对生活环境的要求。控制方式简单，降低了控制方面的成本，而且可靠性也有提高