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目 次
1 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 本课题研究意义 1
1.3 研究内容 2
2 排水管道机器人概述 3
2.1 我国排水管道清淤现状 3
2.2 国外管道机器人发展现状 5
2.3 国内管道机器人的发展现状 8
3 排水管道疏通机器人的总体设计 11
3.1 排水管道疏通机器人工作环境 11
3.2 管道机器人整体设计指标 11
3.3 管道机器人系统组成 11
3.4 管道机器人本体结构设计 12
3.5 管道机器人移动方式的选择 13
3.6 履带移动方式运动方式分析 14
3.7 驱动方式的选择 15
3.8 箱体结构的设计 20
3.9 驱动轴设计 21
3.10 从动轴设计 24
3.11 轴承的校核 26
3.12 清淤工具的设计 27
3.13 其他附属装置的设计 28
3.14 密封和防腐结构的设计 29
3.15 控制系统设计 29
设计总结 30
致谢 31
参考资料 32
1 绪论
1.1 选题背景
城市的排水系统是现代化社会不可缺少的重要基础设施，管道维护及疏通工作对城市经济发展具有十分重要的影响，排水工程也是城市水污染防治和城市排渍、排涝、防洪的骨干工程。我国排水管道大都埋于地下，由于我国国民经济的迅速发展和建设，环境保护及城市建设工作越来越受到市政部门的重视，人们的环保意识也日益提高。随着经济的发展以及建设世界级新型城市的需要，城市排水领域所暴露出的问题也突显出来。如果排水不好将影响居民日常生活，严重时会打乱整个城市的正常节奏。
城市排水设施是维护城市正常生态功能的重要前提，也是保护城市水质资源和生活环境的重要措施，然而，我国的排水管道的疏通与清理工作还普遍处于人工作业的落后状态，不仅体力繁重，效率低，恶劣环境以及毒气、毒水给工人造成很大危害，甚至爆炸、死人等事故时有发生。传统的排水管道维护方式是依靠维修人员进入管道，用人工的方式进行清掏和检测工作。但是在很多情况下，人工检测方式存在很多缺点，例如管道内环境恶劣，充满了许多沼气等对人类有毒的气体，对人身安全造成很大的伤害；还有那些人体无法通过的管道，也就无法发现其中的破损；人工疏通效率低、速度慢，并且需要的时间长，准确率低等等。因此，研究制造一种排水管道的疏通检测机器人具有十分重要的意义，它既是建设现代化城市和加强环保的需要，也是广大市政管理、维修人员的迫切愿望。在这一应用领域进行一些实用的自动装置的研究，将带来长远的社会效益和经济效益，也具有十分重要的现实价值。
1.2 本课题研究意义
机器人是自动执行工作的机器设备，一台机器通过自己的动力和控制系统，以实现各种功能。社会和经济发展的快速发展不可避免的促使新技术的进步，机器人的出现提高社会生产和人类生活质量水平，并且使人类的劳动强度大大降低。让机器人做那些谁也不能做的危险工作。在现实生活中的一些工作会造成伤害，如高空作业，重物运输;还有一些高质量的工作要求，如汽车焊接，精密装配等很困难的工作，一些枯燥和重复劳动等。还有一些人类不能亲自到达的工作环境，有些工作是不适合做工作，在恶劣的环境中，这些都可以利用开始发挥作用的机器人，例如火山探险、深海勘探、空间探索等。服务型机器人可以认为你服务照顾，提供清洁和安全;水下机器人可以帮助打捞沉船;一些工程机器人还能够铺设电缆，开辟道路；农业机器人可以进行空中播种，施肥，还能够在一些地域进行自动化生产，代替人能吃苦耐劳的工作;军用机器人还可以排出地雷和炸弹的威胁，进行恐怖打击。这些机器人可以促进人类的生活，对人类发展做出贡献。
城市排水管道疏通机器人的研制意义在于：可以实现排水管道的疏通、穿缆、检测及简单的清理工作，改善当前疏通管道时工人恶劣的工作环境，并且可以降低工人的劳动负担，并且可以保障工人的人身安全、提高排水管道疏通的效率。此外，还可应用于其它领域：
（1）在恶劣的环境中作业，进行检测、疏通、修理等工作；
（2）在海底管道中作业，进行管道检测，铺设海底光缆；
（3）检查管道的腐蚀、破损以及接缝情况；
（4）可以应用在辐射，高温，高压的管道上，减少对工作人员的伤害。
1.3 研究内容
通过分析比较国内外的参考文献，和实际资料，我们可以知道国内外的管道机器人大都采用有线和无线控制方式，结构上主要有轮式，履带式的本体结构，还有些采用蠕动式的本体结构。管道机器人需要适应复杂的管道环境，应配有各种图像传感系统以及各种传感器来进行运动调节。管道机器人是各种技术的融合，是机电一体化技术的很好反应，它包括控制技术，人机工程，传感器技术，以及人工智能技术。本文主要对排水管道机器人的本体结构进行设计，对排水管道及其人的工作环境，驱动方式的选择，本体结构设计，还有控制系统等进行了简要的分析和介绍。
2 排水管道机器人概述
2.1 我国排水管道清淤现状
2.1.1 人工清淤法
工作人员在配备安全保护措施的情况下借助简单的工具进入沟渠的内部，然后进行清淤工作，并通过手推车将淤泥送到井口，达到一定的量后，然后用挖掘机将污泥挖出，但这些设备需要人工进入进行实地操作，并且只适用于人进入的管道，这种方法劳动量大，并且环境恶劣，对工人的人身安全无法做到很好的保障。
2.1.2 水力清淤法
水力清淤发分为高压水射流清淤法和水冲刷清淤法。
高压水射流清淤方法如图2.1，是使用高压喷射车配备电动机，高压泵，大型水箱，水射流喷嘴等。操作是通过汽车的发动机驱动的高压泵，加压使水从喷射水头高速射出。然后依靠射流反应，产生的反作用力，使水射流喷嘴和软管在朝着相反与身体的方向运动，但还可以清洁管壁。当喷嘴达到一定的距离，电动绞盘将软管卷回，射水枪继续喷洒水，堵塞物和污泥被冲刷到管道检查井，然后由污泥抽取车辆将其运走。这种方法可以适用于不同直径的水管，但因为需要使用干净的水，所以成本较高。然而，为了降低成本，挖泥车通常有自己的污水净化设备，可以利用下水道中污水的优势。这疏通方法设备昂贵并且疏通的作业成本高，不适合中国国情。
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