矩形通风管道清洁机器人机构设计与作业性能分析和仿真

摘要

社会的发展进步日新月异，尤其是城市化进程的推进，中央空调的应用已经十分普遍。随之而来的关于中央空调通风管道的灰尘堆积导致的问题亟需解决，尤其是灰尘积累所导致的细菌滋生问题和风道堵塞会导致通风效率下降的问题。清洁机器人的应用是解决上述问题的有效途径。
　　本文总结并分析了国内外一些管道清洁机器人的优缺点，提出了一种用于中央空调矩形通风管道清洁的机器人方案，设计了其行走机构、清洁机构和收集机构，建立了机器人的三维模型。其中行走机构采用运动灵活的轮式行走方式;清洁机构使用了盘刷、条刷和滚刷组合的清洁方式，配合调节机构，可以实现机器人对管道所有内壁的同时清洁;收集机构采用传统的风机真空吸附。
　　基于机器人的作业环境，对机器人各项技术指标和性能参数进行了分析计算。以具有顺利通过直角弯管和圆角弯管的能力为目标，确定了机器人的整体尺寸。设计了盘刷清洁时合理的安装角度，既保证清洁效果又增加刷子的寿命。盘刷中心距调节机构和条刷缓冲机构的设计也增加了机器人在管道内的适应能力。
　　建立了机器人的虚拟样机，分别对机器人的主要功能机构和部件进行了动力学仿真分析，确定了机器人越障过程中的稳定性及驱动力要求。计算了机架和盘刷中心矩调节机构的强度和固有频率，并进行了结构改进。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景

1．1．1 中央空调通风管道清洁的重要性

1．1．2 国内清洁通风管道系统状况

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 管道清洁机器人主要机构特点汇总

1．3 存在的问题

1．4 本课题的意义及主要内容

第二章 管道清洁机器人整体结构方案设计

2．1 管道清洁机器人的设计要求

2．2 管道清洁机器人行走机构的方案设计

2．3 管道清洁机器人清洁和收集机构的设计

2．3．1 清洁机构的设计

2．3．2 灰尘收集机构的设计

2．4 管道清洁机器人三维建模

2．5 本章小结

第三章 管道清洁机器人参数设计及性能分析

3．1 管道清洁机器人基本尺寸和参数的设计

3．1．1 机器人过直角弯分析

3．1．2 机器人过圆角弯分析

3．1．3 机器人质量及总体尺寸参数

3．2 清洁机构清洁能力分析

3．2．1 管道内积尘量的分析

3．2．2 清洁能力分析

3．2．3 条刷缓冲机构参数设计

3．3 盘刷清洁机构参数设计分析

3．3．1 盘刷清洁姿态设计

3．3．2 盘刷中心距调节机构参数设计

3．4 机器人驱动能力分析

3．4．1 机器人爬坡性能分析

3．4．2 机器人横向稳定性分析

3．5 机器人部分动力源的选型及整体规格参数确定

3．6 本章小结

第四章 管道清洁机器人虚拟样机建模及运动性能仿真分析

4．1 机器人动力学仿真原理

4．2 机器人清洁作业过程的性能分析

4．2．1 机器人平面直线行走作业性能仿真与分析

4．2．2 机器人斜面爬坡作业性能仿真与分析

4．2．3 机器人转弯作业过程性能仿真与分析

4．3 盘刷中心距调节机构性能仿真与分析

4．4 条刷缓冲机构的仿真与分析

4．5 本章小结

第五章 管道清洁机器人关键零部件性能校核和优化设计

5．1 有限单元法简介

5．2 机器人主体机架的机构设计和优化分析

5．2．1 主体机架静力挚陛能分析

5．2．2 主体机架模态性能分析

5．3 盘刷中心距调节机构谐响应分析

5．3．1 盘刷中心距调节机构的模态分析

5．3．2 盘刷中心距调节机构谐响应分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及专利