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衢州学院毕业设计（论文）题目：中央空调管道清洁机器人的设计作者：童顺丙系（部）：机电控制工程学院专业班级：机械设计与制造08级（1）班指导教师：田敬职称：讲师二O一一年一月十八日中央空调管道清洁机器人的设计摘要本次设计的机器人用于污染的中央空调管道的清洁，整体结构主要由行走机构、清扫机构和监视控制系统三部分组成，行走机构又分为驱动机构、导向轮系统两部分。驱动方式为单电机驱动机器人前轴。在清扫之前，通过调整支撑臂上的螺钉来调节两个导向轮的横向距离，保证机器人处于管道中央时导向轮两端距管道壁各有约20mm。清洁工作主要由旋转刷系统完成，旋转刷由气动马达驱动,与气动马达相连的刷杆采用伸缩式结构,可以进行长度调节;旋转刷头可拆卸并且有不同的材料和尺寸系列,整个装置可以进行俯仰调整,从而保证在管道都能彻底清扫到管道的边角和顶部。在清扫过程中,利用气动马达吹出的高压空气将扫落的灰尘吹向前方,便于抽风机抽出。清洁过程中，通过监视系统可以方便的对清扫情况进行实时监控，当出现清扫效果不理想时可以操纵机器人后退再清扫一次。关键字：中央空调管道，清洁机器人，马达，旋转刷I目录第一章概述............................................................11.1课题的背景及意义....................................................11.2机器人发展现状及趋势................................................21.2.1国内领先水平的管道清洁机器人....................................21.2.2中央空调管道清洁机器人发展趋势..................................31.3本课题的设计任务...................................................3第二章中央空调管道机器人系统设计..............................................................42.1工作原理及组成......................................................42.2机器人设计原则......................................................52.3整体方案选择........................................................6第三章行走机构设计...................................................83.1机器人驱动机构......................................................83.1.1电机的选择......................................................83.1.2传动齿轮的设计..................................................93.1.3传动轴的设计...................................................143.2导向轮系统.........................................................173.2.1导向轮系统原理.................................................173.2.2电机的选取.....................................................173.2.3传动带的选择...................................................183.2.4导向轮的设计...................................................20第四章清扫机构.......................................................234.1清扫方案确定.......................................................234.2旋转刷系统主要构件.................................................244.3构件的选择.........................................................244.3.1气动马达的选择.................................................244.3.2旋转刷的设计...................................................26第五章监视控制系统..................................................285.1摄像头的选择.......................................................285.2摄像头的固定和调整.................................................285.3监视器.............................................................29II5.4照明装置...........................................................295.5灰尘收集装置.......................................................30第六章总结...........................................................32参考文献............................................................33谢辞...................................................................32机械工程学院毕业设计（论文）1第一章概述1.1课题的背景及意义随着当今社会的发展，空调通风系统在日常生活中发挥着越来越重要的作用。中央空调系统主宰着楼宇中空气的新陈代谢，被称为“建筑物之肺”。中央空调管道在长期使用中会积累许多灰尘、病菌及放射物等，这些有害物质在送风过程中便污染了空气，长期被人体吸入，就会危害大众的健康。因此人们在迫切要求提高生活质量的同时，要求提高工作居住场所及其他公共场所环境质量(特别是空气质量)的呼声也越来越急切。国外发达国家由于很早以前便应用了众多的中央空调系统，针对空气质量对人身健康的危害，国外民众有比较深刻的认识(1976年美国费城的军团菌大爆发，事后认定其传染源就是该市某会场内的中央空调)。国外卫生机构相继出台了较为严密的中央空调使用及清洗法规，如:美国国家风管清洗协会制定的行业标准《暖通空调系统的评估、清洗和修复标准})CACR2002版)和日本制定的《日本风道清洗协会技术标准》CI990版)及芬兰新颁布的法律要求宾馆、饭店、洗衣房、工业加工产生粉尘物质的通风系统，每年清洁一次;医院、学校等每5年一次。类似的法律可以预见将在世界各地实施。目前发达国家均成立有中央空调风管清洗协会，如:国际通风卫生评议会(TCVH)、美国风道清洗协会(NADCA)、欧洲风道清洗协会(EVHA)、英国风道清洗协会(HVCA)旧本风道清洗协会(JADCA)等，国外的集中空调的风道清洗己经形成了一个巨大的产业。国内有超过500万个各类中央空调需要清洗保养，而且每年正在以10%的速度递增，这些中央空调大部分运行了20年以上却从未清洗。随着我国经济的发展，人们对室内空气质量所带来的危害越来越重视，尤其是2003年“非典”疫情的传播，已使人们对中央空调带来的疾病隐患有了相当深刻的认识。为了保障公众健康，2006年3月1日，卫生部制定并实施了《公共场所集中空调通风系统卫生管理办法》，中央空调的机械工程学院毕业设计（论文）2卫生问题得到了前所未有的关注，对空调管道进行定期清洗势在必行。因此，中央空调清洗行业将成为中国一个新兴的有着巨大潜力的发展行业，对中央空调清洁机器人的研究与开发更是具有一定的社会价值和商业价值。1.2机器人发展现状及趋势机器人有三个发展阶段，那么也就是说，我们习惯于把机器人分成三类，一种是第一代机器人，那么也叫示教再现型机器人，它是通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作，比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作，它对于外界的环境没有感知，这个力操作力的大小，这个工件存在不存在，焊的好与坏，它并不知道，那么实际上这种从第一代机器人，也就存在它这种缺陷，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫带感觉的机器人，这种带感觉的机器人是类似人在某种功能的感觉，比如说力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉和人进行相类比，有了各种各样的感觉，比方说在机器人抓一个物体的时候，它实际上力的大小能感觉出来，它能够通过视觉，能够去感受和识别它的形状、大小、颜色。那么第三代机器人，也是我们机器人学中一个理想的所追求的最高级的阶段，叫智能机器人，那么只要告诉它做什么，不用告诉它怎么去做，它就能完成运动，感知思维和人机通讯的这种功能和机能，那么这个目前的发展还是相对的只是在局部有这种智能的概念和含义，但真正完整意义的这种智能机器人实际上并没有存在，而只是随着我们不断的科学技术的发展，智能的概念越来越丰富，它内涵越来越宽。1.2.1国内领先水平的管道清洁机器人清华大学精仪系机器人及其自动化研究室与解放军工程质量监督总站合作，于2004年成功解决了管道清污移动操作机器人关键技术，研制出通风管道智能清污机器人MDCR-I。与国外同类清扫机器人相比，MDCR-I集探测、清扫、吸尘、消毒喷雾多功能于一体，具有基于多传感器信息的手动遥操作控制和智能化自主行驶功能，可实现机械工程学院毕业设计（论文）3各种圆形和矩形截面尺寸管道内的智能化清洁与消毒作业。上海东华大学自行研制的“自主变位四履带足机器人”在传动上独树一帜，其在任何管道中的运动性能都远远超过了进口产品，并拥有了国家专利。1.2.2中央空调管道清洁机器人发展趋势中央空调清洁机器人比较常见的可分为轮式、腿式、履带式清洁机器人，它们能清洁掉管道内的大部分赃物，但有些偏僻的死角依然无法解决，随着科技工作们的深入研究，中央空调清洁机器人已经摆脱了简单的控制和清理工作，控制系统将越来越智能化，操作方法也越来越方便、简单，朝着高自动化的方向发展。1.3本课题的设计任务本次设计的任务是设计一个中央空调管道清洁机器人，要求机器人可以在管道内实现前进、后退、按一定曲率半径回转及原地转向等动作，能高效地完成管道内的清污工作。具体设计内容为：（1）了解中央空调管道清洁机器人的基本构成及工作原理，熟悉其设计、生产的基本知识。（2）进行管道清洁机器人的总体方案设计及其零部件设计。（3）设计原始参数：1）机器人可以在管道内实现前进、后退、按一定的曲率半径回转及原地转向等动作。2）机器人的尺寸大小：高度范围：170—400mm长度范围：310—780mm宽度范围：300—800mm3）机器人的运动速度为4—12m/min4）可以实现局部最大爬