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管道清洗機(jī)器人的優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 最近 由于垃圾自動(dòng)收集設(shè)施 即 GACF 被廣泛安裝在韓國首爾大都市 區(qū) 因此對(duì)管道中可用的清潔機(jī)器人 稱為管道內(nèi)清潔機(jī)器人 的興趣正在增加 到目前為止 關(guān)于管道內(nèi)機(jī)器人的研究一直專注于檢查而不是清潔 在 GACF 中 當(dāng)垃圾移動(dòng)時(shí) 我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì) 直徑 300mm 或 400mm 因此 在本文中 通過使用 TRIZ 俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論 我們將提出一種 GACF 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人 其具有 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 可以調(diào) 節(jié)以適合管道的內(nèi)表面使用氣動(dòng)壓力 不是彈簧 所提出的用于 GACF 的管道 內(nèi)清潔機(jī)器人本身可以具有向前 向后移 動(dòng)以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn) 機(jī)器人本 體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸 另外 對(duì)于直徑為 400mm 的管道 機(jī)器人的連桿應(yīng)通過滑動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑 基于使用 TRIZ 的概念設(shè)計(jì) 我們將與韓國 Robot Valley 公司的現(xiàn)場(chǎng)工程師合作 建立機(jī)器人的 初始設(shè)計(jì) 對(duì)于管內(nèi)清洗機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì) 利用機(jī)器人與管道內(nèi)表面碰撞的最 大沖擊力進(jìn)行模擬 當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的鏈接被拉伸以適合時(shí) RecurDyn 進(jìn)入 400 毫 米直徑的管道 利用基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的 ANSYS Workbench 簡稱 DOE 模擬最 大沖擊力對(duì)滑動(dòng) 機(jī)構(gòu) 6 連桿施加的應(yīng)力 最后 將確定最佳尺寸 包括 4 個(gè)連桿 的厚度 以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2 并且具有 4 個(gè)連桿的最小質(zhì)量 它 將被驗(yàn)證與 Robot Valley Inc 專家的初步設(shè)計(jì)相比 4 連桿的最佳設(shè)計(jì)具有接 近 2 的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量的 4 個(gè)連桿 此外 管道內(nèi)清潔機(jī)器人的原型 將進(jìn)一步研究說明 關(guān)鍵詞 管道內(nèi)清潔機(jī)器人 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) TRIZ 優(yōu)化設(shè)計(jì) RecurDyn 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) DOE ANSYS Workbench 1 引言 最近 由 于垃圾自動(dòng)收集設(shè)施 即 GACF 被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū) 因此對(duì)管道中可操作的清潔機(jī)器人 我們將此稱之為機(jī)器人管道清潔機(jī)器人 的 興趣正在增加 盡管根據(jù)調(diào)查 韓國 GACF 處于初始階段 但據(jù)報(bào)道 通過解 決現(xiàn)有手動(dòng)拾取方式導(dǎo)致的環(huán)境問題 包括公寓之美 居民滿意度較高 然而 GACF 仍然存在設(shè)備安裝費(fèi)用昂貴 運(yùn)營費(fèi)用高 食物垃圾收集率和回收率下降 等問題 這意味著 GACF 需要提高穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)技能 到目前為止 韓國垃圾收集的方式如下 當(dāng) 我們把垃圾放在塑料袋里并放在 某個(gè)地方時(shí) 一輛皮卡車會(huì)繞過那個(gè)區(qū)域 并撿起垃圾 通常垃圾暴露在道路上 而狗 貓或老鼠等通常會(huì)損壞垃 圾袋 因此 城市的美麗可能會(huì)受到破壞 特 別是在夏天 此外 垃圾袋會(huì)導(dǎo)致蒼蠅或有害昆蟲的惡臭 因此 這種垃圾處 理系統(tǒng)可以歸結(jié)為不衛(wèi)生 與目前韓國垃圾處理和拾取系統(tǒng)的這種不方便且不衛(wèi)生的方式相比 GACF 具有定期安裝的僅垃圾槽 在 GACF 中 管道在地下構(gòu)建 使用戶能夠扔垃圾 袋 將垃圾暫時(shí)存放在插槽的底部后 將其連接到與管道連接的存儲(chǔ)區(qū)域 因 此 GACF 不需要任何人力來拾取 垃圾 并且進(jìn)一步是環(huán)境友好的系統(tǒng) 垃圾不 會(huì)暴露在外面 與現(xiàn)有的 人力和車 輛接送方式相比 GACF 擁有一個(gè)中央收集的設(shè)施 在地 下建造的管道中提供約 60 70km h 的高速運(yùn)行空氣 GACF 可以根據(jù)垃圾的類 型 易燃或不易燃 將垃圾放入垃圾焚燒爐 加工后的垃圾可以運(yùn)到 集裝箱車 輛的最終處置場(chǎng)地 圖 1 顯示了 GACF 的關(guān)鍵圖 圖 1 GACF 的關(guān)鍵圖 如上所述 GACF 可以快速收集生活垃圾 此外 GACF 可以將生活垃圾 運(yùn)送到最終處置場(chǎng)所 即垃圾焚燒爐 具體而言 當(dāng)居民將家庭垃圾扔進(jìn) GACF 的輸入槽時(shí) 垃圾通過與收集場(chǎng)地相連的管道運(yùn)輸 在 收集的場(chǎng)地 GACF 操 作一個(gè)與管道連接的鼓風(fēng)機(jī) 并從進(jìn)氣口吸入空氣 如圖 1 所示 此時(shí) 根據(jù) 氣流 GACF 收集生活垃圾 為了長期穩(wěn)定地維 護(hù) GACF 管道內(nèi)清潔很重要 在不久的將來 需要開發(fā)一種具有自動(dòng)運(yùn)動(dòng)的管道內(nèi)清潔機(jī)器人 以使管道清潔 管道清洗機(jī)器人的使用可以使管道老化延遲 從而可以降低管道更換成本 到目前為止 關(guān)于管道內(nèi)機(jī)器人的研究一直專注于檢查而不是清潔 例如 Roh 等人 開發(fā)了一種用于地下燃?xì)夤艿赖牟顒?dòng)驅(qū)動(dòng)管道內(nèi)檢測(cè)機(jī)器人 此外 Choi 等人 開發(fā)了一種管內(nèi)檢查 清潔機(jī)器人 它可以通過 使用帶彈簧的輪子粘 在管道的內(nèi)表面上 如圖 2 所示 這種機(jī)器人有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn) 即機(jī)器人可以 與 當(dāng)一個(gè)輪子在管道的分支點(diǎn)處無效時(shí) 管道的內(nèi)表面 圖 2 管道內(nèi)檢查 清潔機(jī)器人 Choi 等人 在 GACF 中 當(dāng)垃圾移動(dòng)時(shí) 我們必須去除粘在管道內(nèi)表面上的雜質(zhì) 直 徑 300mm 或 400mm 因此 在本文中 我們將 開發(fā)一種 GACF 管道內(nèi)清潔 機(jī)器人 其滑動(dòng)機(jī)構(gòu)可以通過氣動(dòng)壓力 不是彈簧 調(diào)節(jié)到適合管道內(nèi)表面 所 提出的用于 GACF 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人本身可以具有向前 向后移動(dòng)以及清潔時(shí) 刷子的旋轉(zhuǎn) 機(jī)器人本體應(yīng)具有適合直徑為 300mm 的較小管道的有限尺寸 另 外 對(duì)于直徑為 400mm 的管道 機(jī)器人的連桿應(yīng)通過滑動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展以適應(yīng)管道 的直徑 機(jī)器人前部有一個(gè) 攝像頭和一個(gè)旋轉(zhuǎn)刷 可同時(shí)進(jìn)行清潔和檢查 此 外 它可以通過使兩個(gè)刷子彼此反向旋轉(zhuǎn)來提高清潔效率 本文的結(jié)構(gòu)如下 第二節(jié)通過使用 TRIZ 俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理 論 解釋了所提出 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人的概念設(shè)計(jì) 基于這種概念設(shè)計(jì) 我們將 與韓國 Robot Valley 公司的現(xiàn)場(chǎng)工程師合作 建立機(jī)器人的初始設(shè)計(jì) 對(duì)于管道 內(nèi)清潔機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì) 在第 三節(jié)中 當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿拉伸到 400mm 時(shí) 使用 RecurDyn 模擬機(jī)器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力 管道直徑 在第四節(jié)中 通過使用 ANSYS Workbench 基于最大沖擊力對(duì)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的 6 個(gè) 連桿施加的應(yīng)力進(jìn)行模擬 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 簡稱 DOE 最后 將確定最佳尺寸 包 括 4 個(gè)連桿的厚度 以便在本文中具有最佳安全系數(shù) 2 并且具有 4 個(gè)連桿的最 小質(zhì)量 第五節(jié)將得出結(jié)論 2 基于 TRIZ 的管道清洗機(jī)器人的基本設(shè)計(jì) 提出的管道內(nèi)清潔的概念設(shè)計(jì)機(jī)器人使用 TRIZ 的 6SC 執(zhí)行如下 A 6SC 的第 1 步 圖片中的問題 陳述 圖 3 顯示了管道內(nèi)清潔機(jī)器人的簡單設(shè)計(jì) 問題是機(jī)器人無法裝入直徑為 300mm 400mm 的管道 因?yàn)楦鶕?jù)兩種類型的管道 直徑為 300mm 或 400mm 它沒有任何可變機(jī)構(gòu) 圖 3 管內(nèi)清潔機(jī)器人的簡單設(shè)計(jì) B 6SC 的第 2 步 系統(tǒng)功能分析 為了解決上面提出的問題 我們首先進(jìn)行系統(tǒng)功能分析 如圖 4 所示 在目標(biāo)上 機(jī)器人應(yīng)設(shè)計(jì)成適合兩種類型的管道 直徑 300毫米或 400毫米 在該圖中 保持機(jī)器人的直徑意味著保持機(jī)器人的狀態(tài)適合管道 圖 4 系統(tǒng)功能分析 C 6SC 的第 3 步 理想的最終結(jié)果 IFR 作為 IFR 我們建議將機(jī)器人設(shè)計(jì)成適合較小直徑 即 300mm 的管子 然后以可伸縮的形式裝入較大直徑 即 400mm D 6SC 的第 4 步 矛盾和分離原則 下面的句子可以表示矛盾 兩個(gè)機(jī)器人體應(yīng)分別設(shè)計(jì)成適合兩種類型的管 子 直徑 300mm 或 400mm 并且 機(jī)器人應(yīng)該被設(shè)計(jì)成一個(gè)整體 為了找 到矛盾問題的解決方案 我們?cè)谙旅娴木渥又袘?yīng)用分離原則 兩種管道的每個(gè) 機(jī)器人體分別設(shè)計(jì) 然后是兩個(gè)機(jī)器人體 被放在一個(gè)機(jī)器人身上 E 6SC 的第 5 步 元素 相互作用分析 圖 5 顯 示了 元素 交互分析 在這個(gè)問題中 元素是 機(jī)器人的身體 和 管 的直徑 這個(gè)圖表明機(jī)器人的身體設(shè)計(jì)成適合兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直徑 300 毫米和 400 毫米 的管道作為可變機(jī)構(gòu) 圖 5 元素相互作用分析 F 6SC 的第 6 步 問題解決和評(píng)估 問題的暫定解決方案可以如下 對(duì)于兩種類型的標(biāo)準(zhǔn)化管道 300mm 或 400mm 機(jī)器人的直徑需要是可變的 如圖 6 所示 本文提出的最終問題解決 方案是 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 以適應(yīng)直徑為 300mm 400mm 的管道 特別地 在該 解決方案中 氣動(dòng)壓力用于使滑動(dòng)機(jī)構(gòu)配合到管的內(nèi) 表面中 因此 機(jī)器人具 有三個(gè)用于一個(gè)滑塊的 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 如圖 7 所示 如該圖所示 管內(nèi)清潔機(jī) 器人具有總共六個(gè) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 即前滑塊 3 個(gè) 后滑塊 3 個(gè) 圖 6 6 連桿滑動(dòng) 機(jī)構(gòu) 圖 7 一個(gè)滑塊的三個(gè) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 該問題解決方案的評(píng)估可以如下進(jìn)行 當(dāng)三個(gè)六連桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)落入管道 的分支點(diǎn)時(shí) 使用氣動(dòng)壓力的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)可以通過保持機(jī)器人的直徑來逃離 分支點(diǎn) 在其他 單詞 機(jī)器人的狀態(tài)適合管道 并且可以穩(wěn)定地移動(dòng) 因?yàn)榭?以固定三個(gè) 6 連桿機(jī)構(gòu)中的兩個(gè) 如圖 8 所示 圖 8 使用分支點(diǎn)處的氣動(dòng) 壓力評(píng)估 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 3 使用 RECURDYN 進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬 基于第二節(jié)中介紹的管道內(nèi)清潔機(jī)器人的概念設(shè)計(jì) 圖 9 中提出了使用氣動(dòng) 壓力的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的初始設(shè)計(jì) 與韓國 Robot Valley 公司合作 特別是表 1 顯示了鏈路 1 至 4 的初始設(shè)計(jì)的長度和厚度 這些設(shè)計(jì)來自機(jī)器人谷的設(shè)計(jì)專家 的經(jīng)驗(yàn)知識(shí) 對(duì)于管道清洗機(jī)器人的最佳設(shè)計(jì) 最大沖擊沖擊力 通過使用 RecurDyn 多體動(dòng)力學(xué) 在本節(jié)中模擬機(jī)器人與管道內(nèi)表面之間的關(guān)系 模擬程 序 當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿伸展到適合管道直徑 400mm 時(shí) 特別是選擇 直徑為 400mm 的管道而不是 300mm 直徑的管道 因?yàn)榧僭O(shè)前者具有比后者更大的加速 度和更長的位移 圖 9 采用氣動(dòng)壓力的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 表格 1 鏈接的初始設(shè)計(jì) Links 1 2 3 4 Length mm 91 91 37 145 Thickness mm 10 5 5 10 當(dāng) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與初始 拉伸表 1 的長度尺寸和厚度 由于氣動(dòng) 適合 400 毫米直徑的管道 它會(huì)碰撞壓力 推動(dòng)滑動(dòng)連桿 即連桿 5 與管道的內(nèi)壁 那 個(gè)時(shí)候 多體 動(dòng)態(tài)模擬程序 即 RecurDyn 用于查找 機(jī)器人之間碰撞的 最大沖 擊力和管道的內(nèi)表面 在這個(gè)動(dòng)態(tài)的第一步 仿真 6 連桿滑動(dòng)的三維建模 使用 SolidWorks 的機(jī)制 如圖 9 所示 是 導(dǎo)入 RecurDyn 在此模擬中使用的約束條件 RecurDyn 是重力 關(guān)節(jié) 固定狀態(tài) 接觸和 彈簧力條件 重力由 g 9 81m s2 提供 在圖 10 所示的方向上 設(shè)置 6 個(gè)接頭 RecurDyn 中的 Revolute Joints 如圖 10 所示 連接到接頭 1 的部分是固定的 而 下部是固定的 連接到第 2 關(guān)節(jié)不需要約束 以便它可以滑動(dòng) 圖 10 關(guān)節(jié)和固定狀態(tài)的約束 機(jī)器人六個(gè) 6 連 桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞 管道內(nèi)表面只有一個(gè)六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)為 方便起見 在 RecurDyn 中考慮過 2 個(gè) 6 連桿輪 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)由內(nèi)部 固體接觸 給出側(cè)面如圖 11 所示 另外 固體接觸 條件是針對(duì)固定部件的碰撞而給出的 與 接頭 1 連接 與滑動(dòng)部分 連接到接頭 2 圖 11 接觸約束 6 連桿機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)由 氣動(dòng)壓力 但沒有氣動(dòng)壓力 RecurDyn 計(jì)劃中的 約束 在這個(gè)模擬中 我們 已賦予彈簧力氣動(dòng)壓力 的情況下 氣動(dòng)壓力 6 連 桿機(jī)構(gòu)滑動(dòng) 加速度為 2 m s2 通過動(dòng)態(tài)模擬 RecurDyn 如圖 12 所示 彈簧力 條 件 彈簧常數(shù)為 5 N mm 彈簧位移為 40 mm 使 6 連桿機(jī)構(gòu)以 1 97m s2 加速度 滑動(dòng) 因此 氣動(dòng)壓力可以用彈簧力代替常數(shù) 5 N mm 位移 40 mm 圖 12 彈簧力條件 圖 13 顯示了當(dāng) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)與管道內(nèi)側(cè) 直徑 400 mm 碰撞時(shí)使用 RecurDyn 模擬的沖擊力 如該圖所示 機(jī)構(gòu)滑動(dòng) 1 秒鐘 從彈簧力條件起作 用的瞬間 然后我們可以看到最大沖擊力約為 100N 圖 13 使用 RecurDyn 的沖擊力仿真結(jié)果 4 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 現(xiàn)在 我們處理 6 連桿滑動(dòng)的最佳設(shè)計(jì) 本節(jié)中的管道內(nèi)清潔機(jī)器人的機(jī)構(gòu) 首先 最大沖擊力 即通過前一節(jié)中使用 RecurDyn 的動(dòng)態(tài)模擬獲得的 100N 加載到 6 輪鏈滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的車輪 1 的點(diǎn)上 如圖 14 所示 3 D 模型 ANSYS Workbench 我們假設(shè)車輪 1 在動(dòng)態(tài)模擬中比車輪 2 更早地與管道內(nèi) 側(cè)發(fā)生碰撞 因?yàn)檐囕?1 與 6 車道機(jī)構(gòu)的距離比車輪 2 短 然后使用 ANSYS Workbench 進(jìn)行靜態(tài)分析基于 DOE 也就是說 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 以獲得 4 個(gè)設(shè)計(jì)變量的最佳尺寸 即如圖 15 所示的 4 個(gè)鏈節(jié)的厚 度 圖 14ANSYS Workbench 的三維模型 圖 15 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 俯視圖 DOE 通常用于通過對(duì)給定設(shè)計(jì) 或性能測(cè)試 問題執(zhí)行最小模擬 或?qū)嶒?yàn) 來提取最大信息 DOE 可以幫助確定定量 關(guān)于問題中每個(gè)設(shè)計(jì) 或?qū)嶒?yàn) 因素 或變量 的影響 這導(dǎo)致找到設(shè)計(jì) 或?qū)嶒?yàn) 變量的最佳值 在 6 連桿機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)中 設(shè)計(jì)變量的數(shù)量 統(tǒng)計(jì)術(shù)語中的控制因子 是表 4 中所示的四個(gè)等級(jí) 中的四個(gè) 表 2 顯示了機(jī)器人谷的現(xiàn)場(chǎng)工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)所產(chǎn)生的每個(gè)因素的水 平 對(duì)于這種 6 鏈路機(jī)制 四級(jí)四設(shè)計(jì)變量的正交陣列 L16 是使 用 DOE 特 別是 MINITAB 而不是全 256 44 生成的 表 2 設(shè)計(jì)變量的水平 Level Factor 1 2 3 4 Link1 Thickness mm 5 10 3 8 Link2 Thickness mm 5 10 3 8 Link3 Thickness mm 5 10 3 8 Link4 Thickness mm 5 10 3 8 基于表 3 的正交陣列 L16 使用 ANSYS Workbench 對(duì) 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 進(jìn)行 16 次靜態(tài)分析 4 個(gè)設(shè)計(jì)變量的最優(yōu)值可根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選擇 1 6 連桿 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全系數(shù)應(yīng)高達(dá) 2 現(xiàn)場(chǎng)工程師在機(jī)器人設(shè)計(jì)中建議最佳安全系數(shù)為 2 2 應(yīng)盡量減少機(jī)構(gòu)的質(zhì)量 可以以與多目標(biāo)問題類似的方式指定標(biāo)準(zhǔn) 因此 該多目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)由等式 1 給出 這里 sf1 和 sf2 表示縮放因子 而且 w1 和 w2 是加權(quán)因子 根據(jù)等式 1 選擇適當(dāng)?shù)闹亓亢捅壤蜃又?由于多目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)必須是線性組合函數(shù) 因此 0 5 的值已分配給 w1 和 w2 同時(shí) sf1 和 sf2 的常數(shù)分別由 0 5 和 0 5 給出 以便將 客觀標(biāo)準(zhǔn)的最大值的上限值設(shè)置為 1 根據(jù) DOE 進(jìn)行了 16 次分析 圖 16 顯示 了 使用 ANSYS Workbench 通過靜態(tài)分析執(zhí)行的 16 個(gè)結(jié)果 因此 與其他 15 組設(shè)計(jì)變量相比 表 3 的最后一列顯示了紅色下劃線的最優(yōu) 對(duì)應(yīng)于目標(biāo)函數(shù)的 最小值 設(shè)計(jì)變量 因此 鏈路 1 2 3 和 4 的最佳厚度均為 5mm 而鏈路 1 2 3 和 4 的初始厚度分別為 10mm 5mm 5mm 10mm 如表 1 所示 可以注意到 最優(yōu)設(shè)計(jì) 或最佳厚度 具有目標(biāo)函數(shù)的值 即 0 09653 包括安全系數(shù) 2 7065 和質(zhì)量 0 145kg 遠(yuǎn)小于初始設(shè)計(jì)的情況 目標(biāo)值 即 0 27631 功能包括安全系 數(shù) 3 6751 和初始質(zhì)量 0 241kg 的情況 如表 3 中的第 17 行 下劃線為藍(lán)色 所 示 特別是鏈節(jié)的材料是經(jīng)過特殊熱處理的 AL 7075 O ss 因此 我們可以 得出結(jié)論 與 Robot Valley Inc 的專家進(jìn)行的初始設(shè)計(jì)相比 4 個(gè)鏈路的最佳 設(shè)計(jì)具有接近 2 的最佳安全系數(shù)以及具有 4 個(gè)鏈路的最小質(zhì)量 包括 具有這 些最佳尺寸的 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的管道清潔機(jī)器人如圖 17 所示 該原型機(jī)與 Robot Valley Inc 合作進(jìn)行清潔測(cè)試 表 3 正交陣列 圖 16 使用 ANSYS Workbench 進(jìn)行靜態(tài) 分析的結(jié)果之一 圖 17 管內(nèi)清洗機(jī)器人的原型 包括最佳尺寸的六連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 5 結(jié)論 最近 由于垃圾自動(dòng)收集設(shè)施 即 GACF 被廣泛安裝在韓國首爾大都市區(qū) 因此對(duì)管道內(nèi)清潔機(jī)器人的興趣正在增加 在 GACF 中 當(dāng)垃圾移動(dòng)時(shí) 我們 必須去除粘附在垃圾內(nèi)表面的雜質(zhì) 管 直徑 300mm 或 400mm 因此 在本 文中 通過使用 TRIZ 俄語縮寫中的問題解決的發(fā)明理論 我們提出了一種 GACF 的管道內(nèi)清潔機(jī)器人 其具有 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 可以調(diào)節(jié)以適合管道的內(nèi) 表面使用氣動(dòng)壓力 不是彈簧 所提出的用于 GACF 的 管道內(nèi)清潔機(jī)器人本身 可以具有向前 向后移動(dòng)以及刷子在清潔中的旋轉(zhuǎn) 機(jī)器人本體應(yīng)具有適合直徑 為 300mm 的較小管道的有限尺寸 另外 對(duì)于直徑為 400mm 的管道 機(jī)器人 的連桿應(yīng)通過滑動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展以適應(yīng)管道的直徑 基于這種概念 設(shè)計(jì) 我們與韓國 Robot Valley 公司的現(xiàn)場(chǎng)工 程師合作 建立了機(jī)器人的初始設(shè)計(jì) 對(duì)于管道內(nèi)清 潔機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì) 當(dāng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的連桿伸展到適合直徑 400mm 的管道時(shí) 使 用 RecurDyn 模擬機(jī)器人與管道內(nèi)表面之間的最大碰撞沖擊力 利用基于實(shí) 驗(yàn)設(shè)計(jì)的 ANSYS Workbench 簡稱 DOE 模擬了最大沖力對(duì)滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 6 連桿 施加的應(yīng)力 最后確定了最佳尺寸 包括 4 個(gè)連桿的厚度 以便在本文中具有最 佳安全系數(shù) 2 并且具有 4 個(gè)連桿的最小質(zhì)量 經(jīng)驗(yàn)證 與機(jī)器人谷公司專家進(jìn) 行的初步設(shè)計(jì)相比 4 連桿的最佳設(shè)計(jì)具有接 近 2 的最佳安全系數(shù)以及最小質(zhì)量 為 4 連桿 管內(nèi)原型清潔 機(jī)器人包括具有這些最佳尺寸的 6 連桿滑動(dòng)機(jī)構(gòu) 已經(jīng) 與 Robot Valley Inc 合作開發(fā)了清潔測(cè)試 為了進(jìn)一步研究這個(gè)原型 現(xiàn)有的 清潔工具需要重新設(shè)計(jì)成簡單有效的類型 因?yàn)槠浞此⒌膹?fù)雜機(jī)理