城市路灯杆清洗装置设计（已改）.docx

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1、城市路灯杆清洗装置设计摘要：随着科技的进步，机器人已经日趋广泛应用于工业生产和日常生活中。随着经济的增长，城镇中随之晶立起无数电线杆、路灯杆、大桥斜拉钢索等高层建筑。长期以来怎样绿色环保、高效、低成本的解决这些集实用性与美观性一体的杆状城市建筑的清洗、维护问题，一直是环保工作者们研究的一个课题。论文针对上述市政工程中需要大量爬杆作业的需求，研制出一种基于气动元件的爬杆机器人，该机器人有一定的载重能力，可广泛替代人工应用到市政爬杆作业中。在比较几类爬行机构的优劣的基础上，确定了机器人本体的大致结构，采用气动元件实现机器人的爬升运动，电机带动双向螺旋机构运动进行机器人手臂的夹紧。随后根据路灯杆的尺

2、寸数据，设计估算出机器人的各零部件的尺寸与质量，据此，确定气缸和电机的型号。最后，对各个元件进行校核验算，设计出爬杆机器人。关键词：爬杆机器人；气缸；攀爬DesignofcleaningdeviceforstreetlamprodABSTRACTzWiththedevelopmentofthescienceandtechnology,roboticshavebecomemorewidelyusedinindustrialproductionanddailylife.Withthegrowthoftheeconomic,therearealotofhigh-risebuildingssuchas

3、thepoles,theroadpolesandcable-stayedbridgesappearedinthenumerouscitiesandtowns.Howtosolvethecleaningandmaintenanceofthesesetswithgreenenvironmental,highlyefficientandlow-costmethodintegratingwiththeaestheticsandpracticability,whichissubjectofstudyforenviron-mentalprotectionworkersforalongtime.Inthis

4、paper,akindofpneumaticpole-climbingrobotwasdesignedforsatisfyingthegreatdemandsonpole-climbingtasksincityplanningengineering.Therobothascertainloadcapacity.ltcanbewidelyusedincityplanningpole-climbingtasksinsteadofmanpower.Basedoncomparedthemeritsanddemeritsofseveralkindofcrawlingmechanism,wedetermi

5、nethegeneralstructureofrobotbody,adoptpneumaticcomponentsofclimbingrobot,motordrivetwo-wayspiralmovementmechanismmotionfortheclampingrobotarm.Thenaccordingtothesizeofreadingdata,designofrobotestimatethesizeofcomponentswithquality,accordingly,determinethecylinderandmotormodel.Finally,thetestofeachele

6、ment,climbbare-footedrobotisdesignedKeywords:pole-climbingrobotcylindersped目录1绪论31.1 论文研究的目的和意义31.2 国内外研究现状以及存在问题31.2.1 机器人的分类41.2.2 国内外研究现状41.2.3 目前存在的问题51.3 本论文的研究工作52爬杆机器人仿生结构分析研究72.1 仿生机器人概述72.2 总体方案分析82.2.1 贴附功能分析82.2.2 移动功能分析92.3 本章小结103爬杆机器人结构方案设计113.1 总体结构设计113.2 夹紧装置分析研究113.3 爬升动力系统分析研究113.

7、4 爬杆机器人运动原理123.5 本章小结134主体尺寸参数的设计校核144.1 爬杆机器人各零部件尺寸设计144.1.1 贴附功能分析144.1.2 丝杠144.1.3 夹紧手臂154.1.4 电机164.1.5 估算上部分总质量164.1.6 气缸164.1.7 估算整体质量174.1.8 计算工作所需夹紧力174.1.9 电机的选择计算与定型174.2 滑动丝杠传动的设计计算及校核184.2.1 传动螺纹选择184.2.2 耐磨性计算及选材194.2.3 校核验算194.3 齿轮传动设计204.3.1 选定齿轮类型、精度、材料及齿数214.3.2 按齿面接触疲劳强度设计214.3.3 按

8、齿根弯曲疲劳强度设计计算224.3.4 几何尺寸计算234.4 轴承选用234.4.1 直线轴承介绍244.4.2 直线轴承选择244.5 联轴器244.6 本章小结26结论27参考文献28致谢301绪论1.1 论文研究的目的和意义随着中国国民经济和提高人民生活水平的快速增长，全镇己竖立在城市众多的高层建筑中，各种实用和美观的市政和商业项目如两极发展，路灯杆、斜拉桥索、广告牌柱（图17）,他们是通常5-30米，有的甚至高达100米，墙漆、电镀、玻璃和钢结构，由于常年暴露在大气中，长时间暴露在风和雨将影响它的外观，在空气污染的同时，将混合这些城市建筑尤其是金属杆的损伤，使他们快速生锈，缩短其使用

9、寿命，他需要定期的墙壁清洁和维护工作。图IT杆状城市建筑物为了保持清洁、美观，每年至少要清洗几次这些建筑物。目前，传统的清洗方法有手动清洗和高压水枪清洗方法。其中，吊篮上的清扫工人进行人工清扫进行高空作业，高空作业有很大的危险性，工作效率很低。化学剂使用的洗涤剂具有较强的毒副作用，对人体健康造成危害，对环境造成污染。高压水枪清洗能耗比较大，成本高，在使用高压水枪清洗时，它不能左右车辆，行人通行，会影响交通。其他如高空作业：杆状市建筑涂料、喷漆、检查、维护，电力系统，架设光缆维护工作主要是通过人工和大型设备上完成的，但他们有效率低，劳动强度大，能耗高，污染严重等负面问题。随着机器人技术的出现和发

10、展和人们自我保护意识的增强，渴望用机器人代替人工操作，以高风险、自由人从危险而严酷的环境中，繁重的工作。研制可应用于实际中的爬柱清扫机器人具有重要意义。具有良好的经济效益和社会效益。采用爬杆机器人将大大降低清洗成本，改善工作环境，提高劳动生产率。本文针对一种新型设计，开发结构简单、经济、方便的圆柱市设施运行可配备清洗、爬杆机器人设备的维护，支持清洁，为了解决城市空间影响城市公共设施存在的美丽。1.2 国内外研究现状以及存在问题机器人是一个新的世纪，人类伟大的发明，是一种传统的机制，结合现代电子技术、计算机科学、控制论、机械产品、技术等多学科的综合性高新技术产品信息科学和传感器，这是一个仿人操作

11、的自动化设备，高速运转，重复运行精度高，机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产和科学研究的根本性的变化，并将对人类的社会生活产生深远的影响。机器人产.业已成为应用最广泛、发展最快的高新技术产业之一。机器人作为高科技领域的一个重要分支，将成为第二十一世纪经济技术竞争的制高点。1.2.1 机器人的分类各种类型的机器人，从应用环境，机器人将被分为两类：工业机器人和特种机器人或分为两大类：工业机器人、仿生机器人的环境下制造业和非制造业的服务环境。仿生机器人是未来机器人领域的发展方向，根据仿生学角度可分为：蝗虫爬行机器人、蜘蛛爬行机器人、蛇形机器人、爬行机器人。根据驱动方式可分为：气动爬行机器人、

12、电动爬行机器人和液压驱动爬行机器人。按行走方式可分为：轮式、履带式、爬行，多足型等。根据工作空间，机器人可分为管道爬行机器人、爬壁机器人、球形爬行机器人、陆地移动机器人、水下机器人、无人飞行器、空间机器人等。根据使用功能可分为：圆弧爬行机器人、检测、清洗爬壁机器人、爬行机器人、升降式爬壁机器人、医疗机器人、军用机器人、辅助机器人、爬行机器人、爬行机器人玩具等。根据不同的驱动方式和功能可以爬行机器人具有不同的结构和设计各种用途，如气动管道爬行机器人检测，电磁吸附多足爬行机器人、电焊弧光的爬壁机器人，每一种形式的机器人有各自的应用特点。1.22 国内外研究现状机器人是家庭的机器的一员，爬壁机器人因

13、为克服重力的影响需要可靠地连接到登高面和自主移动，完成工作的具体情况，从不同的平面移动机器人、爬壁机器人是机器人的一个重要分支，机器人的运动表示形式是多种多样的。首先研究和研究最多的是爬壁机器人，适用于高层建筑、水电站等垂直墙体和大型球面的危险作业。对于管道外壁表面，车轮移动成型，可改变其形状，可用于石油化工企业水平管道的检查和诊断。国内外学者很早就对爬行机器人的研究工作，目前，国内外一些附件自动爬行机理提出了对主要电气机械式电动液压爬杆机器人的杆体表面，爬杆机器人、气动蠕动式爬杆机器人等。本实用新型涉及一种由电机驱动链轮、皮带轮和齿轮传动卡杆体在同一方向转动的电动机械履带。螺旋运动的爬壁机器

14、人爬行运动是由车轮的安装位置确定，倾斜轮滚动方向与水平面，使车轮转动时形成的杆体是螺旋轨迹沿轨迹通过电机换向机构可上下移动来实现。电动机械爬壁机器人和螺旋运动爬壁机器人由电机驱动，带动滚筒压杆体。如果工作阻力和重力大于摩擦，它不能安全操作，并且机器人的整体结构更复杂。气动蠕动式爬杆机器人采用气缸驱动机制实现交替夹紧和移动过程中，气缸爬行运动时，循环下夹紧缸、上缸释放，升降油缸活塞杆，上升；上夹紧缸，下缸松动，升降气缸体上升，崛起的下部。如此反复，机器人可以爬行。气动蠕动式爬杆机器人的控制空气压力的上下运动，需要空气、气动控制系统，使设备成本高。国外东京大学的代表已经开发出一种关节式步行机器人，

15、可水平或垂直直杆爬行，可跨法兰阻挡，平行杆，可绕T杆和L杆爬行。国内有一个典型的斜拉桥缆索涂装机器人研究所的气动蠕动式缆索机器人维修上海交通大学研究和发展各种电缆倾斜蠕变，可完成电缆的检查和清洁工作，并具有一定的智能性。清华大学研究设计的爬壁机器人采用重力锁定机构，该机器人通过重力压缩球滑块锁定在墙上的杆上，可以爬行小范围的变直径杆，但结构只能单向爬行。该机构可以提高爬升和返回，但需要添加一组气动控制设备。目前实现变直径杆爬行和返回，只能依靠气动爬行器来解决，其升降靠压力控制，设备成本高。电动机械管道爬行机器人，国内典型的陕西科技大学开发的爬杆机器人外。哈尔滨工程大学开发的沿桅杆或绳索爬行机器人，曲柄连杆机构作为传动机构连接，机器人是由两个类似圆套形双V型爪，一双槽凸轮、较链、压力传感器、连杆、嵌入在探测器和电机配件上滑。1.23 目前存在的问题爬行机器人并不少见，但一般来说，用于移动或多足摩擦表面采用腹部扭转这种机器人。更重要的是，普通的机器人，由于体积或动作的影响，不能在一些特殊的地方工作，如管道、墙壁等特殊用途的区域。从以上说明说明，国内外设计的各种机械履带都有一个缺陷：它们大多采用凸轮夹紧凸轮机构，是不是由于伸缩性，履带只能爬行一定直径的等径杆。目前，实现变径杆只能依靠气动蠕动爬行的爬虫来解决，它的兴衰是由气压控制，也需要空气、气动控制