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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 振動(dòng)式管道清洗機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品主要由電機(jī)、偏心塊、毛刷等組成。基于毛刷的彈性與自適應(yīng)性，利用電機(jī)帶動(dòng)偏心塊產(chǎn)生離心力壓縮毛刷，以管壁對(duì)毛刷的反作用力來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。利用高頻振動(dòng)的毛刷來清洗灰塵及污垢?？蓪?shí)現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)彎、變徑管道清洗、豎直管道清洗等功能，克服了機(jī)器人在管道中卡死、打滑等缺點(diǎn)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品制作材料基本上為塑料，采用多節(jié)連接，前一節(jié)中間為電機(jī)，兩節(jié)之間用撓性軟管鏈接，后一節(jié)載有電池。每節(jié)長(zhǎng)度約為直徑的2/3。 他基于毛刷的彈性與自適應(yīng)性，使附在機(jī)器人周圍的毛刷與機(jī)器人端面法向徑向都形成一定的角度，利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生離心力傳向毛刷，使毛刷偏移角度發(fā)生變化，毛刷與管壁間產(chǎn)生摩擦力推動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。同時(shí)，管壁施加給毛刷的法向力由于毛刷的偏移產(chǎn)生力矩，迫使機(jī)器人旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成后，機(jī)器人呈螺旋前進(jìn)狀態(tài)。再前進(jìn)過程中，由于毛刷高頻振動(dòng)，與管壁間相對(duì)高速來回滑動(dòng)，已達(dá)到清洗管道的目的。在清洗過程中若需對(duì)某一處管道加強(qiáng)清洗時(shí)，對(duì)機(jī)械人施加一個(gè)反方向的力，則可使毛刷停留下來旋轉(zhuǎn)清洗，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定位清洗功能，本作品可加一個(gè)輔助裝置實(shí)現(xiàn)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1 設(shè)計(jì)目的：本作品是針對(duì)目前管道清洗機(jī)器人在行走機(jī)構(gòu)、清掃方式、驅(qū)動(dòng)裝置、管道適應(yīng)性等方面存在的不足來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，可實(shí)現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)彎、變徑管道清洗、豎直管道清洗等功能，克服了機(jī)器人在管道中卡死、打滑等缺點(diǎn)。 2 基本思路：基于毛刷的彈性與自適應(yīng)性，使附在機(jī)器人周圍的毛刷與機(jī)器人端面法向徑向都形成一定的角度，利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生離心力傳向毛刷，使毛刷偏移角度發(fā)生變化，毛刷與管壁間產(chǎn)生摩擦力推動(dòng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。再前進(jìn)過程中，由于毛刷高頻振動(dòng)，與管壁間相對(duì)高速來回滑動(dòng)，以達(dá)到清洗管道的目的。 3 創(chuàng)新點(diǎn)：以毛刷變形產(chǎn)生螺旋前進(jìn)動(dòng)力，高頻振動(dòng)清洗，毛刷集清洗與驅(qū)動(dòng)于一身，不需要大扭矩電機(jī)；毛刷與管壁間實(shí)現(xiàn)壓縮性全接觸，摩擦力大，不易發(fā)生打滑現(xiàn)象。 4 技術(shù)關(guān)鍵：在于確定毛刷的偏移角度和機(jī)器人振動(dòng)的頻率，對(duì)于振動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，確定機(jī)器人在前進(jìn)與清洗最佳狀態(tài)時(shí)的振動(dòng)參數(shù)；應(yīng)用有關(guān)知識(shí)求解系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)，為設(shè)計(jì)與開發(fā)振動(dòng)式管道清洗機(jī)器人奠定理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1）毛刷偏移角度：5°～60° 2）行走速度：≤250mm/s 3）變徑范圍：≤3mm（φ75） 4）爬坡角度：0°～90° 5）轉(zhuǎn)彎角度：0°～90 ° 6）最快轉(zhuǎn)速：110r/min 7）振動(dòng)頻率：≥50Hz 8）功率：0.012KW
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品是管道清洗機(jī)器人的一次革新，他從更本上改變了以往管道清洗機(jī)器的清洗及行走方式，克服了目前管道清洗機(jī)器人的多方不足。其理論準(zhǔn)確、論據(jù)充分、方案可行，具有研究與開發(fā)的使用價(jià)值。 目前國(guó)外的管道清洗機(jī)器人大多采用輪式或雙履帶式移動(dòng)載體，越障能力差。并且，管道清洗機(jī)器人是在管道限定的環(huán)境里運(yùn)行，尤其是在有彎曲管道里運(yùn)行，一方面，機(jī)器人在彎管 (包括垂直管道) 行走中要有足夠的摩擦力來克服重力的影響，另一方面需要提供足夠大的驅(qū)動(dòng)力來克服各種阻力，這就需要尺寸小而扭矩大的電機(jī)…… 通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，本作品具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1、清洗速度快，不打滑，效率高，效果明顯。 2、可清洗豎直管道、變徑管道、“S”形，“U”形等特殊管道。 3，體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修容易，操作簡(jiǎn)單。 4，備件少，成本低，可更換多種規(guī)格毛刷，使用壽命長(zhǎng)。 綜上所述，本作品與國(guó)內(nèi)管道清洗機(jī)器人相比較，更具有結(jié)構(gòu)科學(xué)性，性能可靠性，效率高效性等特點(diǎn)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 遼寧工程技術(shù)大學(xué)第十四屆機(jī)械設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)； 第九屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 圖紙、磁盤、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像、樣品。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明： 本作品機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，不需要專業(yè)人員即可使用。 1、打開機(jī)器人電源開關(guān)打開，將機(jī)器人頭部放入待清洗管道，機(jī)器人即可螺旋前進(jìn)進(jìn)行清洗。 2、停用時(shí)，應(yīng)將機(jī)器人電源斷開。長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)將電池取出，避免電池泄電漏油腐蝕機(jī)器人。 本作品由于具有可清洗彎曲較大角度的管道、豎直管道、變徑管道、“S”形，“U”形等特殊管道、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修容易、操作簡(jiǎn)單、備件少、成本低、可更換多種規(guī)格毛刷，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，可用于清洗通風(fēng)管道、物料輸送管道、廚房排煙管道，城市通水管道等，與目前市場(chǎng)投入使用的管道清洗機(jī)比較，具備相當(dāng)大的市場(chǎng)潛力。 隨著社會(huì)的發(fā)展，管道的運(yùn)用越來越廣泛，所以管道清洗機(jī)的開發(fā)具有廣闊的市場(chǎng)前景，且有十分重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 目前國(guó)內(nèi)外管道清洗機(jī)器人的性能水平可概括成以下幾點(diǎn)： （1）大多采用輪式或雙履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)，管道適應(yīng)性并不強(qiáng)。 （2）配有高速旋轉(zhuǎn)的清掃機(jī)構(gòu)，用來把管內(nèi)的灰塵打落、清除。由于管道有矩形管和圓管之分，所以可更換相應(yīng)的清洗矩形管和圓管的清潔刷。 （3）裝有CCD攝像頭及照明燈，用于探測(cè)管道內(nèi)的狀況，這在人所不能到達(dá)的管道內(nèi)部是必不可少的。 （4）由于管道機(jī)器人還不可能達(dá)到完全自主清潔，故采用線控方式，由操作人員在管道外進(jìn)行操作。 所面臨的問題： （1）靈活可靠的行走機(jī)構(gòu)：管道清洗機(jī)器人在彎管中的通過性問題是一個(gè)難點(diǎn)， 要解決這一問題，要在機(jī)構(gòu)上保證機(jī)器人能夠在這些特殊環(huán)境中順利行走，需要尋找融合各種機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)及可靠的機(jī)構(gòu)方案。 （2）驅(qū)動(dòng)方式： 由于管道清洗機(jī)器人是在管道限定的環(huán)境里運(yùn)行，尤其是在有彎曲管道里運(yùn)行，一方面，機(jī)器人在彎管(包括垂直管道)行走中要有足夠的摩擦力來克服重力的影響，另一方面需要提供足夠大的驅(qū)動(dòng)力來克服各種阻力，現(xiàn)在使用的驅(qū)動(dòng)方式一般是電機(jī)，這就需要尺寸小而扭矩大的電機(jī)。 （3）信號(hào)、電力的傳輸和供給方式：在直管道線纜可以順利進(jìn)出，但是在彎曲管道里，尤其是有幾個(gè)彎曲的管道里，必須考慮線纜在轉(zhuǎn)彎處的阻力。采用無線的方式來傳遞信號(hào)， 由于金屬管道具有一定的屏蔽作用，需要考慮發(fā)射信號(hào)的頻率。電力的供給現(xiàn)在一般采用高能干電池、蓄電池和管外供電(線纜)的方式。 我們所設(shè)計(jì)的管道清洗機(jī)器人應(yīng)用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)毛刷的振動(dòng)為驅(qū)動(dòng)力，以毛刷對(duì)管的摩擦力來驅(qū)動(dòng)機(jī)器前進(jìn)。機(jī)器人多級(jí)連接，能夠?qū)崿F(xiàn)大角度的轉(zhuǎn)彎。另外，機(jī)器人周徑略大于管道，壓縮的毛刷有效地增加了機(jī)器人與管壁之間的摩擦力，而機(jī)器人所用的大多為塑料等輕質(zhì)材料，在豎直管道中尤顯優(yōu)勢(shì)。能實(shí)現(xiàn)一次性全面清洗，可清洗彎曲變徑管道、“S”形，“U”形等特殊管道……
