摘 要

在改革开放实行后，中国社会的经济飞速发展，城市化进程的速度加快，中央空调在高楼大型商场的普及率大为上升。然而中央管道中的积尘不能及时清洗而危害人体的健康，同时管道中的灰尘也会影响空调的通风效率和制冷效率，极度浪费能源。所以管道清扫已经成为了一个刻不容缓的问题，而在过去这些清扫问题基本都由人工完成，工作效率低下，同时工作人员的安全得不到保证，利用管道清扫机器人，能够解决上述的问题，其实用价值和商业价值都是巨大的。

这篇论文分析了管道清扫的实际情况，指出了管道清扫中可能发生的情况和实行管道清扫的重要性，研究管道清扫机器人可以创造巨大的价值。国内管道清扫机器人的研究还存在一些缺点。我国管道主要由两种类型组成，圆形管道和矩形管道，本文研究的管道清扫机器人可以同时在两种情形下工作。

本文设计的机器人中，选择了履带足作为管道清扫机器人的驱动机构，机器人主体两侧安装两个履带足，这两个履带足课题变换和主体之间的角度，使机器人能够在圆形管道和矩形管道中工作，在装配了履带为移动装置后，机器人能够越过一定障碍和拥有较大的牵引力，并且机器人可以选用不同的毛刷，根据实际情况选择不同的装置，利用两个机构的配合，机器人能够在两种管道中工作。

本论文的主要内容如下：首先分析了机器人的基本大小，计算了相关的尺寸。根据机器人所需功率选择了驱动电机。介绍了机器人的移动机构和清扫机构的结构，并分析了这两个机构的基本原理。为了使管道清扫机器人在管道中进行正常的工作，本文对机器人工作时的运动状态和受力情况进行了分析计算。在完成三维建模后，利用ADAMS软件对机器人进行了相关仿真。

最后,本文总结了主要研究内容，并对未来的发展做出了展望。

关键词：管道清扫机器人，运动状态，动态仿真

Abstract

After the implementation of reform and opening up, the rapid development of China's economy, the speed of urbanization process, central air-conditioning in the high-rise shopping malls in the popularity of much higher. However, the dust in the central pipeline can not be cleaned in time and endanger the health of the human body, while the dust in the pipeline will also affect the air conditioning ventilation efficiency and cooling efficiency, and extremely waste of energy. So the pipeline cleaning has become an urgent problem, and in the past these basic cleaning problems by the manual completion of the work efficiency is low, while the safety of staff is not guaranteed, so the government and society more and more attention to the problem of pipeline cleaning , And the way of manual cleaning has been unable to meet the requirements of reality, the emergence of pipeline cleaning robots, to solve the above problems, its practical

value and commercial value are enormous.

    This paper points out the current situation of pipeline cleaning, analyzes the existing problems in pipeline cleaning and the necessity of pipeline cleaning, introduces the significance of research and development and promotion of pipeline cleaning robot, and analyzes the current status and shortcomings of the current domestic pipeline cleaning robot The place. In view of the practical situation of the actual use of the pipeline in our country, that is, the square section and the circular section of the pipeline are present, the design and development of a two-pipe cleaning robot can be adapted to its work in the actual situation and various operations Happening.

   In the design of the moving mechanism of the pipeline cleaning robot, an adjustable double-track moving mechanism is used to arrange the driving motor inside the crawler foot, and the two crawler feet are respectively connected with the body of the robot, and by adjusting the angle of the deployment mechanism, Shaped pipe and square cross-section pipe, and the crawler device can have a strong barrier capability and climbing ability, the robot cleaning device with a replaceable design, according to the actual situation of the pipeline to use a different brush, through the two The device is used in conjunction with the robot so that it can accommodate different types of pipes.

   This paper defines the size of the main structure of the cleaning robot, the structural design of the track foot and the choice of the drive motor. And analyzes the relationship between each institution and the robot body. In order to ensure the normal operation of the robot in the pipeline, this paper then analyzes its various motion states and forces, including the study of the robot through the vertical platform, climbing and crossing the channel, and then to determine the reasonable optimization The structural parameters of the robot and the specific requirements of the robot power system in the duct in several different forms of elbow turning through the analysis, and its minimum turning radius of the robot in the straight pipe and elbow under the cable drag Analysis of Line Resistance.

Finally, this paper summarizes the main work and research contents, and makes the future research direction.

Key Words：Pipe cleaning robot, motion state, dynamic simulation

目 录

摘 要 II

Abstract II

第1章绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2管道清扫机器人国内外发展概况 1

1.2.1国外发展概况 1

1.2.2国内管道清扫机器人的研究现状 2

1.2.3国内管道清扫机器人存在的问题 4

1.3研究内容 4

第二章 管道清扫机器人的总体结构设计 6

2.1机器人的总体设计方案 6

2.1.1清扫机器人的结构组成 6

2.1.2 机器人主要参数设定 7

2.2机器人的工作原理 7

2.3机器人的移动机构设计 8

2.3.1移动方式的选择 8

2.3.2履带和履带轮的设计及选用 9

2.3.3驱动方式的确定 12

2.3.4驱动电机的选择 13

2.4机器人的清扫机构设计 14

2.4.1清洗臂举升机构的设计 14

2.4.2清洗刷机构设计 15

2.5机器人照明和检测装置 17

2.6本章小结 18

第3章机器人自适应型装置设计 18

3.1履带足变位装置 18

3.2刷头更换装置 22

3.3本章小结 24

第4章机器人工作时的受力分析 25

4.1机器人移动装置力学分析 25

第5章控制系统总体结构设计 27

4.1 Atmega64主控芯片介绍 27

第6章基于ADAMS机器人动力学仿真研究 29

6.1基于ADAMS仿真前准备 29

6.2仿真后结果分析 31

第7章总结与展望 34

参考文献 34

致 谢 35

第1章绪论

1.1研究目的及意义

随着我国经济的发展，中央空调已广泛的使用于各种住宅、商业、办公等高层建筑中。中央空调的使用虽然有效的提升了人们的生活环境与工作环境的舒适度，但与此同时空调管道内部也大量堆积了灰尘等垃圾，这将会滋生大量病菌。在空调运行的过程中，将会把含有大量病菌的空气传输到房间内部，使生活在房间里的人们呼吸到不清洁的空气，从而对身体健康产生严重的危害，导致各种呼吸道疾病以及皮肤病。堆积在管道的大量灰尘会直接增加资源的使用，加大空调的使用功率。通过上述分析可知，中央空调管道的清扫工作至关重要，它不仅关系到人们生活质量的提升，还关系到节能环保的工作。楼体中中央空调管道数量众多，管道的结构形式不尽相同。因此通过人工进行管道清扫，不仅工作量大，而且清扫效率也很低，甚至有的管道是人工无法触及的。所以设计一款工作效率高、使用方便的空调管道清扫机器人，用以满足中央空调管道清扫任务，在当今的形式之下势在必行。本文所设计的空调管道清扫机器人，不仅可以应用于方形截面管道内部的清扫任务，而且适用于部分圆型截面管道内部的清扫任务。

本文设计的管道清扫机器人研究意义如下：