可控式管道清理機研制

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1引言

機械手作為工業機器人一種末端執行器，是機器人直接用于抓取．握緊、吸附專用工具進行操作的部件，是最重要的執行機構，安裝于機器人手臂的前端。機械手是模仿著人手的部分動作。按給定程序、軌跡和要求實現自動抓取，搬運或操作的自動機械裝置。

2硬件設計

主要包括：根據管道機械手所特有的工作環境，選取適當的機械手類型。設計出機械手的各執行機構，包括手部、手腕、手臂、立柱和機座等部件。機械手的控制系統設計．本機械手擬采用手動、自動相結合的控制方式。分析管道機械手特有的工作環境，要求管道機械手應滿足耐腐蝕，重量輕、體積小，消耗能量少、在惡略環境下能安全王作和笏于操作。選擇常用的機械手類型，分析對比。管道疏通機械手在整個裝置上的布置，原計劃采用多數水下機器人把機械手前置的布局方式，但是考慮到這樣的布局會對偶然的撞擊缺乏保護，并往往會遮住視野，同時給安放存污槽和布置照明帶來困難，所以最終決定將機械手安放在整個裝置的中間偏后位置。為了便于操作人員及時了解設備狀態，應對突發事件，為機械手安裝攝像頭和照明裝置，照明裝置和攝像頭隨機械手一起轉動。手指是夾鉗式取料手直接于待夾取物件接觸的部件。指端的形狀有V性指、平面指、尖指或薄、長指及特性指。V形指一般用于夾持圓柱形工件，特點是夾持平穩可靠，夾持誤差小。平面指一般用于夾持方形零件(具有兩個平行平面)、板型或細小棒料-尖指和薄、長指，一般用于夾持小型或柔性工件，其中薄紙一般用于堅持位于狹窄工作場地的細小工件，以避免和周圍障礙物相碰，長指一般用于夾持炙熱的工件，以避免輻射對手部傳動機構的影響。對于形狀不規則的工件，必須設計與工件形狀相適應的專用特型手指，才能穩定可靠地夾持工件。

手指的材料對機器人的使用效果也有很大影響。夾鉗式手指一般選用碳素鋼或合金結構鋼。為使手指經久耐用，指面可以鑲嵌硬質合金，高溫作業的手指，可選用耐熱鋼。在腐蝕性氣體環境下工作的手指，可以鍍鉻或進行搪瓷處理，也可選用耐腐蝕的玻璃或聚四氟乙烯。由于本機械手抓取物體一般是水平放置，同時考慮到通用性，因此給手腕設一繞x軸轉動回轉運動就可滿足工作的要求。按照設計的要求，本機械手的手臂有三個自由度。即手臂的伸縮、左右回輸入轉和升降(或俯仰)運動。手臂的回轉和升降運動是通過立柱來實現的，立柱的橫向移動即為手臂的橫移。手臂的各種運動由液壓缸來實現。機座采用合金制造，有足夠大的安裝基面，保證機械手工作時的穩定性。機座承受機械手的全部重量和工作載荷，保證有足夠的剛度和承載能力。機座的設計按照以下原則進行。首先有足夠的大的安裝基面，以保證機器人工作是的穩定性。其次機座承受機器人全部重量和工作載荷，應保證足夠的強度、剛度和承載能力。再次機座軸系及傳動鏈的精度和剛度對末端執行器的運動精度影響最大，因此機座和手臂的連接要有可靠的定位基準面。本設計采用的是履帶式移動機構，因為：

1．支撐面積大，接地比壓小，適合于松軟或泥濘場地作業，下陷度小，滾動阻力小通過性能較好，

2．越野機動性好，爬坡、越溝等性能優越于輪式移動機構。

3．履帶支撐面上有腹齒，不易打滑，牽引附著性能好。有利于發揮較大的牽引力。

3控制系統設計

前面提到，該系統采用手動結合自動的控制方式實現機械手的運行。整個機械手下放到管道以后．將安裝在機械手上的攝像頭拍攝的視頻信號通過數據線傳輸到地面顯示屏，用操縱桿實現對機械手的手動遠程控制。用PLC實現對機械手的自動化控制。通過I／O分析后，確定了本裝置的I／O分配表如下：

本文所設計的管道疏通機械手能滿足我們對現有城市中管道的疏通需求，能大大降低原有疏通管道時需要的巨額成本．也能減小疏通作業時破壞原有設施給交通帶來的不利影響。分析管道機械手特有的工作環境，要求管道機械手應滿足耐腐蝕、重量輕、體積小、消耗能量少，在惡略環境下能安全工作和易于操作。選擇常用的機械手類型，分析對比。管道作業機械手是一種可以沿著管道內行走的機構。可以攜帶一種或者多種傳感器及操作裝置。