當前位置:首頁 > 工業(yè)控制 > 工業(yè)控制
[導(dǎo)讀] 隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,環(huán)境污染日益嚴重,環(huán)保問題越來越受到社會各界的普遍關(guān)注。城市污水排放是確保環(huán)境衛(wèi)生、建設(shè)現(xiàn)代化文明城市的重要一環(huán)。目前,我國絕大多數(shù)城市排水管道的清淤工作仍普遍處于人工作業(yè)

     隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,環(huán)境污染日益嚴重,環(huán)保問題越來越受到社會各界的普遍關(guān)注。城市污水排放是確保環(huán)境衛(wèi)生、建設(shè)現(xiàn)代化文明城市的重要一環(huán)。目前,我國絕大多數(shù)城市排水管道的清淤工作仍普遍處于人工作業(yè)的落后狀況,不僅體力繁重、效率低,而且井下工作環(huán)境惡劣,易于引發(fā)爆炸等事故傷害。文獻檢索的結(jié)果表明,國內(nèi)外管道機器人多用于核反應(yīng)堆管道和油氣輸送管道的檢測、補口等工作,而排水管道清淤機器人的研究尚屬空白。鑒于這種情況,我們進行了排水管道清淤機器人的研究,并在Pro/Engineer平臺上進行了清淤機器人虛擬樣機設(shè)計。 

一、排水管道清淤機器人設(shè)計方案 

排水管道清淤機器人本體采用四輪結(jié)構(gòu),輪子用耐磨、耐腐蝕的合成橡膠制成,并在其表面加設(shè)花紋以增大摩擦力。車輪與管道壁接觸處的形狀與管壁的弧形完全一致,以盡量做到無間隙接觸。車體前部裝有作業(yè)刀具,用于清理管道中的樹枝及鈣化物等淤積物。清理后的淤積物在水流的沖刷下被帶到下游管道檢查井。 

二、管道清淤機器人虛擬樣機設(shè)計 

虛擬樣機(Virtual Prototyping) 是當前設(shè)計制造領(lǐng)域的一門新興技術(shù),該技術(shù)是在計算機上通過CAD/ CAM/ CAE等技術(shù)將產(chǎn)品信息集成到計算機提供的可視化虛擬環(huán)境,在實際產(chǎn)品制造之前實現(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析與優(yōu)化過程。 

2.1 管道清淤機器人虛擬樣機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

管道清淤機器人虛擬樣機將管道清淤機器人研究與虛擬樣機技術(shù)相結(jié)合, 針對機器人設(shè)計與制造過中的運動學(xué)與動力學(xué)分析、軌跡和路徑規(guī)劃、機器人與工作環(huán)境的相互作用等技術(shù)內(nèi)容進行研究與系統(tǒng)開發(fā),通過系統(tǒng)仿真軟件在相應(yīng)虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動,在計算機上方便地修改設(shè)計缺陷,仿真不同的設(shè)計方案,對系統(tǒng)進行不斷的改進,直至獲得最優(yōu)的設(shè)計方案以后,再做出物理樣機。 

680){this.width=680};" />


圖1 管道清淤機器人虛擬樣機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
 
2.2 利用Pro/e實現(xiàn)管道清淤機器人虛擬樣機設(shè)計 

Pro/Engineer的主要功能是進行參數(shù)化的零件造型設(shè)計,所提供的功能包括實體造型設(shè)計、曲面設(shè)計、建立工程圖、零件組合、簡單的有限元素分析、模具設(shè)計、電路設(shè)計、裝配零件設(shè)計、加工制造、逆向工程等。 

本文以錐齒輪為例詳細介紹pro/e的參數(shù)化設(shè)計過程。設(shè)計步驟如下。 

1. 新建零件文件 

(1)新建零件文件:“bevelgear”。 

(2)取消選中【使用缺省模板】復(fù)選項,選用【mmns-part-solid】。 

2. 設(shè)置齒輪參數(shù)和關(guān)系式 

(1)打開【參數(shù)】對話框,按照如下表所示添加齒輪參數(shù). 


名稱 類型 數(shù)值 說明 

M 實數(shù) 3 模數(shù) 

Z 實數(shù) 25 本齒輪齒數(shù) 

ZASM 實數(shù) 45 與之嚙合的齒輪齒數(shù) 

ALPHA 實數(shù) 20 壓力角 

B 實數(shù) 20 齒寬 

HAX 實數(shù) 1 齒頂高系數(shù) 

CX 實數(shù) 0.25 頂隙系數(shù) 

HA 實數(shù) 0 齒頂高 

HF 實數(shù) 0 齒根高 

H 實數(shù) 0 齒全高 

DELTA 實數(shù) 0 分錐角 

DELTA-A 實數(shù) 0 頂錐角 

DELTA-B 實數(shù) 0 基錐角 

DELTA-F 實數(shù) 0 根錐角 

D 實數(shù) 0 分度圓直徑 

DB 實數(shù) 0 基圓直徑 

DA 實數(shù) 0 齒頂圓直徑 

DF 實數(shù) 0 齒根圓直徑 

HB 實數(shù) 0 齒基高 

RX 實數(shù) 0 錐距 

THETA-A 實數(shù) 0 齒頂角 

THETA-B 實數(shù) 0 齒基角 

THETA-F 實數(shù) 0 齒根角 

BA 實數(shù) 0 齒頂寬 

BB 實數(shù) 0 齒基寬 

BF 實數(shù) 0 齒根寬 

X 實數(shù) 0 變位修正系數(shù) 


(2)打開【關(guān)系】對話框,按照如下所示添加直齒圓錐齒輪的關(guān)系式.通過這些關(guān)系式,根據(jù)已知參數(shù)確定未知參數(shù)的值。 

HA=(HAX+X) HF=(HAX+CX-X)H=(2*HAX+CX)*M DELTA=ATAN(Z/Z_ASM )D=m*Z DB=D*COS(ALPHA)DA=D+2*HA*COS(DELTA)DF=D-2*HF*COS(DELTA)HB=(D-DB)/(2*COS(DELTA))RX=D/(2*SIN(DELTA)THETA_A=ATAN(HA/RX)THETA_B=ATAN(HB/RX)THETA_F= ATAN(HB/RX)DELTA_A=DELTA+THETA_ADELTA_B=DELTA+THETA_BDELTA_F= DELTA+THETA_FBA=B/COS(THETA_A)BB=B/COS(THETA_B)BF=B/COS(THETA_F) 

(3)選擇主菜單中的【編輯】-【再生】選項,計算【參數(shù)】對話框中的各未知參數(shù)的值。 

3.創(chuàng)建錐齒幾何曲線 

(1)將基準平面TOP向右平移67.5后創(chuàng)建基準平面DTM1。 

(2)在工作區(qū)中單擊并選中基準平面DTM1與TOP面的平移距離,將其添加到【關(guān)系】對話框中,并輸入關(guān)系式:“=D/(2*TAN(DELTA))”。 

(3)創(chuàng)建通過基準平面FRONT和RIGHT交線的基準軸線A-1。 

(4)創(chuàng)建通過基準軸A-1和基準平面DTM1交點的基準點PNT0。 

(5)在右工具箱中單擊【草繪基準曲線】圖標,打開【草繪的基準曲線】對話框。選擇FRONT作為草繪平面,進入草繪模式。 

(6)將參數(shù)d2添加到【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式“=90”。用相同的方法繼續(xù)添加圖形中的其他參數(shù)。 

4. 創(chuàng)建大端齒輪基本圓 

(1)創(chuàng)建基準平面DTM2。選擇FRONT基準平面和曲線1作為參照創(chuàng)建基準平面。 

(2)創(chuàng)建基準點PNT1。創(chuàng)建經(jīng)過曲線1和曲線2交點的基準點PNT1。 

(3)在右工具箱中單擊【草繪基準曲線】圖標,選取基準平面DTM2作為草繪平面,進入二維草繪模式。 

(4)在草繪平面內(nèi)繪制任意尺寸的4個同心圓,并繪制一條過圓心的豎直線。 

(5)將基本圓的直徑參數(shù)添加到【關(guān)系】對話框中,按照如下所示添加關(guān)系式: 

D154=d/cos(delta) d155=da/cos(delta) d156=db/cos(delta) d157=df/cos(delta) 

其中,d154,d155,d156,d157分別代表分度圓、齒頂圓、基圓和齒根圓直徑。 

(6)選擇主菜單中的【編輯】-【再生】選項,再生齒輪基本圓尺寸,最后生成齒輪基本圓。 

5.創(chuàng)建小端齒輪基本圓 

(1)創(chuàng)建過曲線2和曲線3交點的基準點PNT2。 

(2)在右工具箱中單擊【草繪基準曲線】圖標,選取DTM3面作為草繪平面。然后在草繪平面內(nèi)繪制任意尺寸的一個同心圓和一段過圓心的豎直線。 

(3)將各基本圓的直徑參數(shù)添加到關(guān)系對話框中,按照如下所示添加關(guān)系式: 

D158=(D-2*B*SIN(DELTA)/COS(DELTA) D159=(DA-2*BA*SIN(DELTA-A)/COS(DELTA) D160=(DB-2*BB*SIN(DELTA-B)/COS(DELTA) D161=(DF-2*BF*SIN(DELTA)/COS(DELTA) 

(4)選擇主菜單中的【編輯】-【再生】選項,再生個齒輪基本圓尺寸,最后生成標準齒輪基本圓。 

6. 創(chuàng)建大端齒輪漸開線 

(1)創(chuàng)建坐標系CS0。 

在右工具箱單擊【草繪基準曲線】按鈕,打開坐標系對話框,選擇基準點PNT1作為坐標系的放置參照。在【坐標系】對話框中打開【定向】選項卡,選擇曲線4作為Y軸的正向,選擇曲線5作為X軸的正向,生成坐標系CS0。 

(2)創(chuàng)建坐標系CS1。  

再次打開【坐標系】對話框,選擇坐標系CS0作為新建坐標系的放置參照,在【偏移類型】中選擇【笛卡兒坐標系】,最后生成坐標系CS1。 

(3)將坐標系CS0與CS1的偏移角度參數(shù)添加到【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式:“=360*COS(DELTA)/(4*Z)+180*TAN(ALPHA)/OI-ALPHA”。 

(4)打開記事本編輯器,在其中添加漸開線方程式如下: 

R=d156/2 theta=t*60 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 

完成后依次選取【文件】-【保存】選項保存設(shè)置,最后創(chuàng)建齒輪漸開線。 

7. 創(chuàng)建小端齒輪漸開線 

(1)創(chuàng)建坐標系CS2。 

選擇PNT2作為坐標系的放置參照,選擇曲線6作為Y軸的正向,選擇曲線7作為X軸的正向,最后創(chuàng)建坐標系CS2。 

(2)創(chuàng)建坐標系CS3。選擇CS2作為放置參照,最后生成坐標系CS3。 

(3)選擇坐標系CS3與CS2的偏移角度參數(shù),并將其添加到【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式:“=360*COS(DELTA)/94*Z)+180*TAN(ALPHA)/PI-ALPHA”. 

(4)打開【曲線:從方程】對話框,選擇坐標系CS3和【笛卡兒】選項。在打開的記事本中添加如下關(guān)系式: 

R=d160/2 theta=t*60 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0 

完成后依次選取【文件】-【保存】選項保存設(shè)置。最后生成漸開線。 

8. 鏡像漸開線 

(1)創(chuàng)建過曲線8和曲線9的交點的基準點PNT3。 

(2)創(chuàng)建通過基準點PNT1,且垂直與基準平面DTM2的基準軸A-2。 

(3)創(chuàng)建通過基準軸A-2和基準點PNT3的基準平面DTM4。 

(4)創(chuàng)建與DTM4的偏移角度為-3且通過A-2的基準平面DTM5。 

(5)將基準平面DTM4與DRM5的夾角參數(shù)添加到【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式:“=360*COS(DELTA)/(4*Z)”。 

(6)選擇DTM5作為鏡像平面鏡像齒輪大端漸開線。 

(7)使用同樣的方法鏡像小端漸開線。 

9. 創(chuàng)建第一個輪齒 

(1)在主菜單中選擇【插入】-【掃描混合】-【伸出項】選項,打開【菜單管理器】,在【混合選項】菜單中選取【草繪截面】、【垂直于原始軌跡】和【完成】選項。在【掃描軌跡】菜單中選擇【草繪軌跡】選項。選取基準平面FRONT作為草繪平面,然后使用缺省參數(shù)放置草繪平面。 

(2)在右工具箱中單擊【使用邊】按鈕,打開【類型】對話框,選擇其中的【單個】單選按鈕,使用修剪按鈕結(jié)合繪圖工具繪制掃描軌跡線。 

(3)根據(jù)系統(tǒng)提示,在消息輸入窗口中輸入z-axis旋轉(zhuǎn)角度:“0”。 

(4)在右工具箱中單擊【使用邊】按鈕,打開【類型】對話框,選擇其中的【單個】單選按鈕,使用修剪和倒圓角按鈕并結(jié)合繪圖工具繪制齒輪的大端齒廓線。(注意在兩個圓角處添加等半徑約束)。 

(5)根據(jù)系統(tǒng)提示,在消息輸入窗口中輸入z-axis旋轉(zhuǎn)角度:“0”。 

(6)使用類似的方法繪制小端齒廓線,最后生成輪齒結(jié)構(gòu)。 

(7)打開關(guān)系對話框,在對話框中添加以下關(guān)系式: 

If hax<1 d207=0.31*m d217=0.31*m endif if hax>=1 d207=0.2*m d217=0.2*m endif 

其中,d207和d217分別是齒輪大小端的齒廓曲線的倒角。 

10. 復(fù)制和陣列輪齒 

(1)使用旋轉(zhuǎn)復(fù)制的方法復(fù)制前一步驟創(chuàng)建的輪齒,旋轉(zhuǎn)角度為“360/z”,最后生成第二個輪齒。 

(2)使用陣列方法陣列輪齒,陣列特征總數(shù)為24。 

(3)將旋轉(zhuǎn)復(fù)制輪齒時的旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)添加倒【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式:“=360/z”。 

(4)將第一個齒到第三個齒的距離參數(shù)添加到【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式:“=z-1“。 

11. 創(chuàng)建錐體 

(1)在右工具箱中單擊【旋轉(zhuǎn)】按鈕,打開設(shè)計圖標板。選擇基準平面FRONT作為草繪平面,接受系統(tǒng)缺省參數(shù)放置草繪平面,進入二維草繪模式。 

(2)使用基本繪圖工具繪制錐體的二維圖形。最后生成錐齒結(jié)構(gòu)。 

(3)將錐齒大端長度參數(shù)添加到【關(guān)系】對話框中,然后輸入關(guān)系式:“=0.8*h”。 

12. 添加裝飾結(jié)構(gòu) 

13. 改變齒輪參數(shù) 

在主菜單中選擇【工具】-【參數(shù)】選項,打開【參數(shù)】對話框。修改齒數(shù)為39,模數(shù)為2.5,齒寬為15。 

修改后在主菜單中選擇【編輯】-【再生】選項,按照修改后的參數(shù)再生模型。最后生成模型如圖2所示。 

680){this.width=680};" />


圖2 圓錐齒輪
 
三、結(jié)論 

利用虛擬樣機技術(shù)實現(xiàn)中小型排水管道清淤機器人設(shè)計,可以在有條件制作物理樣機之前對機器人的運動性能、機器人的可裝配性、可制造性進行科學(xué)評價,從而優(yōu)化了設(shè)計,壓縮甚至取消了物理樣機的試制過程,縮短了機器人開發(fā)周期,節(jié)省了設(shè)計費用,也為今后機器人的產(chǎn)業(yè)化提供了技術(shù)保障。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉