可控式管道清理机研制

1引言

机械手作为工业机器人一种末端执行器，是机器人直接用于抓取．握紧、吸附专用工具进行操作的部件，是最重要的执行机构，安装于机器人手臂的前端。机械手是模仿着人手的部分动作。按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取，搬运或操作的自动机械装置。

2硬件设计

主要包括：根据管道机械手所特有的工作环境，选取适当的机械手类型。设计出机械手的各执行机构，包括手部、手腕、手臂、立柱和机座等部件。机械手的控制系统设计．本机械手拟采用手动、自动相结合的控制方式。分析管道机械手特有的工作环境，要求管道机械手应满足耐腐蚀，重量轻、体积小，消耗能量少、在恶略环境下能安全王作和笏于操作。选择常用的机械手类型，分析对比。管道疏通机械手在整个装置上的布置，原计划采用多数水下机器人把机械手前置的布局方式，但是考虑到这样的布局会对偶然的撞击缺乏保护，并往往会遮住视野，同时给安放存污槽和布置照明带来困难，所以最终决定将机械手安放在整个装置的中间偏后位置。为了便于操作人员及时了解设备状态，应对突发事件，为机械手安装摄像头和照明装置，照明装置和摄像头随机械手一起转动。手指是夹钳式取料手直接于待夹取物件接触的部件。指端的形状有V性指、平面指、尖指或薄、长指及特性指。V形指一般用于夹持圆柱形工件，特点是夹持平稳可靠，夹持误差小。平面指一般用于夹持方形零件(具有两个平行平面)、板型或细小棒料-尖指和薄、长指，一般用于夹持小型或柔性工件，其中薄纸一般用于坚持位于狭窄工作场地的细小工件，以避免和周围障碍物相碰，长指一般用于夹持炙热的工件，以避免辐射对手部传动机构的影响。对于形状不规则的工件，必须设计与工件形状相适应的专用特型手指，才能稳定可靠地夹持工件。

手指的材料对机器人的使用效果也有很大影响。夹钳式手指一般选用碳素钢或合金结构钢。为使手指经久耐用，指面可以镶嵌硬质合金，高温作业的手指，可选用耐热钢。在腐蚀性气体环境下工作的手指，可以镀铬或进行搪瓷处理，也可选用耐腐蚀的玻璃或聚四氟乙烯。由于本机械手抓取物体一般是水平放置，同时考虑到通用性，因此给手腕设一绕x轴转动回转运动就可满足工作的要求。按照设计的要求，本机械手的手臂有三个自由度。即手臂的伸缩、左右回输入转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由液压缸来实现。机座采用合金制造，有足够大的安装基面，保证机械手工作时的稳定性。机座承受机械手的全部重量和工作载荷，保证有足够的刚度和承载能力。机座的设计按照以下原则进行。首先有足够的大的安装基面，以保证机器人工作是的稳定性。其次机座承受机器人全部重量和工作载荷，应保证足够的强度、刚度和承载能力。再次机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动精度影响最大，因此机座和手臂的连接要有可靠的定位基准面。本设计采用的是履带式移动机构，因为：

1．支撑面积大，接地比压小，适合于松软或泥泞场地作业，下陷度小，滚动阻力小通过性能较好，

2．越野机动性好，爬坡、越沟等性能优越于轮式移动机构。

3．履带支撑面上有腹齿，不易打滑，牵引附着性能好。有利于发挥较大的牵引力。

3控制系统设计

前面提到，该系统采用手动结合自动的控制方式实现机械手的运行。整个机械手下放到管道以后．将安装在机械手上的摄像头拍摄的视频信号通过数据线传输到地面显示屏，用操纵杆实现对机械手的手动远程控制。用PLC实现对机械手的自动化控制。通过I／O分析后，确定了本装置的I／O分配表如下：

本文所设计的管道疏通机械手能满足我们对现有城市中管道的疏通需求，能大大降低原有疏通管道时需要的巨额成本．也能减小疏通作业时破坏原有设施给交通带来的不利影响。分析管道机械手特有的工作环境，要求管道机械手应满足耐腐蚀、重量轻、体积小、消耗能量少，在恶略环境下能安全工作和易于操作。选择常用的机械手类型，分析对比。管道作业机械手是一种可以沿着管道内行走的机构。可以携带一种或者多种传感器及操作装置。