水下船舶清洗机器人结构设计（全套完整有CAD）

电机的选择选择电动机，要使快速空载启动力矩小于电动机的最大转矩，即，为电动机输出转矩的最大值，即峰值转矩，般，其中为电动机额定转矩，为电动机转矩的瞬时过载系数交流伺服电机.。

故选择交流伺服电机.其最高转速为，最大转矩，额定转矩.，转子转动惯量为，重量为.。

交流伺服电机的电机惯量与负载惯量的匹配关系式中负载惯量折算到电机轴上的总和，电动机转子惯量，满足惯量匹配。

.轴承的选用与校核角接触球轴承的选择进给系统承受轴向力和径向力，并且承受轴向力不大，可选用角接触球轴承。

根据轴的尺寸，查实用机床设计手册表.，选用角接触球轴承，其基本参数见表所示。

表角接触球轴承的基本参数极限转速脂润滑油润滑轴承寿命校核计算根据机械设计，滚动轴承寿命的校核条件为式中轴承应具有的基本额定动载荷，轴承所受的载荷查机械设计手册表，得丝杠在轴向力作用下的变形量为式中工作负载，滚珠丝杠的导程，丝杠材料的弹性模量，滚珠丝杠内径截面积，。

丝杠滚珠直径滚道半径偏心距滚珠丝杠内径滚珠丝杠截面积由公式得因扭矩引起的导程变形量很小，可忽略，即，所以丝杠长度为时，导程变形总误差为对丝杠精度等级为级，查实用机床设计手册表.，丝杠每长度上允许的变形量不大于，对不满足刚度要求时，可采取预拉伸结构，加大丝杠直径等措施。

本设计采用级精度故刚度足够。

稳定性验算进给行程较长受力较大，为提高刚度减小机床自身的误差，采用两端轴向固定的支撑方式，如图所示丝杠螺纹部分长度，等于工作台最大行程加螺母长度加两端余程。

工作台行程为，螺母长度为，查表.，导程为时，余程为，因此丝杠螺纹部分长度。

丝杠支撑跨距，应略大于，取为其中核算压杆稳定性的支承距离，核算临界转速的支承距离，。

查实用机床设计手册表.及表.得图丝杠两端固定支撑方式为工作行程加丝杠螺母尺寸的半再加上固定端支撑距离的半，为游动端支撑距离的半加上工作行程加上丝杠螺母的半，得，临界转速校核高速的长丝杠有可能发生共振，需验算其临界转速，不会发生共振的最高转速为临界转速式中丝杠丝杠支承方式系数，根据实用机床设计手册表.，取.受压面玻璃墙壁等，但是对于船舶清洗研究的却是很少，主要是因为船舶清洗是在水下，设计时要考虑水的影响，密封性的要求，水下移动吸附等问题，增大了设计的难度。

因此研制水下清洗机器人成为需要，水下船舶清洗机器人将大大提高船舶清洗的效率，减少工作量，减少工作强度，实现自动化清洗。

该机器人的结构主要分成两部分部分是移动部分，另部分是清洗部分。

移动部分主要解决的问题是机器人在曲面上的移动，清洗部分的结构设计利用清洗盘的转动来实现清洗。

本课题主要内容包括国内外文献分析，总统方案设计，水下船舶清洗机器人机械结构设计，装配图零件图的设计，结构优化设计。

进给方案的选取比较现有移动方案，可以看出移动的实现主要都是依靠两个相似的机构分别移动来实现前进，而驱动大多是利用汽缸来驱动.哈工大的水下清洗机器人的移动是靠双履带来实现移动，利用永磁吸附，直紧贴在船体上移动，驱动利用电机驱动.除哈工大的水下机器人外，其他机器人的移动主要是适应平面移动，而对于在曲面上的移动涉及的比较少，本机器人的移动参考以上几种机器人的移动方式加已改进，具有定的适应性.移动方案也是采用两个相似的机构，循环前进，驱动是利用电机带动齿轮在通过丝杠螺母来实现，同时利用电机的正反转来实现连个相似机构的前后运动.如图所示，吸附结构真空吸附装置也称真空吸盘，在壁面移动机器人中主要用于非磁性壁面上的作业，如墙壁玻璃面非磁性金属壁面等.本机构用真空吸盘，因为结构简单，只需油缸的伸出和缩进，完成吸附工作。

第章进给系统设计计算.切削力的计算查表所得进的力为从设计手册中可得知，在般径向载荷轴向载荷取，.丝杠螺母的设计与计算强度验算综合丝杠的，机器人开始下运动循环.以上是爬壁机器人的个步进过程，如此不断循环，就实现了爬壁机器人的连续前行.图该机器人主要由个主体气缸两个纵向吸盘提升气缸个横向吸盘提升气缸两组横向吸盘组以及两组纵向吸盘组构成.图图为多足爬壁机器人个步距的行走流程图.以向前运动为例，初始状态是机器人处于静止的状态，这时机器人可以通过携带的探头对管壁进行清扫和检测.机器人处于初始状态时，横向和纵向的真空吸盘都处于提供真空状态下，横向吸盘提升气缸处于缩回状态，纵向吸盘提升气缸处于伸出状态.当纵向吸盘释放真空，纵向吸盘提升气缸缩回时，横向真空吸盘处于吸附状态，此时主气缸缸筒是固定的，在压缩空气驱动下，活塞杆向前运动定距离，随后纵向吸盘提升气缸伸出，纵向吸盘提供真空吸附当横向吸盘释放真空，横向吸盘提升气缸缩回时，纵向真空吸盘处于吸附状态，此时主气缸活塞杆是固定的，在压缩空气驱动下，气缸筒向前运动定距离，且横向吸盘提升气缸伸出，横向吸盘提供真空吸附，完成个行走过程.目前国内关于水下船舶清洗机器人的研究只有哈尔滨工业大学研制出种水下清洗机器人，他们的移动是靠履带完成的，采用永磁吸附，双履带机构，图机器人的吸附机能是由固定在履带链条外翼板上的磁吸附块来实现的.由链条的链节数决定了每条履带上每隔个链节安装个磁块，则履带周上均匀镶嵌有个橡胶封装的永磁体块.在履带移动的过程中，保证每条履带上有个磁块与容器表面处于良好的吸附状态，并形成足够的磁力将机器人吸附在容器表面上，实现吸附功能.在移动的初始时刻，调整两条履带上的磁块处于相同的状态，然后由伺服电机输出驱动力矩经减速器减速后驱动主动链轮，进而带动履带表面的磁块在容器表面上交替吸附，周而复始，实现了机器人在容器表面上的移动.吸附方案吸附方式主要有两种真空吸附和磁吸附.真空吸附装置真空吸附装置也称真空吸盘，在壁面移动机器人中主要用于非磁性壁面上的作业，如墙壁玻璃面非磁性金属壁面等.真空吸盘是在利用吸盘内的压力与大气压之间的压力差而实现吸附的，真空的产生可以通过真空泵压缩空气或排风机等.用真空泵或用压缩空气产生真空的吸盘，般真空度较高.由排风机产生真空的吸盘，般真空度较低.磁吸附装置磁吸附壁面移动机器人用于铁磁性壁面上的作业.磁吸附装置的吸附由电磁铁永磁铁来.课题研究的目的和意义船舶正常工作时总有部分沉在水下，常年累月，在水下的船体表面会附着些贝类藻类等生物，严重影响船舶的航行速度和使用寿命，还增加了船舶的燃料消耗，所以每隔段时间就要对船舶进行清洗.但传统的清洗方法是工人要潜入水里才能对船舶进行清洗，具有定的风险性，工作量大，难度大.因此研究水下清洗机器人成为必要.本设计的研究目的就是在于制造出种在水下可以游动并且可以吸附在船体上的清洗机器人.方面机器人可以像鱼类样在水下自由的游动另方面该机器人可以通过电磁吸附吸附在船体上并且通过移动装置在船体上爬行，同时进行清洗.因此该机器人代替了人工潜入水下进行清洗，减少了工人的工作量，减轻了工作强度，实现了水下船舶清洗的自动化，同时对于爬行机器人在曲面上的移动提出了种新的爬行方式，具有重要意义.。