基于pro/e的中小型排水管道清淤機器人虛擬樣機設計

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴重，環(huán)保問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì )各界的普遍關(guān)注。城市污水排放是確保環(huán)境衛生、建設現代化文明城市的重要一環(huán)。目前，我國絕大多數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。文獻檢索的結果表明，國內外管道機器人多用于核反應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(jìn)行了排水管道清淤機器人的研究，并在Pro/Engineer平臺上進(jìn)行了清淤機器人虛擬樣機設計。

一、排水管道清淤機器人設計方案

排水管道清淤機器人本體采用四輪結構，輪子用耐磨、耐腐蝕的合成橡膠制成，并在其表面加設花紋以增大摩擦力。車(chē)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(wú)間隙接觸。車(chē)體前部裝有作業(yè)刀具，用于清理管道中的樹(shù)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計

虛擬樣機(Virtual Prototyping) 是當前設計制造領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù),該技術(shù)是在計算機上通過(guò)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(shí)際產(chǎn)品制造之前實(shí)現產(chǎn)品的仿真、分析與優(yōu)化過(guò)程。

2.1 管道清淤機器人虛擬樣機的系統結構

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)相結合, 針對機器人設計與制造過(guò)中的運動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析、軌跡和路徑規劃、機器人與工作環(huán)境的相互作用等技術(shù)內容進(jìn)行研究與系統開(kāi)發(fā),通過(guò)系統仿真軟件在相應虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統的運動(dòng),在計算機上方便地修改設計缺陷,仿真不同的設計方案,對系統進(jìn)行不斷的改進(jìn),直至獲得最優(yōu)的設計方案以后,再做出物理樣機。

圖1 管道清淤機器人虛擬樣機系統結構圖

2.2 利用Pro/e實(shí)現管道清淤機器人虛擬樣機設計

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

本文以錐齒輪為例詳細介紹pro/e的參數化設計過(guò)程。設計步驟如下。

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】復選項，選用【mmns-part-solid】。