基于pro/e的中小型排水管道清淤機(jī)器人虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)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(wèi)生、建設(shè)現(xiàn)代化文明城市的重要一環(huán)。目前，我國(guó)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(xiàn)檢索的結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)外管道機(jī)器人多用于核反應(yīng)堆管道和油氣輸送管道的檢測(cè)、補(bǔ)口等工作，而排水管道清淤機(jī)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(jī)器人的研究，并在Pro/Engineer平臺(tái)上進(jìn)行了清淤機(jī)器人虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)。

一、排水管道清淤機(jī)器人設(shè)計(jì)方案

排水管道清淤機(jī)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(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(jī)器人虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)

虛擬樣機(jī)(Virtual Prototyping) 是當(dāng)前設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù),該技術(shù)是在計(jì)算機(jī)上通過(guò)CAD/ CAM/ CAE等技術(shù)將產(chǎn)品信息集成到計(jì)算機(jī)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(xiàn)產(chǎn)品的仿真、分析與優(yōu)化過(guò)程。

2.1 管道清淤機(jī)器人虛擬樣機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

管道清淤機(jī)器人虛擬樣機(jī)將管道清淤機(jī)器人研究與虛擬樣機(jī)技術(shù)相結(jié)合, 針對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)與制造過(guò)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析、軌跡和路徑規(guī)劃、機(jī)器人與工作環(huán)境的相互作用等技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā),通過(guò)系統(tǒng)仿真軟件在相應(yīng)虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng),在計(jì)算機(jī)上方便地修改設(shè)計(jì)缺陷,仿真不同的設(shè)計(jì)方案,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行不斷的改進(jìn),直至獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案以后,再做出物理樣機(jī)。

圖1 管道清淤機(jī)器人虛擬樣機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 利用Pro/e實(shí)現(xiàn)管道清淤機(jī)器人虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)

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

本文以錐齒輪為例詳細(xì)介紹pro/e的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)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(xiàng)，選用【mmns-part-solid】。