产品设计说明书 - 模板.doc

精选范本 项目编号 工程编号 版 本 号 保密级别 一般 保密 机密绝密 产品设计说明书产品设计说明书 产品名称 产品名称 产品型号 产品型号 工程编号 工程编号 设设 计 计 编编 写 写 校校 核 核 精选范本 审审 核 核 年 月 精选范本 XXX 产品设计说明书 目 录 1 背景及意义 1 2 设计需求分析 1 2 1 需求表 1 2 2 需求分析 2 3 概念设计 7 3 1 功能设计 7 3 1 1 总功能模型图 7 3 1 2 功能结构模型图 7 3 2 功能 原理映射矩阵 8 3 3 原理方案分析 10 精选范本 XXX 产品设计说明书产品设计说明书 1 背背景景及及意意义义 根据我国有关规程规定 根据基础情况 每隔 2 6 年需对大型球罐或圆柱形储罐检测 一次 每隔 2 年需对使用 5 年以上的管线进行检测 通常 在低洼 潮湿的地方挖开数处 检查 各项检测之前 都必须进行罐体的清洗打磨 目前国内传统的清洗和打磨方法主要 利用人工手持打磨设备进行打磨 存在着劳动强度大 施工周期长 安全性差等问题 随着我国大型石油储罐的大量建设 以及人类对环境保护问题的日益重视 人工作业 已不符合环境和发展的客观要求 淘汰人工作业是历史的必然 机器人技术的出现和发展 以及检测人员自我保护意识的增强 使得机器人代替人工进行罐壁打磨作业成为迫切任务 本项目开发的能携带自动化打磨装备的爬壁机器人 可以大大降低大型容器打磨作业的成 本 提高工作效率 特别是把检测人员从危险作业环境中解脱出来 因此 大型容器壁面 打磨机器人的研制具有重要的社会效益 经济意义和广阔的应用前景 2 设设计计需需求求分分析析 2 1 需求表需求表汇总汇总 表 2 1 XXX 产品设计需求表 名 称内 容 小车最大尺寸 焊缝打磨宽度 越障高度 自重和承载 基 本 需 求 能量要求 名 称内 容 吸附功能 机器人在罐壁工作时 应可靠地吸附在球罐内 外表面 且吸附 力不能过大 移动转向功能功 能 需 求 精选范本 名 称内 容 机器人移动速率0 3m min 打磨力大小 打磨后表面要求 性 能 需 求 运动精度要求 2 2 基本需求依据基本需求依据 2 2 1 储储罐罐打打磨磨的的基基本本要要求求 根据 GB T17261 1998 钢制球形储罐型式与基本参数 现有的球罐直径在 4600mm 到 26800mm 之间 根据 GB12337 1998 钢制球形储罐 中制造球罐的钢板厚度在 6mm 到 120mm 之间 根据 球罐焊接工艺 焊缝与母材应圆滑过渡 对接焊缝的余高尺寸为 0 3mm 考 虑裕量 取打磨机器人的越障高度为 5mm 球罐必须开设人孔 且人孔直径大于等于 500mm 2 2 2 打打磨磨工工具具及及打打磨磨工工艺艺分分析析 1 打磨工具 打磨工具 2 2 3 机机器器人人自自重重和和承承载载要要求求 2 3 功能需求分析功能需求分析 1 吸附要求 吸附要求 机器人在罐壁表面爬行时应该保证其可以可靠的吸附在罐壁面上 但吸附力不宜过大 否则需要的电机驱动力过大 也不容易转向 打磨时 机器人应该要增大吸附力使其可以 牢牢吸附在罐壁表面 以免打磨过程中力的作用导致机器人滑落 2 4 性能需求分析性能需求分析 1 机器人移动速率和打磨速率的估算 机器人移动速率和打磨速率的估算 2 打磨力和打磨质量要求 打磨力和打磨质量要求 3 运动精度要求 运动精度要求 精选范本 3 概概念念设设计计 3 1 功能设计功能设计 3 1 1 总总功功能能模模型型图图 打打磨磨球球罐罐焊焊缝缝及及其其两两侧侧 各各1 15 50 0m mm m左左右右范范围围 E E 球球罐罐焊焊缝缝 表表面面是是铁铁 锈锈 油油漆漆 S S 露露出出金金属属光光泽泽的的 打打磨磨区区域域 残残屑屑 物物质质 能能量量 信信号号 功功能能 图 3 1 大型容器壁面打磨机器人总功能模型图 3 1 2 功功能能结结构构模模型型图图 吸吸附附罐罐壁壁 待待打打磨磨球球 罐罐焊焊缝缝及及 两两侧侧各各 1 15 50 0m mm m范范围围 驱驱动动机机器器人人固固定定机机器器人人 改改变变移移动动方方 向向 控控制制打打磨磨力力 移移动动打打磨磨工工 具具 移移动动打打磨磨工工 具具 旋旋转转砂砂轮轮 无无锈锈干干净净的的焊焊缝缝 及及两两侧侧各各1 15 50 0m mm m 范范围围 残残渣渣 转转换换电电能能为为 机机械械能能 能能量量 电电能能信信号号 转转换换电电能能为为 机机械械能能 电电能能 转转换换电电能能为为 机机械械能能 电电能能 物物质质 能能量量 信信号号 主主功功能能 辅辅助助功功能能 观观看看打打磨磨 照照亮亮现现场场 电电能能 转转换换电电能能为为 机机械械能能 电电能能 转转换换电电能能为为 机机械械能能 电电能能 转转换换电电能能为为 机机械械能能 电电能能 图 3 2 大型容器壁面打磨机器人功能结构图 3 2 功功能能 原原理理映映射射矩矩阵阵 功能 原理映射矩阵如表 3 1 表 3 1 大型容器壁面打磨机器人功能 原理映射矩阵 功 能名 称 原理方案 吸附 罐壁 SN 轭铁 永磁体电磁体 精选范本 吸附吸附真空吸 附 移 动机 器人 驱动 电机 驱动 电机 轮式 履 带 履 带 驱动 电机 驱动 电机 履带式 机 器人 转向 电 动 机 导向轮 驱动 电机 驱动 电机 固 定机 器人 盘形电磁铁 伸缩杆 S N 开关驱动电机 移 动打 磨头 打 磨壁 面 控 制打 磨力 精选范本 监 控打 磨 照 亮现 场 各个功能原理间的优缺点 各个功能原理间的优缺点 1 吸附方式比较 吸附方式优点缺点 永磁吸附 结构简单 维持吸附力不需要能耗 安全 跟壁面离合较难 要求壁面是铁磁 性材料 电磁吸附跟壁面离合容易 吸附力易调整 维持磁力需要能耗 重量大 突然 断电会造成吸附力消失 要求壁面 是铁磁性材料 真空吸附 不受壁面材料的影响 壁面材料都可 以采用真空吸附 容易漏气 控制较难 需要维持干 活 2 驱动方式比较 驱动方式优点缺点 轮式移动速度快 便于控制 着地面积小 跟壁面离合难 需要 较大驱动力 转向易 履带式着地面积大 对壁面适应性强 体积较大 转向难 3 固定方式比较 固定方式优点缺点 电磁式 吸附力大 重量小 与壁面离合简 单 需要持续消耗能量 需要要与壁面 接触才产生吸附力 磁力座式 吸附力大 结构简单 不需持续耗 能 重量大 与壁面离合难 4 移动打磨头方式比较 移动打磨 头方式 优点缺点 龙门直线 模组式 结构简单 控制简单占用空间大 精选范本 关节式占用空间小结构复杂 控制复杂 3 3 原理方案分析原理方案分析 3 3 1 方案方案 1 分析分析 1 原理方案描述 原理方案描述 方案 1 采用 三维结构图 工作原理 工作原理 2 设计参数 设计变量及评价参数 设计参数 设计变量及评价参数 设计参数 设计参数 设计变量 设计变量 评价参数 评价参数 总质量 总成本 3 概念设计参数计算 概念设计参数计算 计算内容计算内容计算过程计算过程计算结果计算结果 磁吸附力 FA的计算 a b FN Ff G FA 考虑图 a 情况 为了保证小车可以牢牢吸住壁面 要求 GnnFfF gfA 其中 为橡胶履带和壁面之间摩擦系数 其值为f 为安全系数 取 为瞬间加速度系5 0 fn5 1 n g n 数 取 2 g n 因为 G 15kg 150N 故 N900 5