产品设计说明书 - 模板

浙江工业大学－智源产品联合研发中心第XXX产品设计说明书1．背景及意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．设计需求分析2.1需求表汇总表2.1XXX产品设计需求表基本需求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能量要求功能需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。移动转向功能性能需求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运动精度要求2.2基本需求依据2.2.1储罐打磨的基本要求根据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打磨工具及打磨工艺分析1．打磨工具2.2.3机器人自重和承载要求2.3功能需求分析1．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1．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3．运动精度要求3．概念设计3.1功能设计3.1.1总功能模型图图3.1大型容器壁面打磨机器人总功能模型图3.1.2功能结构模型图图3.2大型容器壁面打磨机器人功能结构图3.2功能—原理映射矩阵功能—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永磁体吸附电磁体吸附真空吸附移动机器人轮式履带式机器人转向固定机器人移动打磨头打磨壁面控制打磨力监控打磨照亮现场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关节式占用空间小结构复杂，控制复杂3.3原理方案分析3.3.1方案1分析1．原理方案描述方案1采用：三维结构图工作原理：2．设计参数、设计变量及评价参数设计参数：设计变量：评价参数：总质量，总成本；3．概念设计参数计算计算内容计算过程计算结果磁吸附力FA的计算考虑图（a）情况，为了保证小车可以牢牢吸住壁面，要求：其中，为橡胶履带和壁面之间摩擦系数，其值为；为安全系数，取；为瞬间加速度系数，取。因为G=