基于FludSIM的清洗机器人柔性自动跟踪清洗功能设计与仿真实现

随着现代社会的发展，越来越多的楼宇采用集中空调系统，对室内空气的温度 、湿度、气流速度等进行有效 的调节 。但 由于其过滤器 的效率不可能达到100%，空调设备内部也会生锈和结晶等，长期堆积形成风管内的尘埃和污染物质。如果集中空调的通风管道不能得到及时的清扫，则会由于风阻的加大而损耗能源，同时还会使室内的空气受到污染，诱发细菌滋生，传染疾病，严重影响人们的生活质量。由于传统的人工作业工程量大，工作效率低下 ，效果并不理想，集中空调的通风管道清洗机器人正是为了满足高效准确地对集中空调管道进行检测、清洗任务而产生的。它使人脱离了危险作业的生产第-线 。且具有全程高分辨率视频摄像头，自动化程度高，是人无法比拟的，具有较大的优势。集中空调通风管道清扫机器人在国外已经有较为成熟的产品。在国内。越来越多的学者和专家也开收稿 日期 ：2012-08-06作者简介：郑向华(1977-)，女，黑龙江嫩江人，讲师，硕士研究生，主要从事机电设计、CADCAECAM及材料的研究。

始进行了相关的研究。2006年，我国卫生部对全国集中空调的抽检结果也印证了这个问题。检测发现由于风管污染的原 因，空调所送空气 的卫生质量 问题最为严重，细菌总数全国平均超标 36.9%.可吸人颗粒物超标29.6%。所以清洗机器人对现代人的生活起到了很重要作用。

1 清洗机器人总体设计智能清洗机器人主要是针对风管设计、安装相对规范的通风系统清洗而设计生产的专用清洗设备。机器人带有风管顶壁柔性 自动跟踪清洗功能、侧壁电子自动跟踪及-次性清洗功能、弧面过度技术毛刷、多扩展功能部件、工程标准的多备份安全系统等智能系统，可对高度从 200-lO00mm的风管进行彻底清洗，最小清洗风管宽度为 240mm。机器人可通过不同的扩展功能部件完成对风管的毛刷清洗 、消毒处理 、表面喷涂、风管侦察等多项清洗功能，并通过扩展接口任意组合。

同步完成以上各种组合功能；还可通过扩展功能部件方便通过清洗过程中的大型风口，以及可通过智能扩展接口，完成对风管全程自动跟踪清洗。是对通风系统中的干路、支路风管的主要清洗设备。

83液 压气动 与 密封/2013年第 02期2 清洗机器人柔性 自动跟踪清洗功能气动设计及实现清洗毛刷根据风管高度的变化，自动调节清洗高度，确保对高度连续变化的风管(倾斜顶壁)进行清洗时，清洗力度 自动保持恒定：能够在 180mm250mm以上矩形风管或直径 300mm以上圆形风管内部对平面、凹凸、缝隙等处有效进行清洗工作，清洗距离单方向不低于 30m；清洗作业时清洗消毒机器人行走平稳，清扫毛刷扭矩不小于4N·in，清洗系统使用带有弧面过度技术的专用毛刷，确保对风管底壁清洗不留遗漏。根据以上要求设计气动柔性自动跟踪清洗功能。

柔性自动跟踪清洗功能工作原理：压缩空气经过滤调压后 ，先分别进入三位五通电磁阀，通过升、降按纽可实现气缸升降，马达的顺时针转动和逆时针转动。

同时利用三位五通换向阀的中位封闭功能，可是实现气缸的中位停止，但由于空气有压缩性，所以停位不很准确。中位机能也可使马达停止。

当小车开始工作时.压缩空气进入空气过滤器过滤空气，再进入精密减压阀，稳定的压力供给气缸无杆腔，使气缸输出-个恒力，于是气缸推动升降臂上升。

然后换向阀的右控制口可以得到控制压力.所以换向阀工作在右边状态，可以保证气缸的有杆腔通大气，使气缸得以自由升降，气动原理如图 1所示。

顺图 1 柔性 自动跟踪清洗功能气动原理3 基于FluidSIM的气动系统仿真设计FluidSIM软件由德国Festo公司 Didactic教学部门和 PaderbOITI大学联合开发的软件。FluidSIM软件可将电气-气压回路同时设计与仿真。检查各气动元件之间连接是否可行，并将元件的状态图显示，这样就使回路图绘制和相应气压系统仿真相-致，从而能够在设计完回路后，验证设计的正确性，并演示回路动作过程。

根据气压系统原理图建立气动系统结构图，即回路模型图。在元件库中选出要用的原件，将其左键点击不放，拖入右边的编辑视图中，需要立着的，点鼠标右键或在调整元件位置的地方 ，选择旋转 90o.再将所有元件连接起来。于是建立结构图.如图 2a。

在建立相关的电气图，方法如上，再打开网格 ，将所有元件调整齐，这样就可把图调整得美观好看，电气图如图2b。

气压回路原理图和电气图建好后，就可以进行仿真，建好的仿真图如图2所示。

图 2 气动-电气 系统仿真4 结论本设计参照国内外的清洗机器人自动跟踪清洗功能，设计和实现气动自动控制系统，通过 FluidSIM运动仿真，设计了每部分的气路图，完成并实现了各气动装置的控制要求，以仿真动画形式来描述控制系统的工作原理；设计中采用 FluidSIM来实现系统的仿真，可以大大提高设计的效率，在设计的过程中能及时地发现设计缺陷，有效降低成本。