中央空調通風管道清洗機器人硬件設計

蔡橋路

摘要：本設計在分析市場上現有管道機器人軟硬件與機構設計的優缺點的基礎上，利用motorola公司生產M68HC11A1作為機器人的中央控制器，以計算機為控制平臺，通過RS-232串口通信對機器人進行控制，實現對通風管道進行清洗。試驗結果證明：管道清潔機器人成本低，操作系統簡單，可以替代人工有效解決中央空調通風管道的檢測和清掃問題，提高樓層室內的空氣質量。管道清潔機器人作業效率高，事故發生概率小，也可用于其他多種管道的監測維護工作，具有良好的應用前景。

關鍵詞：管道清洗機器人 PWM調速 RS-232串口通信

1 概述

近年來，隨著我國城市建設的迅速發展，使用空調通風設備日益增多，保持空調清潔成了困擾很多城市特別是高層建筑的突出問題。目前，對于空調通風管道的清潔，國內尚沒有合適的自動化工具，而采用人工清潔的方式危險性大、勞動量大、工作效率低，而且清理期間產生的粉塵極易對工人身體造成危害。管道清潔機器人是可以替代人工成功解決空調通風管道清潔的有效途徑。

2 管道清洗機器人功能和技術特點

2.1 管道清洗機器人功能

管道清洗機器人是清洗通風管道的主要設備。管道清洗機器人有著其它管道清洗方式不可比擬的優勢，也是用戶認可一個清洗公司是否具備清洗資格的重要標志之一。本管道清洗機器人采用機械清洗方法，即通過機器人攜帶高速旋轉的毛刷進入管道擊打管內壁，除去附著的污垢。管道清洗機器人不僅可以清洗和清洗效果的檢查，還可以進行管道探傷等。

2.2 技術特點

①該管道清洗機器人適用于非等徑、變截面復雜管道環境，既可用于矩形截面，也適用于圓形截面通風管道的管道清洗或檢測。

②機器人最大能越過9cm高的臺階和爬30度的坡度。

③矩形管道高度適應范圍可達300mm～600mm。

④機器人既可安裝圓管清洗毛刷也可安裝矩形管毛刷，更換毛刷簡便快捷。

⑤本機器人借助以計算機為平臺的視頻圖像采集，利用計算機進行圖像的顯示和錄制。

⑥檢測機器人與清洗機器人合二為一的設計，降低了客戶采購成本與使用復雜度，只需更換相應模塊便可以實現兩種機器人的功能。

⑦機器人主要部件采用不銹鋼材料制造，使用壽命長。

3 管道清洗機器人硬件系統組成

面向中央空調通風管道檢測和清潔的管道機器人技術是一個新穎的課題，雖然現在國內外的一些研究單位和公司已經做了一定的研究成果，并成功的面向市場，但在功能和對管道的適應性上均沒有達到令人滿意的效果。由于空調通風管道截面形狀、尺寸、布局互不相同，而且管道內部環境較為復雜。因此，設計一種能適用于各種管型、管道條件、作業方式便于操作和調整的管道清掃機器人具有很大的挑戰性。

電機控制驅動模塊包括步進電機驅動和直流電機驅動。兩個模塊采用分組控制的策略，分別控制步進電機和直流電機的速度與運轉方向。這種控制方式有利于電機之間協調運作，提高系統的集成度。主控板以motorola公司生產的8位M68HC11A1微控制器為核心，實現對運動的控制和數據的通信。主控板的設計在分析同類型管道機器的基礎上，提出了集中控制和模塊化控制相結合的設計思想，以一個微控制器為核心來完成數據收集、運算分析和命令發送等功能，并分別控制步進電機組和直流電機組的運轉。同時采集電機的電流和速度參數，反饋給上層主控芯片。這種控制方式很好的解決了任務單一化和系統集成性問題。這種設計在硬件系統不進行改動的前提下，既可方便實現控制系統的功能改進和升級，同時，由于主控板功能的相對獨立性，也可實現較低層次的自主控制。PC機為機器人高級智能控制提供后臺運算支持，如機器人的視頻采集系統，外部設備的動作控制等。通信系統針對通信收發雙方性質采用不同的通信方式，本機器人采用的方式有RS232串口通訊方式，硬件組成如圖1所示。

圖1 管道清洗機器人系統的硬件組成

4 結束語

本課題研究的是用于中央空調通風管道清潔的機器人單片機控制系統與通信系統設計。針對機器人管道內的工作環境以及檢測與清掃的作業任務，設計并制作整個硬件系統，并做出相關的理論說明。

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