中央空调通风管道清洗机器人硬件设计

摘要：本设计在分析市场上现有管道机器人软硬件与机构设计的优缺点的基础上，利用motorola公司生产M68HC11A1作为机器人的中央控制器，以计算机为控制平台，通过RS-232串口通信对机器人进行控制，实现对通风管道进行清洗。试验结果证明：管道清洁机器人成本低，操作系统简单，可以替代人工有效解决中央空调通风管道的检测和清扫问题，提高楼层室内的空气质量。管道清洁机器人作业效率高，事故发生概率小，也可用于其他多种管道的监测维护工作，具有良好的应用前景。

关键词：管道清洗机器人 PWM调速 RS-232串口通信

1 概述

近年来，随着我国城市建设的迅速发展，使用空调通风设备日益增多，保持空调清洁成了困扰很多城市特别是高层建筑的突出问题。目前，对于空调通风管道的清洁，国内尚没有合适的自动化工具，而采用人工清洁的方式危险性大、劳动量大、工作效率低，而且清理期间产生的粉尘极易对工人身体造成危害。管道清洁机器人是可以替代人工成功解决空调通风管道清洁的有效途径。

2 管道清洗机器人功能和技术特点

2.1 管道清洗机器人功能

管道清洗机器人是清洗通风管道的主要设备。管道清洗机器人有着其它管道清洗方式不可比拟的优势，也是用户认可一个清洗公司是否具备清洗资格的重要标志之一。本管道清洗机器人采用机械清洗方法，即通过机器人携带高速旋转的毛刷进入管道击打管内壁，除去附着的污垢。管道清洗机器人不仅可以清洗和清洗效果的检查，还可以进行管道探伤等。

2.2 技术特点

①该管道清洗机器人适用于非等径、变截面复杂管道环境，既可用于矩形截面，也适用于圆形截面通风管道的管道清洗或检测。

②机器人最大能越过9cm高的台阶和爬30度的坡度。

③矩形管道高度适应范围可达300mm～600mm。

④机器人既可安装圆管清洗毛刷也可安装矩形管毛刷，更换毛刷简便快捷。

⑤本机器人借助以计算机为平台的视频图像采集，利用计算机进行图像的显示和录制。

⑥检测机器人与清洗机器人合二为一的设计，降低了客户采购成本与使用复杂度，只需更换相应模块便可以实现两种机器人的功能。

⑦机器人主要部件采用不锈钢材料制造，使用寿命长。

3 管道清洗机器人硬件系统组成

面向中央空调通风管道检测和清洁的管道机器人技术是一个新颖的课题，虽然现在国内外的一些研究单位和公司已经做了一定的研究成果，并成功的面向市场，但在功能和对管道的适应性上均没有达到令人满意的效果。由于空调通风管道截面形状、尺寸、布局互不相同，而且管道内部环境较为复杂。因此，设计一种能适用于各种管型、管道条件、作业方式便于操作和调整的管道清扫机器人具有很大的挑战性。

电机控制驱动模块包括步进电机驱动和直流电机驱动。两个模块采用分组控制的策略，分别控制步进电机和直流电机的速度与运转方向。这种控制方式有利于电机之间协调运作，提高系统的集成度。主控板以motorola公司生产的8位M68HC11A1微控制器为核心，实现对运动的控制和数据的通信。主控板的设计在分析同类型管道机器的基础上，提出了集中控制和模块化控制相结合的设计思想，以一个微控制器为核心来完成数据收集、运算分析和命令发送等功能，并分别控制步进电机组和直流电机组的运转。同时采集电机的电流和速度参数，反馈给上层主控芯片。这种控制方式很好的解决了任务单一化和系统集成性问题。这种设计在硬件系统不进行改动的前提下，既可方便实现控制系统的功能改进和升级，同时，由于主控板功能的相对独立性，也可实现较低层次的自主控制。PC机为机器人高级智能控制提供后台运算支持，如机器人的视频采集系统，外部设备的动作控制等。通信系统针对通信收发双方性质采用不同的通信方式，本机器人采用的方式有RS232串口通讯方式，硬件组成如图1所示。

图1 管道清洗机器人系统的硬件组成

4 结束语

本课题研究的是用于中央空调通风管道清洁的机器人单片机控制系统与通信系统设计。针对机器人管道内的工作环境以及检测与清扫的作业任务，设计并制作整个硬件系统，并做出相关的理论说明。

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