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保密
机密绝密产品设计说明书
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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)
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2.1 XXX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
E
球罐焊缝（表面是铁
锈、油漆）
S
露出金属光泽的
打磨区域
残屑
物质
能量
信号
功能图3.1 大型容器壁面打磨机器人总功能模型图
3.1.2 功能结构模型图
待打磨球
罐焊缝及
两侧各
150mm
150mm
范围
残渣
物质
能量
信号
主功能
辅助功能
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
能名原理方案
吸附罐壁
S
N
轭铁
永磁体
吸附
电磁体
吸附
真空吸
附
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
器人转向
电动机
导向轮
驱动电机
驱动电机
定机器人
盘形电磁铁
伸缩杆
S N
开关驱动电机
动打磨头
磨壁面
制打磨力
控打
磨
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
