火車駕駛室前清洗機器人的系統(tǒng)和概念設計外文文獻翻譯、中英文翻譯

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附錄 1：外文翻譯 火車駕駛室前清洗機器人的系統(tǒng)和概念設計 Tetsuo Tomiyama，Luis Rubio Garca，Andra? Kr?lin，Gerard Taykaldiranian 克蘭菲爾德大學，50 樓，制造部，克蘭菲爾德 MK46 0AL，英國 摘要：本文介紹并簡要描述了用于獲取火車駕駛室前清潔機器人的系統(tǒng)和概念設計的方法。雖然列車的兩側(cè)用機械洗衣機清洗，但是駕駛室前部依舊是手動清洗，這會導致一些健康和安全問題。這個項目的目的首先是對目前的程序進行分析，以便檢測過程中可能存在的差距，同時生成一個要求清單，從而實現(xiàn)滿足這些要求的清潔系統(tǒng)的概念設計。同時提出的解決方案包括在各個子系統(tǒng)中劃分系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)的不同解決方案都將被考慮，分析和選擇作為開發(fā)原型的最終選擇。本文重點介紹了保持末端執(zhí)行器的機器人的主要結構;并且顯示出符合系統(tǒng)設計中要求的不同概念設計。 關鍵詞：清潔機器人，系統(tǒng)設計，概念設計，產(chǎn)品開發(fā)。 1 簡介 火車外部清潔通常由機械洗衣機進行。然而，這個洗衣機僅能清洗機身的兩側(cè)。它不會清潔駕駛室前鼻部分或車廂之間的車身端面板?；疖囻{駛室前鼻通常由復雜的形狀組成，而車廂之間的車身端板有時根本不被清理。這導致了大量的（工人）體力勞動， 用于外部機身的洗滌，并由此產(chǎn)生了一些健康和安全問題，包括（工人）在 25kV 電壓架空電線下工作，圍繞電氣化的第三條軌道工作，并在高處工作，特別是在夜間和惡劣天氣下條件下有較大的問題。（看圖 1） 圖 1：執(zhí)行火車駕駛室前方清潔程序的車廠工作人員。 在英國的每個車站，駕駛室前部清潔都以非常相似的方式進行?？墒?，它缺乏任何標準程序，效率和后處理檢查。有時這個過程提供的時間很短，每次進程也略有不同。 在擦洗火車表面時施加的壓力是不同的，用于清潔前駕駛室鼻部的不同區(qū)域的時間是相對隨機的，并且每次洗滌劑和水的施用量也不恒定。由于上述提到的原因，克蘭菲爾德大學與赫里瓦特大學合作，提出了駕駛室前清潔機器人的可行性研究。本文介紹了該系統(tǒng)和機械設計方面的研究（內(nèi)容）。根據(jù)新產(chǎn)品開發(fā)流程，這個想法在篩選階段，通過訪問不同的車站，著重于數(shù)據(jù)收集，分析當前流程，以確定差距并開發(fā)基于并發(fā)工程實踐的系統(tǒng)設計。這導致要獲得設計要求和創(chuàng)建功能圖以便建立概念設計所必需的規(guī)范。一旦規(guī)范被指出，系統(tǒng)被劃分在不同的子系統(tǒng)中，接下來主要的就是機器人手臂清潔器的末端執(zhí)行器。等評估了不同的解決方案，就可以在在項目的下一階段為原型提供許多候選方案。 2 目標和目的 2.1 目標 該項目的目的是開發(fā)一種用于火車頭鼻部以及車身端面板的半自動機器人清潔器的概念原型機。該項目的這個階段側(cè)重于執(zhí)行并行創(chuàng)新設計，以解決機械結構和末端執(zhí)行器的設計。 除了通過本文后面將要解釋的方法檢測具體要求外，系統(tǒng)還應具有成本效益，可靠性，可改寫性和易于操作的要求。 在科學方法方面，本文提出的程序必須回答兩個不同的問題。首先是系統(tǒng)需要多少設備或臂部。 其次，為最終效應器設計提供基礎的最佳手臂機制是什么？ 2.2 目的 整個項目的主要目的是： z 考慮到車站目前的基礎設施來設計整個系統(tǒng)。 z 考慮到機器人手臂的控制方面，設計要包括運動學分析，動力學分析和臂設計優(yōu)化。 z 設計包括化學品和供水的清潔裝置（末端執(zhí)行器），刷子移動機構和接觸檢測機構。 z 設計用于表面檢測和表面覆蓋的機器人手臂控制系統(tǒng)，用于列車駕駛室前鼻和車廂之間的清潔。 z 建立一個 1/10 的規(guī)模示范，證明這一概念的可行性。 雖然本文提出的程序的主要目標是： 42 z 介紹駕駛室前臺清潔程序的實際情況的詳細報告，指出差距和可能的改進領域。 z 使用基于集合的并行工程方法建立需求和設計參數(shù)列表 z 介紹符合規(guī)格要求的清潔裝置的概念設計，并將其作為基礎工程或前端工程設計（FEED）階段的出發(fā)點。 3 方法 該項目旨在解決融合和設計火車清潔自主機器人的可行性問題。這實質(zhì)上是一個新產(chǎn)品開發(fā)的項目。市場上的任何產(chǎn)品都會嘗試解決其買家潛在尋求解決的問題。在這種情況下也是如此，按照 Goffin 的指導，他創(chuàng)建了以下方法的第一部分。第一步，數(shù)據(jù)采集是最重要的，因為如果客戶的問題沒有得到有效的收集或者通信不暢，那么終端產(chǎn)品很可能無法提供所需的性能。下一步是數(shù)據(jù)處理，其中收集的信息被組織并轉(zhuǎn)換為工程語言。這允許以客觀和可量化（盡可能多的）觀點來看待項目。這是在方法論最后階段成功解決方案開發(fā)的基礎。在這個階段，想法被創(chuàng)造和測試，最好的是發(fā)展成概念， 最終設計最好的原型被選為原型。雖然整個項目還包括原型建造和測試，這超出了本文的范圍。 圖 2：整體項目方法。 4 當前清潔程序 4.1 數(shù)據(jù)采集 為了在設計階段實現(xiàn)最佳解決方案，關鍵在于正確的客戶需求。為了獲得有關當前清潔程序的最佳信息，（我們）訪問了三個不同的倉庫。該團隊訪問了位于倫敦溫布利的希爾頓柴油火車站，倫敦地鐵站中在威爾斯頓交界處和中央河流的龐巴迪柴油火車站。對于每次訪問，準備了一份問題清單和所需文件清單，并與主機通信。使用照片和視頻，也使用 Google 探戈設備進行 3D 掃描。這是數(shù)據(jù)采集的重要組成部分，因為清潔區(qū)域和火車本身的 3D 模型比鈍態(tài)照片更有幫助。使用 3D 模型還允許團隊獲取在該站點無法訪問的某些細節(jié)的測量。清潔程序視頻所提供的信息和清潔過程直接相關的員工的見解幫助團隊形成當前狀況的整體形象。 圖 3：廣義普通清洗程序的功能圖。 如圖 3 所示，目前的清潔程序由幾個步驟組成。清理整個列車是維修計劃的一部分， 許多車站組合成一個連續(xù)的操作系統(tǒng)。但是，前排艙清潔是單獨進行的。 主要原因是火車必須被帶到維修棚，其中溝渠和其他基礎設施提供維護工作，并有相對便利的清潔空間。一些車站在加油站進行駕駛室前部清潔，除了清潔之外，火車還配有燃料和淡水，廢水被排出。在使用位于車站其他地方的指定自動化機器對列車的側(cè)面清潔之前或之后執(zhí)行這個過程。 無論側(cè)面和正面清潔的后勤順序如何，駕駛室前部的清潔仍然是一個繁重的人工作業(yè)。由于這種性質(zhì)，它給清潔工帶來健康和安全風險。最明顯和嚴重的問題是如果水接觸架空線或攜帶高電壓的第三條線路，工人則可能會觸電。因此，普通家用壓力水軟管被禁止使用，這對清潔性能造成很大影響。同樣如圖 1 所示，清潔工必須在濕滑混凝土上進行溝槽周圍的維修工作，這很有可能讓工人落入溝槽。另外，清潔器豎立在地面上， 并且工人必須使用安裝在長柄上的刷子清潔駕駛室前部的頂部，這導致身體姿勢的尷尬以及在該區(qū)域中駕駛室前面中部和下部相比清潔性能較差。這是一個問題，因為最重要的清潔目標通常是位于火車上半部的擋風玻璃。所有這些問題和風險導致自動清洗將提高清潔性能而且能夠消除車廠員工嚴重健康和安全風險的這個結論。此外，人力資源將從緊密而重復的任務中解脫出來，可以花更多的時間來實現(xiàn)更重要的維修工作。 考慮到上述所有情況,（我們）確定了上述過程中的主要差距。它們將作為項目后期設計解決方案的重點。 5 一般要求 略 6 概念設計 略 7 結論 對當前手動前端清潔領域的廣泛分析為我們指出了可以改進的領域，從而能實現(xiàn)更好的清潔性能，并且能將清潔人員從潛在的健康和安全不友好的工作環(huán)境中釋放出來。這些領域是系統(tǒng)開發(fā)的起點，也是新系統(tǒng)的成果交付的關鍵。在這之后我制定了系統(tǒng)要求，并建立了系統(tǒng)結構。在本文中，主要關注的是機器人臂的設計，該機器人手臂實際上執(zhí)行清潔本身的末端執(zhí)行器.手臂設計至關重要，因為它決定了新清潔程序的局限性和可能性，并且在物理和操作上將其融入當前的車站中. 設計階段共提供了兩種可能的設計。雖然他們看起來非常不一樣，但他們都能夠很好地執(zhí)行子系統(tǒng)的所要求的任務。而且復雜性也不能區(qū)分; 都是 6 自由度系統(tǒng)。相似性 僅在兩臂的設計選擇中看到，即每列車一側(cè),這種設計減輕了手臂的應力設計，提高了清潔性能。 該過程是現(xiàn)在轉(zhuǎn)向基礎和末端執(zhí)行器的概念設計，最終的概念也將考慮到控制系統(tǒng)。此外，還將對車站的清潔順序進行整合分析。所有這些都應該提供額外的要求，因為這將有助于選擇最佳的手臂設計。 一旦選擇了最終解決方案，概念設計階段結束，基礎工程或前端工程設計（FEED） 階段將開始，并將概念優(yōu)化以構建原型。 致 謝 這項研究得到鐵路安全和標準委員會（RSSB）的支持。我們感謝 Heriot-Watt 大學， 龐巴迪運輸公司，Chiltern 鐵路公司和 Shadow Robot 公司的合作伙伴，他們提供了極大的協(xié)助研究的洞察力和專業(yè)知識。 參考文獻 [1]G.Bonnema,K.Veenvliet,and J.Broenink,SystemsDesign and Engineering:Facilitating Multidisciplinary Development Projects. 2015. [2]A. Al-Ashaab, M. Golob, U. M. Attia, M. Khan, J. Parsons, A. Andino, A. Perez, P. Guzman, A.Onecha, S. Kesavamoorthy, G.Martinez, E. Shehab, A. Berkes, B.Haque, M.Soril,and A.Sopelana,“The transformation of product development process into lean environment using set-based concurrent engineering: A case study from an aerospace industry,” Concurr. Eng., vol. 21, no. 4, pp. 268–285, Dec. 2013. [3]K. Goffin and R. Mitchell, Innovation Management:Strategy and Implementation using the Pentathlon Framework, 2nd edition. Palgrave Macmillan, 2010. [4]M.S.Erden and J.Moura,“Control and path planning approach for a cab front cleaning robot,” in The 5th International Conference on Through-life Engineering Services, 2016, (this publication). 附錄 2：外文原文 42