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附錄 1：外文翻譯 火車駕駛室前清洗機(jī)器人的系統(tǒng)和概念設(shè)計(jì) Tetsuo Tomiyama，Luis Rubio Garca，Andra? Kr?lin，Gerard Taykaldiranian 克蘭菲爾德大學(xué)，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(jī)器人的系統(tǒng)和概念設(shè)計(jì)的方法。雖然列車的兩側(cè)用機(jī)械洗衣機(jī)清洗，但是駕駛室前部依舊是手動清洗，這會導(dǎo)致一些健康和安全問題。這個(gè)項(xiàng)目的目的首先是對目前的程序進(jìn)行分析，以便檢測過程中可能存在的差距，同時(shí)生成一個(gè)要求清單，從而實(shí)現(xiàn)滿足這些要求的清潔系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)。同時(shí)提出的解決方案包括在各個(gè)子系統(tǒng)中劃分系統(tǒng)，每個(gè)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(diǎn)介紹了保持末端執(zhí)行器的機(jī)器人的主要結(jié)構(gòu);并且顯示出符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求的不同概念設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：清潔機(jī)器人，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)，產(chǎn)品開發(fā)。 1 簡介 火車外部清潔通常由機(jī)械洗衣機(jī)進(jìn)行。然而，這個(gè)洗衣機(jī)僅能清洗機(jī)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(fù)雜的形狀組成，而車廂之間的車身端板有時(shí)根本不被清理。這導(dǎo)致了大量的（工人）體力勞動， 用于外部機(jī)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(gè)車站，駕駛室前部清潔都以非常相似的方式進(jìn)行?？墒?，它缺乏任何標(biāo)準(zhǔn)程序，效率和后處理檢查。有時(shí)這個(gè)過程提供的時(shí)間很短，每次進(jìn)程也略有不同。 在擦洗火車表面時(shí)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(shí)間是相對隨機(jī)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(xué)與赫里瓦特大學(xué)合作，提出了駕駛室前清潔機(jī)器人的可行性研究。本文介紹了該系統(tǒng)和機(jī)械設(shè)計(jì)方面的研究（內(nèi)容）。根據(jù)新產(chǎn)品開發(fā)流程，這個(gè)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(dāng)前流程，以確定差距并開發(fā)基于并發(fā)工程實(shí)踐的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這導(dǎo)致要獲得設(shè)計(jì)要求和創(chuàng)建功能圖以便建立概念設(shè)計(jì)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(jī)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(xiàng)目的下一階段為原型提供許多候選方案。 2 目標(biāo)和目的 2.1 目標(biāo) 該項(xiàng)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(jī)器人清潔器的概念原型機(jī)。該項(xiàng)目的這個(gè)階段側(cè)重于執(zhí)行并行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以解決機(jī)械結(jié)構(gòu)和末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)。 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(yīng)具有成本效益，可靠性，可改寫性和易于操作的要求。 在科學(xué)方法方面，本文提出的程序必須回答兩個(gè)不同的問題。首先是系統(tǒng)需要多少設(shè)備或臂部。 其次，為最終效應(yīng)器設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)的最佳手臂機(jī)制是什么？ 2.2 目的 整個(gè)項(xiàng)目的主要目的是： z 考慮到車站目前的基礎(chǔ)設(shè)施來設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)。 z 考慮到機(jī)器人手臂的控制方面，設(shè)計(jì)要包括運(yùn)動學(xué)分析，動力學(xué)分析和臂設(shè)計(jì)優(yōu)化。 z 設(shè)計(jì)包括化學(xué)品和供水的清潔裝置（末端執(zhí)行器），刷子移動機(jī)構(gòu)和接觸檢測機(jī)構(gòu)。 z 設(shè)計(jì)用于表面檢測和表面覆蓋的機(jī)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(gè) 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(biāo)是： 42 z 介紹駕駛室前臺清潔程序的實(shí)際情況的詳細(xì)報(bào)告，指出差距和可能的改進(jìn)領(lǐng)域。 z 使用基于集合的并行工程方法建立需求和設(shè)計(jì)參數(shù)列表 z 介紹符合規(guī)格要求的清潔裝置的概念設(shè)計(jì)，并將其作為基礎(chǔ)工程或前端工程設(shè)計(jì)（FEED）階段的出發(fā)點(diǎn)。 3 方法 該項(xiàng)目旨在解決融合和設(shè)計(jì)火車清潔自主機(jī)器人的可行性問題。這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)新產(chǎn)品開發(fā)的項(xiàng)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(dǎo)，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?yàn)槿绻蛻舻膯栴}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(diǎn)來看待項(xiàng)目。這是在方法論最后階段成功解決方案開發(fā)的基礎(chǔ)。在這個(gè)階段，想法被創(chuàng)造和測試，最好的是發(fā)展成概念， 最終設(shè)計(jì)最好的原型被選為原型。雖然整個(gè)項(xiàng)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(xiàng)目方法。 4 當(dāng)前清潔程序 4.1 數(shù)據(jù)采集 為了在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)最佳解決方案，關(guān)鍵在于正確的客戶需求。為了獲得有關(guān)當(dāng)前清潔程序的最佳信息，（我們）訪問了三個(gè)不同的倉庫。該團(tuán)隊(duì)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(zhǔn)備了一份問題清單和所需文件清單，并與主機(jī)通信。使用照片和視頻，也使用 Google 探戈設(shè)備進(jìn)行 3D 掃描。這是數(shù)據(jù)采集的重要組成部分，因?yàn)榍鍧崊^(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(tuán)隊(duì)獲取在該站點(diǎn)無法訪問的某些細(xì)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(guān)的員工的見解幫助團(tuán)隊(duì)形成當(dāng)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(gè)步驟組成。清理整個(gè)列車是維修計(jì)劃的一部分， 許多車站組合成一個(gè)連續(xù)的操作系統(tǒng)。但是，前排艙清潔是單獨(dú)進(jìn)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(chǔ)設(shè)施提供維護(hù)工作，并有相對便利的清潔空間。一些車站在加油站進(jìn)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(jī)器對列車的側(cè)面清潔之前或之后執(zhí)行這個(gè)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(gè)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(fēng)險(xiǎn)。最明顯和嚴(yán)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(jìn)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(dǎo)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(gè)問題，因?yàn)樽钪匾那鍧嵞繕?biāo)通常是位于火車上半部的擋風(fēng)玻璃。所有這些問題和風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致自動清洗將提高清潔性能而且能夠消除車廠員工嚴(yán)重健康和安全風(fēng)險(xiǎn)的這個(gè)結(jié)論。此外，人力資源將從緊密而重復(fù)的任務(wù)中解脫出來，可以花更多的時(shí)間來實(shí)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(xiàng)目后期設(shè)計(jì)解決方案的重點(diǎn)。 5 一般要求 略 6 概念設(shè)計(jì) 略 7 結(jié)論 對當(dāng)前手動前端清潔領(lǐng)域的廣泛分析為我們指出了可以改進(jìn)的領(lǐng)域，從而能實(shí)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(lǐng)域是系統(tǒng)開發(fā)的起點(diǎn)，也是新系統(tǒng)的成果交付的關(guān)鍵。在這之后我制定了系統(tǒng)要求，并建立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在本文中，主要關(guān)注的是機(jī)器人臂的設(shè)計(jì)，該機(jī)器人手臂實(shí)際上執(zhí)行清潔本身的末端執(zhí)行器.手臂設(shè)計(jì)至關(guān)重要，因?yàn)樗鼪Q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(dāng)前的車站中. 設(shè)計(jì)階段共提供了兩種可能的設(shè)計(jì)。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(wù)。而且復(fù)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(shè)計(jì)選擇中看到，即每列車一側(cè),這種設(shè)計(jì)減輕了手臂的應(yīng)力設(shè)計(jì)，提高了清潔性能。 該過程是現(xiàn)在轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)和末端執(zhí)行器的概念設(shè)計(jì)，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(jìn)行整合分析。所有這些都應(yīng)該提供額外的要求，因?yàn)檫@將有助于選擇最佳的手臂設(shè)計(jì)。 一旦選擇了最終解決方案，概念設(shè)計(jì)階段結(jié)束，基礎(chǔ)工程或前端工程設(shè)計(jì)（FEED） 階段將開始，并將概念優(yōu)化以構(gòu)建原型。 致 謝 這項(xiàng)研究得到鐵路安全和標(biāo)準(zhǔn)委員會（RSSB）的支持。我們感謝 Heriot-Watt 大學(xué)， 龐巴迪運(yùn)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(xiàn) [1]G.Bonnema,K.Veenvliet,and J.Broenink,SystemsDesign and Engineering:Facilitating Multidisciplinary Development Projects. 2015. 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