1、學(xué)校代碼：115171學(xué)號：201250616114HENANINSTITUTEOFENGINEERING畢業(yè)設(shè)計題目家用清潔機(jī)傳動系統(tǒng)和外形設(shè)計學(xué)生姓名楊江濤專業(yè)班級機(jī)械設(shè)計制造及其自動化1222班學(xué)號201250616114系（部）機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師（職稱）趙讓乾（副教授）完成時間2014年5月25日本人完全了解河南工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意如下各項內(nèi)容：按照學(xué)校要求提交論文的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存論文的印刷本和電子版，并采用影印、縮印、掃描、數(shù)字化或其它手段保存論文;學(xué)校有權(quán)提供目錄檢索以及提供本論文全文或者部分的閱覽服務(wù)；學(xué)校有權(quán)按有關(guān)規(guī)定向國家有關(guān)部門

2、或者機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版；在不以贏利為目的的前提下，學(xué)校可以適當(dāng)復(fù)制論文的部分或全部內(nèi)容用于學(xué)術(shù)活動。河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目家用清潔機(jī)傳動系統(tǒng)和外形設(shè)計專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化學(xué)號201250616114姓名楊江濤一、主要內(nèi)容1 .清潔機(jī)的外

3、形設(shè)計2 .清潔機(jī)的拖地機(jī)構(gòu)傳動方案的選擇3 .吸塵部分的設(shè)計4 .電機(jī)的選擇、零件的設(shè)計計算5 .裝配圖和零件圖的繪制6 .畢業(yè)設(shè)計論文編寫工作二、設(shè)計家用地面清潔機(jī)的基本要求隨著人們生活水平的提高，現(xiàn)代家庭的住宅越來越寬敞，地面清潔工作量越來越大。為了節(jié)省清潔占用時間，減輕勞動量，提高清潔效率，對本課題設(shè)計的家用清潔機(jī)提出了更高的要求：一是能夠?qū)崿F(xiàn)吸塵功能；二是能夠?qū)崿F(xiàn)拖地功能；三是行走能夠?qū)崿F(xiàn)前進(jìn)、后退、左右轉(zhuǎn)彎、避障等功能；四是運(yùn)行過程中不得有過大的噪聲。三、參考文獻(xiàn)1肖南峰.服務(wù)機(jī)器人M.北京：清華大學(xué)出版社，2013,5-35.2秦保振.清潔機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.清潔機(jī)信息學(xué)報，2

4、007,32(4):207-230.3AnselC,Ugural.CaliforniaInstituteofTechnologyJ.Netherlands:KluwerAcademicPublishers,2000,(04):12-15.4蔡自興.機(jī)器人學(xué)M.北京：清華大學(xué)出版社，2010,13-15.5朱高峰.2011-2015年中國智能清潔機(jī)器人發(fā)展研究與前景預(yù)測報告J.中商情報網(wǎng)，2011,38(12):6-13.6RobertL,Norton.AutonomousvacuumcleanersmustbebayesianJ.Moscow:PergramonPress,1997,(22):

5、4-9.7杜祥琪.工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986,12-16.8宗光華.機(jī)器人的創(chuàng)意設(shè)計及實踐M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004,60-68.9孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理M.北京：高等教育出版社，2010,52-60.10岑軍健.新編標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計手冊M.北京：國防工業(yè)出版社，1999,82-87.11中國工程機(jī)械學(xué)會帶傳動技術(shù)委員會.中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編：傳動卷M.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989,172-186.12濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計M.北京：高等教育出版社，2006,38-46.13羅迎社.材料力學(xué)M.武漢：武漢理工大學(xué)出版社，200,32-50.14

6、周良德，朱泗芳，楊世平.現(xiàn)代工程圖學(xué)M.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2008,2-8.15孫巖.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計M.北京：理工大學(xué)出版社，2010,6-20.16關(guān)慧貞，馮辛安.電池選用手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011,46-59.完成期限：指導(dǎo)教師簽名：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名：摘要錯誤！未定義書簽。ABSTRACT.II1前言11.1 課題設(shè)計背景和要求11.2 國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品研究21.2.1 國外產(chǎn)品研究狀況21.2.2 國內(nèi)產(chǎn)品研究狀況71.2.3 自主充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀91.3 研究的目的和意義91.4 設(shè)計的重點和難點102家庭清潔機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)114.1 傳感技術(shù)114.2 路徑規(guī)劃技

7、術(shù)124.3 吸塵技術(shù)124.4 電源技術(shù)133清潔機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計142.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成和工作原理142 機(jī)械結(jié)構(gòu)組成142 工作原理152.2 清潔機(jī)器人總體設(shè)計172 機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計182 拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計184吸塵部分的設(shè)計221.1.4 一般吸塵器的原理和結(jié)構(gòu)221.2.4 吸塵結(jié)構(gòu)的設(shè)計221 選擇吸塵器的風(fēng)機(jī)231 垃圾收集處理機(jī)構(gòu)設(shè)計245拖地部分的傳動系統(tǒng)設(shè)計計算26電機(jī)選擇26拖地機(jī)構(gòu)的電機(jī)的選擇27齒輪的設(shè)計計算29同步帶傳動設(shè)計計算32軸的設(shè)計35軸2的設(shè)計35軸1的設(shè)計39對軸承的校核42鍵的選擇與校核計算43家庭清潔機(jī)器人電池的選用446發(fā)展趨勢及展望46結(jié)束

8、語47致48參考文獻(xiàn)49家用清潔機(jī)傳動系統(tǒng)和外形設(shè)計摘要清潔機(jī)器人將移動機(jī)器人技術(shù)和清潔器技術(shù)有機(jī)地融合起來，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的半自動或全自動清潔，替代傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作，已受到國內(nèi)外的研究人員重視。設(shè)計完成了清潔機(jī)的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、拖地機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)的設(shè)計以及吸塵功能的優(yōu)化設(shè)計。拖地機(jī)構(gòu)的傳動設(shè)計采用齒輪和同步帶傳動方案。外形結(jié)構(gòu)采用圓盤形，實現(xiàn)了躲避障礙物和地面清掃功能。本設(shè)計完成的家用清潔機(jī)，1個小時可以打掃360平方米,清潔度高達(dá)93%以上。關(guān)鍵詞：清潔機(jī)；移動機(jī)器人；吸塵器；拖地機(jī)ROTATIONSYSTEMANDSHAPEDESIGNOFHOMECLEANINGMACHINEABST

9、RACTCleaningrobotcombinemobilerobottechnologyandcleanertechnologyorganically,realizingthecleaningofindoorenvironmentofsemi-automaticorfullyautomatic,replacingtraditionalheavymanualcleaning,drawningtheattentionofresearchersbothathomeandabroad.Thedesignhasfinishedtheappearancestructuredesignofcleaning

10、machine,thetransmissionsystemdesignofmopthefloormechanismandoptimizationdesignofvacuumfunction.Thegeartransmissiondesignandsynchronousbelttransmissionschemeisadoptedbymopthefloororganization.Discisadoptedbythecontourstructure.Thedesignrealizethefunctionofavoidingobstaclesandsurfacecleaning.Thehouseh

11、oldcleaningmachinecancleantheareaof360squaremetersperhour,cleanlinessofwhichisashighas93%above.KEYWORDS:Cleanmachine;Mobilerobot;Dustcollector;Sweepthefloormachine1刖言1.1課題設(shè)計背景和要求近年來，隨著中國工業(yè)的快速發(fā)展，吸塵器的產(chǎn)銷量也大幅增加，在我國市場具有旺盛的生命力。隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展，人們的物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的提高，迫切需要從繁重的清潔工作中解脫出來。由此誕生了一種家用服務(wù)型清潔機(jī)器人，它將移動機(jī)器人技術(shù)和清潔技術(shù)有機(jī)

12、地融合起來，實現(xiàn)家庭、賓館、寫字樓等室內(nèi)環(huán)境的半自動或全自動清潔。自動進(jìn)行房間地面清潔的自主吸塵式家庭服務(wù)機(jī)器人，它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自主清潔機(jī)器人作為智能移動機(jī)器人實用化發(fā)展的先行者，其研究始于20世紀(jì)80年代，到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機(jī)和產(chǎn)品。清潔機(jī)器人的發(fā)展，帶動了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，也促進(jìn)了移動機(jī)器人技術(shù)、傳感器、圖像和語音識別等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，因此具有廣闊的市場前景。本次設(shè)計的題目就是在這種背景下提出的，其設(shè)計要求如下：(1)清潔機(jī)是清潔行業(yè)里常常用到的清潔設(shè)備，最主要的作用是吸塵、清洗地面(2)

13、適合清潔的作業(yè)區(qū)：陶瓷、大理石等光滑硬質(zhì)地面(3)移動機(jī)構(gòu)形式：輪式(4)最高行進(jìn)速度：0.5m/s(5)拖地洗盤轉(zhuǎn)速：3r/s(6)轉(zhuǎn)彎半徑：0(7)整機(jī)高度：200mm(8)整機(jī)直徑：400mm(9)清洗方式：旋轉(zhuǎn)拖地(10)電量低警示方式：LED閃燈(11)具有避障功能(12)具有自動充電裝置國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品研究地面清潔機(jī)器人作為智能移動機(jī)器人實用化發(fā)展的先行者，其研究始于20世紀(jì)80年代，到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機(jī)和產(chǎn)品。清潔機(jī)器人的發(fā)展，帶動了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，也促進(jìn)了移動機(jī)器人技術(shù)、傳感器、圖像和語音識別等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外的文獻(xiàn)將清潔機(jī)器人及其自動充電技術(shù)

14、的發(fā)展現(xiàn)狀闡述如下。國外產(chǎn)品研究狀況對于機(jī)器人我們可能不會太陌生，工業(yè)機(jī)器人在很多領(lǐng)域都得到了比較廣泛的應(yīng)用，但是對于家庭機(jī)器人我們所了解的卻相當(dāng)?shù)纳?，而日本，歐美等國家的研究則比較領(lǐng)先，有的都已經(jīng)投入市場，在實際中投入使用。RC3000是世界上第一臺能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的清潔機(jī)器人，如圖1-1所示，它有光電傳感器和芯片控制，當(dāng)遇到障礙時，會隨機(jī)改變一個角度，然后繼續(xù)直走，直到遇到新的障礙物。內(nèi)置了四種清潔程序，保證在遇到不同污漬的地面時，可以調(diào)整其清潔程序；通過傳感器對于地板污漬的判斷，選擇合適的應(yīng)用程序。內(nèi)置光敏傳感器，確保在遇到樓梯與臺階時，能夠自動避讓，不會掉落。扁平的設(shè)計

15、使其能夠清潔床，沙發(fā)，茶幾等家具的下部位置。其相應(yīng)的充電站有紅外發(fā)射、工作時間設(shè)定、工作模式選擇、充電、垃圾處理五個功能。充電站一直發(fā)射紅外定位和導(dǎo)航信號來指引機(jī)器人回到充電站完成充電和垃圾處理的任務(wù)；同時能夠根據(jù)用戶設(shè)定的信息來控制機(jī)器人完成相應(yīng)的操作30如圖1-1所示。圖1-1智能機(jī)器人RC3000在日本，東日本鐵路公司、Shink電器公司和Howa工業(yè)有限公司聯(lián)合研制了車站地面拖地機(jī)器人，機(jī)器人可沿墻壁從任何一個位置自動啟動，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃人自帶容器中。該機(jī)器人可采用“磁導(dǎo)引方式”、“示教方式”或“墻面復(fù)制方式”控制。東日本路公司、富士工業(yè)有限公司Subaru實驗室和JR東

16、方設(shè)施管理有限公司聯(lián)合研制了車站地面擦洗機(jī)器人，該機(jī)器人工作時一面將清洗液噴灑到地面上，一面用旋轉(zhuǎn)刷不停地擦洗地面，并將臟水吸人所帶的容器中。機(jī)器人中的感知系統(tǒng)采用光纖陀螺和超聲波傳感器，自動清洗系統(tǒng)有兩種，一種是“面積設(shè)定模式”，即將待清洗的面積分為若干個單位面積，按照其存儲器中的單位面積識別其行使路線，機(jī)器人還可利用其傳感器識別和躲避障礙物；另一種叫“路徑地圖模式”，機(jī)器人按照內(nèi)裝的路徑地圖行使，機(jī)器人可存9幅地圖，并可利用IC卡作為外存，在該模式下，機(jī)器人不會避障，僅適用于需要反復(fù)擦洗的指定地段。東日本鐵路公司和東芝公司聯(lián)合研制的用于座椅布局簡單的列車內(nèi)部地面清洗的機(jī)器人，其體積小、重量

17、輕、易于出入車廂及在車廂之間運(yùn)動，感知系統(tǒng)采用超聲波距離傳感器和光學(xué)、接觸式的接近傳感器；機(jī)器人采用推算定位法，利用編碼器中的數(shù)據(jù)，保持自己的位置和路徑，若探測到錯誤位置，機(jī)器人會通過距離傳感器自動修正；高級的列車地面清洗包括掃除垃圾、噴灑清洗液、擦洗、回收污水、用清水沖洗和給地面打蠟六個步驟。日本靜甲株式會社的清水工廠開發(fā)出一種自動拖地機(jī)器人，可用于各種工廠的拖地工作，機(jī)器人采用光纖陀螺控制機(jī)器人的方向，采用編碼器和超聲波傳感器測距，采用光學(xué)探測器探測障礙物，機(jī)器人的四周裝有橡膠墊，橡膠墊內(nèi)部裝有觸覺傳感器，一旦機(jī)器人與人接觸，觸覺傳感器信號會使機(jī)器人停下來以保證人的安全。松下和日立公司也研

18、制出了可拖地磚、木質(zhì)地板和地毯地面的清潔機(jī)器人，該機(jī)器人采用蓄電池作為動力源，可自動去充電站充電，能夠自主避障和路徑規(guī)劃。松下電器產(chǎn)業(yè)公司在2002年上半年推出了家庭用清潔機(jī)器人的試制機(jī)。該機(jī)器人可以根據(jù)房間的形狀、地板狀況、垃圾量進(jìn)行自動拖地，還配備有避開墻壁、爐子等熱源以及障礙的安全功能；該機(jī)器人配備有50個傳感器可一邊自動行走一邊進(jìn)行拖地，工作時首先沿房間四周走一圈，記憶房間形狀，然后在避開障礙物的同時開始縱橫來回移動，清潔工作完成后會自動停止。該機(jī)器人拖地一般的日本式房間約需要9min,相當(dāng)于人打掃同樣大房間所需時間的1-1.5倍，可拖地房間地板的92%-93%;機(jī)器人利用光及超聲波的

19、測距傳感器及感壓傳感器來避開障礙物，機(jī)器人的內(nèi)置回轉(zhuǎn)傳感器用來控制行走姿勢以保持既定的行進(jìn)方向，但在地毯上行走時如果不采取措施則會受到“地毯花紋”影響而彎曲前進(jìn)，因此該公司在機(jī)器人中安裝了方向舵?zhèn)鞲衅?，可以檢測出由于地毯花紋影響而產(chǎn)生的行進(jìn)方向偏差，因此即使在鋪有地毯的地板上也能夠直線前進(jìn)，機(jī)器人體內(nèi)還安裝有防止從臺階等高處滾下的落差傳感器、感知暖爐等熱源的熱傳感器、檢測自身所受外力大小的重量傳感器及防滑傳感器、檢測添加動力的負(fù)載傳感器，機(jī)器人同普通的障礙物最少保持10cm的距離，而在探測到熱源時，將會同熱源至少保持50cm的距離4。20世紀(jì)90年代，美國就推出了地面清潔機(jī)器人RoboScru

20、b,該機(jī)器人配有激光導(dǎo)航系統(tǒng)，采用超聲波測距和避障，用光碼條實現(xiàn)定位。2002年9月清潔機(jī)器人“Roomba”在美國面市,它重約2kg,直徑為30英寸，具有高度自主能力，可以游走于房間各家具縫隙間，靈巧地完成拖地工作，據(jù)說這是將用于軍事的“躲避地雷的移動技術(shù)”應(yīng)用到了吸塵器上。Roomba的動作有點兒遲緩，但它卻能穩(wěn)定、安全地完成任務(wù)。由于能夠在完成任務(wù)后自動切斷電源，所以可以在外出期間讓Roomba在家進(jìn)行拖地。如圖1-2所示。圖1-2智能清潔機(jī)器人Roomba2002年10月1日，瑞典的拉克斯電子公司與日本東芝公司共同開發(fā)的清潔機(jī)器人“特里洛巴伊特”上市銷售，“特里洛巴伊特”主要由拖地機(jī)器

21、和超聲波傳感器構(gòu)成，在工作時可避開室內(nèi)擺放的各種家具用品。只要家庭主婦領(lǐng)著它搞過一次拖地后，它便可以按行走過的拖地線路進(jìn)行自動拖地。這種機(jī)器人是充電式的，每一次充電可連續(xù)工作1小時瑞典家電制造商伊萊克斯(Electolux)研制生產(chǎn)的清潔機(jī)器人小“三葉蟲”高13mm,直徑35mm,表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速地探測到并避開桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對整個房間做出重新判斷與計算，以保證房間的各個角落都被拖地。在樓梯的臺階等一些沒有天然障礙物的地方，只要有一條磁鐵，小“三葉蟲”便不會跨越。小“三葉蟲”開始啟動后，體內(nèi)的搜索雷

22、達(dá)會探測出距離最近的墻壁，先順著墻壁把地板四周的灰塵及異物吸盡。這樣它便能探測出整個房間的格局，計算出拖地整個房間所需的時間。只要一接近一件障礙物，它便會重新設(shè)定行進(jìn)路線，不會漏掉每一個角落。電線或地毯的邊緣不會被認(rèn)作是障礙物。小“三葉蟲”的吸刷裝置中裝有一只專利設(shè)計滑輪，可以越過電線或地毯邊緣，不被絆住。電源不足時，小“三葉蟲”會自動回到充電卡座自行充電。如果此時房間還沒有拖地完畢，小“三葉蟲”還有記憶功能，充好電后自己回到原處繼續(xù)吸塵，如圖1-3所示。英國、法國和澳大利亞也都推出過清潔機(jī)器人產(chǎn)品。圖1-3三葉蟲英國Dyson公司最近推出一種型號為DC06的智能吸塵器。這是世界首次開發(fā)研制的

23、全自動“吸塵機(jī)器人”。這種機(jī)器人具有一定的人工智能，只需輕按開關(guān)它就會為你解除每天打掃房間的煩惱。如圖1-4所示，吸塵機(jī)器人形狀呈50厘米長的模型汽車狀，重9.2公斤左右，配置了70多個傳感器，可隨時將發(fā)現(xiàn)的情況告訴由3臺內(nèi)置電腦組成的“大腦”?！按竽X”每秒可發(fā)出16條命令來指揮吸塵器的工作。充電后一按開關(guān),機(jī)器人會在瞬間通過所搭載的三臺小型計算機(jī)和70個傳感器計算出自己所在位置、房間大小及臟亂程度、家具的配置等。要是小孩或狗等外來物體接近吸塵器，它就會自動停止工作。接近樓梯口時，吸塵器會自動采取保護(hù)措施，以防止?jié)L到樓下。使用時，只要打開電源、選好速度、按下“走”鍵，吸塵器就會自動工作，其它程

24、序都由它自己獨(dú)立完成。不過該產(chǎn)品目前價格太高（4000美元左右一臺），要真正推向市場還有相當(dāng)?shù)碾y度，如圖1-4所示。圖1-4智能機(jī)器人DC06澳大利亞的FloorBotics公司最近也研制出可自動行駛并打掃房間的V4型機(jī)器人,如圖1-5所示。這種全自動吸塵器表面光滑，體積很小，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以搜索各種房間里的每一處，不會碰撞家具或其它障礙物。微處理小電腦使它具備在拐至屋角處能探測方向、選擇前進(jìn)路線的能力。只要一放在地面上，全自動吸塵器便可自動開始工作。具搜索雷達(dá)會探測出距離最近的墻壁，先順著墻壁把地板四周的灰塵及異物吸盡，然后再不規(guī)則地來回于房間的其它位置，并且能在接近障礙物之前迅速

25、轉(zhuǎn)向。該吸塵機(jī)器人由于在主機(jī)的周圍360度配備了障礙物傳感器，因此可以在檢測墻壁及障礙物的同時打掃地面。當(dāng)打掃完可以行駛的場所后，機(jī)器人就自動關(guān)閉電源。在經(jīng)過4個小時充電后可以連續(xù)工作1個小時以上，通過更換配件還可以打掃地毯等。不管房間的外形及面積的大小，ARNA導(dǎo)航算法引導(dǎo)機(jī)器人在任何房間的所有無遮掩區(qū)域四處運(yùn)動來進(jìn)行清潔工作。因為機(jī)器人導(dǎo)航沿房間的周圍，所以它要創(chuàng)建自己的空間參考圖，機(jī)器人不需要任何編程“教它應(yīng)該去哪里”。該機(jī)器人操作簡單，僅有三個按鈕：開始、結(jié)束以及暫停。人們只要簡單地將它放置在需要拖地的區(qū)域或房間中（這個機(jī)器人吸塵器很輕，一只手就可以容易拿起它），按下開始按鈕即可，如圖

26、1-5所示。圖1-5V4智能吸塵機(jī)器人2003年11月，三星公司推出一款代號為VC-RP30W的機(jī)器人吸塵器，如圖1-6所示。VC-RP30W主要依靠3D地圖技術(shù)來進(jìn)行定位，并能靈巧地躲避障礙物，能夠快速、高效地對房間每個角落進(jìn)行吸塵。當(dāng)遇到障礙物或者死角等情況，VC-RP30W會自動轉(zhuǎn)向繼續(xù)工作。其強(qiáng)大的智能判斷系統(tǒng)使得VC-RP30W能輕易地分辨出垃圾與其他日常生活用品，機(jī)器人也允許用戶定義它的工作時間及清掃區(qū)域等，從而實現(xiàn)主人不在家時機(jī)器人也能進(jìn)行自動拖地。事實上，用戶除了可以對它本身進(jìn)行設(shè)置以外，還能通過計算機(jī)查看安裝在機(jī)器人前部的攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。整個器人的電池能維持它連續(xù)工作50

27、分鐘，而一旦電池處于即將耗盡的狀態(tài)時它自動回到充電座補(bǔ)充能源，非常地智能化。它回充電站使用的是已經(jīng)生成的3D地圖，而不是像RC3000那樣使用紅外的導(dǎo)航信號。圖1-6三星機(jī)器人VC-RP30W國內(nèi)產(chǎn)品研究狀況在國內(nèi)的一些大學(xué)，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位也對清潔機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究并取得了一些成果，對清潔機(jī)器人相關(guān)技術(shù)如機(jī)器感知、機(jī)器人導(dǎo)航和定位與路徑規(guī)劃、機(jī)器人控制、電源與電源管理、動力驅(qū)動等技術(shù)的研究則更多，這些都為清潔機(jī)器人的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于20世紀(jì)90年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學(xué)合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全方位

28、移動拖地機(jī)器人。該機(jī)器人具有如下特點：采用全方位移動技術(shù)，使機(jī)器人可執(zhí)行對狹窄區(qū)域等死區(qū)的拖地任務(wù)；采用開放式機(jī)器人校制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)硬件可擴(kuò)展，軟件可移植、可繼承，使機(jī)器人作為服務(wù)載體具有更好的功能適應(yīng)性；在擁擠環(huán)境下的實時避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的拖地工作環(huán)境；遙控操作和自主運(yùn)動兩種運(yùn)行方式；吸塵機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)吸塵腔路的自動轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率。浙江大學(xué)于1999年初在浙江大學(xué)機(jī)械電子研究所開始進(jìn)行智能吸塵機(jī)器人的研究，兩年后設(shè)計成功國內(nèi)第一個具有初步智能的自主吸塵機(jī)器人。這種智能吸塵機(jī)器人工作時，首先進(jìn)行環(huán)境學(xué)習(xí)：利用超聲波傳感器測距，與墻保持一定距離行走，在清潔這些角落的同時獲得房間的尺

29、寸信息，從而決定拖地時間；之后，利用隨機(jī)和局部遍歷規(guī)劃相結(jié)合的策略產(chǎn)生高效的拖地路徑；拖地結(jié)束以后，自行回到充電座補(bǔ)充電力60目前，系統(tǒng)正在引入機(jī)器視覺和全局定位功能，力圖在多房間環(huán)境下，提高自定位能力、智能決策能力以及回歸充電效率，最終提高拖地效率。如圖1-7所示。圖1-7國內(nèi)公司生產(chǎn)的機(jī)器人KV8KV8保潔機(jī)器人是今年在市場以低價位賣得比較火的一款產(chǎn)品，也是國內(nèi)首個產(chǎn)品化拖地機(jī)器人。它廣泛用于家庭、辦公和娛樂場所，以及其它一些人員不便進(jìn)入的地方。KV8能夠通過自身的碰撞傳感器來實現(xiàn)隨機(jī)的拖地和碰撞處理，需要人工對其電池進(jìn)行充電，有三種工作模式可以選擇，在啟動時伴有音樂聲。自主充電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)

30、狀在20世紀(jì)40年代末，GreyWalter開發(fā)第一個自主充電的移動機(jī)器人名為：“Tortoises"，這種機(jī)器人具有在神經(jīng)學(xué)研究中向著光線走的行為。Walter還發(fā)明了一個可以充電的小櫥，櫥中有能夠發(fā)射光束的裝置和充電器，并把它當(dāng)作充電站。通過光線束的引導(dǎo)，機(jī)器人來到櫥前通過接觸從而進(jìn)行自主充電。這個系統(tǒng)有如下的特征：(1)機(jī)器人的感知行為：感光；(2)充電站能夠發(fā)出機(jī)器人可以感知的光束；(3)能夠?qū)﹄姵睾统潆娖鬟M(jìn)行具有一定準(zhǔn)確性地對接。1998年，Tsukuba大學(xué)成功開發(fā)出了一款可以自動充電的名為Yamabico-Liv的導(dǎo)游機(jī)器人。通過使用導(dǎo)航系統(tǒng)，該機(jī)器人能夠利用地圖自主導(dǎo)

31、航繞越實驗室的環(huán)境到達(dá)充電站，通過充電站上一些特殊的裝置的作用，實現(xiàn)自主充電7。最近，位于美國的卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的機(jī)器人研究中心也開發(fā)出了一種叫做Sage的導(dǎo)游機(jī)器人，它是從卡內(nèi)基梅隆歷史博物館所使用的導(dǎo)游機(jī)器人NomadXR4000改進(jìn)而來。機(jī)器人Sage通過其所攜帶的CCD攝像頭對標(biāo)識環(huán)境的三維路標(biāo)等進(jìn)行識別和處理，從而自主地尋找充電站實現(xiàn)自動充電。路標(biāo)被直接放于充電站的插座的正上方，通過它的引導(dǎo)，實現(xiàn)機(jī)器人可靠地?？吭陬A(yù)設(shè)的充電位置處，從而實現(xiàn)充電，在插座和插孔中間沒有別的東西。在174天的操作運(yùn)行中，這個機(jī)器人成功地實現(xiàn)135天無故障地運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時，大約每九天就偶爾會要人為地進(jìn)行一些精

32、度校正8。研究的目的和意義吸塵機(jī)器人將移動機(jī)器人技術(shù)和吸塵器技術(shù)有機(jī)地融合起來，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境(地面)的半自動或全自動清潔，替代傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作，近年來已受到國內(nèi)外的研究人員重視。作為智能移動機(jī)器人的一個特殊應(yīng)用，從技術(shù)方面講，智能化自主式吸塵器比較具體地體現(xiàn)了移動機(jī)器人的多項關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性。從市場前景角度講，自主吸塵器將大大降低勞動強(qiáng)度、提高勞動效率，適用于家庭和公共場館的室內(nèi)清潔。因此，開發(fā)自主智能吸塵器既具有科研上的挑戰(zhàn)性，又具有廣闊的市場前景。融合現(xiàn)代傳感器以及機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，本課題旨在開發(fā)一部價格便宜，全區(qū)域覆蓋，能夠充分滿足家庭需求且方便適用的智能家庭拖地機(jī)器

33、人。使它可以替代傳統(tǒng)的家庭人工拖地方式，使家庭生活電氣化、智能化，使科技更好地為人類服務(wù)。設(shè)計的重點和難點由前面的設(shè)計家庭清潔機(jī)器人的工作內(nèi)容和要求，在寬400高100的體積下如何設(shè)計和布置好拖地機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)，吸塵機(jī)構(gòu)和儲存垃圾機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計的重點，機(jī)器人中的關(guān)鍵部分拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計也是本次設(shè)計中的難點所在。因為還要求所設(shè)計的機(jī)器人具有避障功能，所以其外形設(shè)計也應(yīng)該仔細(xì)考慮。拖地后的垃圾如何處理，以及如何布置吸塵設(shè)備也是本次設(shè)計中需要仔細(xì)考慮的問題。2家庭清潔機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)家庭清潔機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)吸塵機(jī)器人系統(tǒng)通常由四個部分組成：移動機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)。移動機(jī)構(gòu)是吸塵機(jī)器人的

34、主體，決定了吸塵器的運(yùn)動空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)。感知系統(tǒng)一般采用超聲波測距儀、接觸和接近覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機(jī)等。隨著近年來計算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，吸塵機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)已具備了堅實的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。吸塵機(jī)器人的控制與工作環(huán)境往往是不確定的或多變的，因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性以及清潔度。用傳感器探測環(huán)境、分析信號，以及通過適當(dāng)?shù)慕７椒▉砝斫猸h(huán)境，具有特別重要的意義。近年來對智能機(jī)器人的研究表明，對于工作在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的自主式移動機(jī)器人，要進(jìn)一步提高其自動化程度，主要依靠模式識別及障礙物識別、實時數(shù)據(jù)傳輸及適當(dāng)人工智

35、能方法，還需要進(jìn)一步開發(fā)全局模型，從而為機(jī)器人獲取全局信息。目前發(fā)展較快、對吸塵機(jī)器人發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、吸塵技術(shù)、電源技術(shù)等。傳感技術(shù)為了讓吸塵機(jī)器人正常工作，必須對機(jī)器人位置、姿態(tài)、速度和系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，還要感知機(jī)器人所處工作環(huán)境的靜態(tài)和動態(tài)信息，使得吸塵機(jī)器人相應(yīng)的工作順序和操作內(nèi)容能自然地適應(yīng)工作環(huán)境的變化。通常采用的傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。其中內(nèi)部傳感器有：編碼器、線加速度計、陀螺儀、磁羅盤等。其中編碼器用于確定當(dāng)前機(jī)器人的位置，線加速度計獲取線加速度信息，進(jìn)而得到線加速度和位置信息；陀螺儀測量移動機(jī)器人的角度、角速度、角加

36、速度以得到機(jī)器人的姿態(tài)角、運(yùn)動方向和轉(zhuǎn)動時運(yùn)動方向的改變等絕對航向信息。外部傳感器有：視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸和接近傳感器。視覺傳感器采用CCD攝像機(jī)進(jìn)行機(jī)器人的視覺導(dǎo)航與定位、目標(biāo)識別和地圖構(gòu)造等；超聲波傳感器測量機(jī)器人工作環(huán)境中障礙物的距離信息和地圖構(gòu)造等。紅外線傳感器大多采用紅外接近開關(guān)來探測機(jī)器人工作環(huán)境中的障礙物以避免碰撞。接觸和接近覺傳感器多用于避碰規(guī)劃。路徑規(guī)劃技術(shù)吸塵機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人所感知到的工作環(huán)境信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，在起始點和目標(biāo)點規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙無碰撞的路徑，并且實現(xiàn)所需拖地區(qū)域的合理完全路徑覆蓋。機(jī)器人路徑規(guī)劃研究開始于20世紀(jì)7

37、0年代，目前對這一問題研究仍舊十分活躍。其主要研究內(nèi)容按機(jī)器人工作環(huán)境不同可分為靜態(tài)結(jié)構(gòu)化環(huán)境、動態(tài)已知環(huán)境和動態(tài)不確定環(huán)境，按機(jī)器人獲取環(huán)境信息的方式不同可以分為基于模型的路徑規(guī)劃和基于傳感器的路徑規(guī)劃。對運(yùn)動規(guī)劃問題，目前有具體的解析算法。但由于解析算法牽涉到復(fù)雜的橢圓積分問題，實現(xiàn)起來依然具有相當(dāng)?shù)碾y度。根據(jù)機(jī)器人對環(huán)境信息知道的程度不同，可以分為兩種類型：環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未知，通過傳感器在線地對機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測，以獲取障礙物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個子問題。其中環(huán)境建模的主要方法有：可

38、視圖法（V-Graph）、自由空間法（FreeSpaceApproach）和柵格法（Grids）等。吸塵技術(shù)真空吸塵器是由高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇在機(jī)體內(nèi)形成真空從而產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，將塵埃和臟物通過吸口吸入機(jī)體內(nèi)的濾塵袋內(nèi)。吸塵系統(tǒng)包括濾塵器、集塵袋、排氣管以及其他一些附件。其吸塵能力取決于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。最近，澳大利亞Jetfan公司又開發(fā)出采用新原理的氣流濾塵器。這個吸塵器是一個全封閉系統(tǒng)，既無外部氣體吸入，也無機(jī)內(nèi)氣體排除，所以就無需濾塵器、集塵袋、排氣管等附件。其原理是利用附壁效應(yīng)去形成低壓渦流氣體，最后將沉渣截留于吸塵器內(nèi)的渦流腔內(nèi)。在英國Dyson公司最近推出的DC06型智能吸塵器中就采用了

39、這種技術(shù)。電源技術(shù)移動電源在吸塵機(jī)器人中的地位十分重要，可以說是它的生命源。移動電源需要同時滿足吸塵機(jī)器人的多種能源需要，如為移動機(jī)構(gòu)提供動力，為控制電路提供穩(wěn)定的電壓和為吸塵操作模塊提供能源等。在這一領(lǐng)域，一般采用化學(xué)電池作為移動電源。理想的電源應(yīng)該能夠在放電過程中保持恒定的電壓、內(nèi)阻小以便快速放電、可充電以及成本低等。但實際上沒有一種電池可同時具備上述優(yōu)點，這就要求設(shè)計人員選擇一種合適的電池，盡可能增加吸塵機(jī)器人的不間斷工作時間。3清潔機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)組成和工作原理本課題要研制一臺結(jié)構(gòu)小巧、靈活，控制簡單、易于實現(xiàn)，初步完成自主移動、自動避障和路徑規(guī)劃任務(wù)的清潔機(jī)器人。整個清潔機(jī)器

40、人由機(jī)械部分和控制系統(tǒng)兩大部分組成。機(jī)械部分包括高強(qiáng)度塑料底盤、外殼、兩個驅(qū)動輪和一個隨動輪。它們是吸塵電機(jī)、清潔刷、電池以及控制系統(tǒng)的載體。機(jī)械結(jié)構(gòu)組成本清潔機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾部分：(1)行走驅(qū)動輪及驅(qū)動電機(jī)。該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動。殼體前端和側(cè)面裝有紅外開關(guān)，作為碰撞檢測傳感器。底面的3個紅外開關(guān)作為臺階檢測傳感器，防止跌落。驅(qū)動輪上裝有光電編碼盤，可以對輪速進(jìn)行檢測和控制，實現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。同時還擴(kuò)展了超聲波傳感器，用于精確定位的需要；(2)拖地機(jī)構(gòu)。用電機(jī)帶動兩個拖地刷，使左面拖地刷順時針轉(zhuǎn)動，右面逆時針轉(zhuǎn)動，這樣就可以在拖地灰塵時將灰塵集中于吸風(fēng)口處，為吸塵機(jī)

41、構(gòu)的工作做準(zhǔn)備；(3)吸塵機(jī)構(gòu)。制造強(qiáng)大的吸力，將灰塵吸入灰塵存儲箱中；移動機(jī)構(gòu)是其它部件的載體，機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分有輪式、履帶式和步行式等。輪式和履帶式機(jī)器人適合條件較好的地面，而步行機(jī)器人則適合于條件較差的路面。本課題研制的自主清潔機(jī)器人工作在環(huán)境較好的室內(nèi)，所以采用輪式移動機(jī)構(gòu)較為適合。輪式移動機(jī)器人一般有三輪、四輪和六輪，移動機(jī)器人若采用三輪結(jié)構(gòu)則比較簡單，能夠滿足一般的需求，應(yīng)用也比較廣泛；四輪的穩(wěn)定性好，承載能力較大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；六輪與四輪類似，只不過有更大的承載能力和穩(wěn)定性。在本課題中，清潔機(jī)器人的重量不是很大，工作條件是室內(nèi)，也不惡劣，三點確定一個平面，三輪理論上也是穩(wěn)定

42、的。但是對負(fù)載有一定的限制，對三輪移動機(jī)器人來說，重心都比較低，載荷穩(wěn)定且中心位置基本不發(fā)生變化，所以采用三輪結(jié)構(gòu)就能滿足要求。三輪轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)通常有兩種方式：(1)較軸轉(zhuǎn)向式：轉(zhuǎn)向輪裝在轉(zhuǎn)向較軸上，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過減速器和機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)控制較軸，從而控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向網(wǎng)。(2)差速轉(zhuǎn)向式：在機(jī)器人的左、右輪上分別裝上兩個獨(dú)立的驅(qū)動電機(jī)，通過控制左右輪的速度比實現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向。在這種情況下，非驅(qū)動輪應(yīng)為自由輪。移動機(jī)器人若采用較軸轉(zhuǎn)向式控制簡單，但精度不是太高；差動轉(zhuǎn)向式控制復(fù)雜，但精度較高?？紤]到本課題清潔機(jī)器人將來作為服務(wù)型機(jī)器人使用，在控制方式上應(yīng)達(dá)到一個較高層次，所以采用差動轉(zhuǎn)向式比較好，并且

43、其運(yùn)動和轉(zhuǎn)向的精度也高一些，以便為以后的避障和軌跡規(guī)劃打下一個良好的基礎(chǔ)。因此本系統(tǒng)的移動機(jī)構(gòu)采用的是三輪差速轉(zhuǎn)向式的，如圖3-1所示。按照上述的移動結(jié)構(gòu)，清潔機(jī)器人采用兩直流電動機(jī)獨(dú)立驅(qū)動左右兩輪的差動方式，控制簡單、精確、易于實現(xiàn)，可以方便地實現(xiàn)吸塵機(jī)器人的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退，以及調(diào)頭等功能，清潔機(jī)器人能夠在任意半徑下，以任意速度實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，甚至可以實現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑(即繞軸中點原地旋轉(zhuǎn))。工作原理本系統(tǒng)的功能模塊關(guān)系如圖3-2所示。清潔機(jī)器人由多個功能模塊共同組成，這幾個模塊共同工作、相互協(xié)調(diào)、相互作用，保證了機(jī)器人能夠順利的進(jìn)行拖地。具體的工作原理如下清潔機(jī)器人的中心是清潔機(jī)器人的CPU

44、,它對其它各個功能模塊進(jìn)行控制。信息采集模塊負(fù)責(zé)采集周圍環(huán)境以及機(jī)器人本身的各種信息。鍵盤模塊和紅外遙控接收模塊可以接收人們對機(jī)器人的控制信息，然后把信息傳給CPU進(jìn)行處理。當(dāng)接收到需要機(jī)器人進(jìn)行拖地工作的信號時，CPU可以通過控制行走機(jī)構(gòu)和清潔機(jī)構(gòu)讓機(jī)器人進(jìn)行工作。在機(jī)器人工作的過程中還可以通過LCD顯示模塊和狀態(tài)指示模塊對機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行時實的顯示。機(jī)器人工作的流程如下：(1)首先可以通過鍵盤或者遙控器啟動清潔機(jī)器人，讓它開始拖地工作。(2)機(jī)器人一旦開始工作，便控制拖地機(jī)構(gòu)進(jìn)行拖地、吸塵機(jī)構(gòu)開始吸塵、擦地機(jī)構(gòu)開始擦地。(3)機(jī)器人開始工作，傳感探測模塊就開始不斷地采集外部信息，送到CPU

45、進(jìn)行分析和決策產(chǎn)生機(jī)器人行走的路徑。(4)當(dāng)路徑規(guī)劃需要機(jī)器人實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的時候。CPU就分別改變左右輪的速度，通過差速來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。(5)工作期間機(jī)器人可以通過LCD顯示一些相關(guān)信息(比如工作模式、工作計時或溫度)。(6)遙控器除了可以控制清潔機(jī)器人的啟停，還可以對機(jī)器人進(jìn)行定時，讓機(jī)器人在一定時間后開始工作或者工作一定時間后停止工作。清潔機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)-I/鍵盤模塊信息采集模塊(清潔機(jī)器1CPUL紅外遙控接收模塊LED顯示模塊狀態(tài)指示模塊圖3-2功能模塊關(guān)系示意圖該機(jī)器人利用安裝的各類傳感器來獲取室內(nèi)環(huán)境以及自身的基本信息，如障礙物的位置、自身走過的距離等；然后根據(jù)獲得的信息，選定相應(yīng)的控制策略；

46、通過以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)進(jìn)行障礙物判斷、避障策略選擇和運(yùn)動行走實施。機(jī)器人面板上有控制其開始/停止工作的按鍵。同時也可以通過遙控來控制，遙控還可以用來對機(jī)器人進(jìn)行定時，LCD實時的顯示定時的倒記時和當(dāng)前的溫度值。3.2清潔機(jī)器人總體設(shè)計機(jī)器人外形設(shè)計根據(jù)家庭清潔機(jī)器人的設(shè)計要求，本次設(shè)計的機(jī)器人應(yīng)該包括拖地機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、垃圾收集處理機(jī)構(gòu)，其中拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計尤為重要。通過在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)資料以及在圖書館查閱的資料，初步把機(jī)器人的外形設(shè)計為長寬均為400mm高為100mm的長方體，但是后來發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)的不合理之處，周邊有棱角的機(jī)器人在躲避障礙物是很不便，非常容易碰到障礙物，而

47、圓形物體則比較容易避開障礙物。因而最終把機(jī)器人的外形設(shè)計為圓盤形，其外部輪廓大體如圖3-3所示。機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)設(shè)計為實現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)彎半徑為0,在機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)中采用兩輪驅(qū)動，兩個驅(qū)動輪對稱分布在拖地機(jī)構(gòu)的后方，兩個輪子和刷子支撐機(jī)體工作和運(yùn)動，這樣設(shè)計既節(jié)省材料，又可以使刷子和地面全面的接觸，從而利于更徹底的拖地。在機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時，通過控制行走機(jī)構(gòu)的兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而控制兩個輪子，通過輪子的前后差速運(yùn)動實現(xiàn)機(jī)體的轉(zhuǎn)彎半徑為003.2.3拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計在拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計中想到了五種方案：(1)電機(jī)帶動斜齒輪1,斜齒輪1帶動斜齒輪2,斜齒輪2帶動斜齒輪3,斜齒輪上的軸連接滾刷，進(jìn)而實現(xiàn)

48、拖地；圖3-4拖地機(jī)構(gòu)一(2)電機(jī)帶動錐齒輪1,錐齒輪1帶動錐齒輪2,由錐齒輪2上的軸連接滾刷,進(jìn)而實現(xiàn)拖地;圖3-5拖地機(jī)構(gòu)二(3)電機(jī)帶動蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個蝸輪的軸上分別接刷子，從而實現(xiàn)拖地;圖3-6拖地機(jī)構(gòu)三(4)電機(jī)帶動蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪,兩個蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸接刷子，從而實現(xiàn)拖地。隹把拳輪電機(jī)帶摘輪圖3-7拖地機(jī)構(gòu)四(5)直流減速電機(jī)，通過電機(jī)軸帶動左邊帶輪，左邊的帶輪通過同步帶帶動拖把軸上的帶輪來帶動拖把軸，右邊的傳動靠齒輪嚙合、帶傳動來帶動右邊拖把旋轉(zhuǎn)。同步喈帶輪圖3-8拖地傳動機(jī)構(gòu)五以上五種方案通過對比以及由設(shè)計的要求所限制，最終選擇方案五為拖地機(jī)構(gòu)其正面

49、結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。圖3-9拖地傳動機(jī)構(gòu)簡圖因為所設(shè)計的機(jī)器人它的體積有限制，在直徑為四百，高為一百的圓內(nèi)要放置有拖地機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、垃圾收集處理機(jī)構(gòu)，同時還得留下放電池、控制中心、觀察中心的地方，而方案一雖然易于安裝，傳動平穩(wěn)，但是斜齒輪所占的面積非常大，如果選用它，則會占用大量的空間，使其它幾個單元有些部分將放置不下，從而超出所要設(shè)計的尺寸，因而否定了這種方案；方案二中，錐齒輪傳動不如斜齒輪平穩(wěn)，同時錐齒輪一所占的體積也比較大，而拖地機(jī)構(gòu)又是本次設(shè)計中最重要的部分，因而選用錐齒輪的弊端也很大，所以經(jīng)過計算及各個機(jī)構(gòu)總體布局的綜合考慮，舍棄了方案二；方案三中通過電機(jī)帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，再

50、有蝸桿帶動其兩端的蝸輪，由蝸輪上的軸帶動固定在其上的刷子旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了拖地的目的。為了使機(jī)器人的外壁在靠近墻邊時刷子能夠掃到墻壁的邊緣，同時使它在拖地過程中沒有工作盲區(qū)，開始設(shè)計時用兩個直徑都為150mm的刷子，這樣的話，蝸輪和蝸桿的中心距就必須為75mm,而在這種中心距的情況下，蝸輪蝸桿的尺寸都比較大，雖然能夠放置下，但是蝸輪蝸桿這個裝置就顯得比較笨重，所占的重量很大，這就加重了機(jī)器的人的總重量，因而這種方案也不是很合理；最后在方案三的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了方案四。方案四中通過兩邊加皮帶輪這個結(jié)構(gòu)縮小了蝸輪蝸桿的中心距，從而減小了機(jī)器的總重量，但是考慮到蝸輪蝸桿為非標(biāo)準(zhǔn)件，制造安裝較復(fù)雜，所以考慮應(yīng)

51、用方案五。方案五兼顧了方案四的優(yōu)點，制造安裝方便，因而選擇方案五為本次設(shè)計的拖地機(jī)構(gòu)。4吸塵部分的設(shè)計一般吸塵器的原理和結(jié)構(gòu)吸塵器的工作原理是：利用電動機(jī)帶動葉片高速旋轉(zhuǎn)，在密封的殼體內(nèi)產(chǎn)生空氣負(fù)壓，吸取塵屑。吸塵器的原件：所有吸塵器都配有一個組裝刷頭，供清理地板及地毯是用。吸力式吸塵器還會配備一系列的清潔刷及吸嘴,以便清掃角落、窗簾、沙發(fā)和縫隙用。喉管：所有吸力式的吸塵器都會裝備硬喉管，用來連接清潔用的軟喉管及附件。電動刷：內(nèi)式吸塵器的清潔頭，是混合式吸塵器特別有的配件。圓刷頭：也較小吸嘴，可做360度回轉(zhuǎn)，方便清潔家具、精細(xì)網(wǎng)織物等。扁吸嘴又稱縫隙吸嘴，是一支細(xì)長、扁平的硬吸嘴。特別適用于

52、清潔墻邊、輻射式暖片、角落及淺窄地方。掃塵刷：用長而軟的鬃毛制成，適用于清潔窗簾、墻壁等。吸塵器主要由起塵、吸塵、濾塵三部分組成，一般包括用激整流子電動機(jī)、離心式風(fēng)機(jī)、濾塵器（袋）和吸塵附件。一般吸塵器的功率為400-1000W或更高，便攜式吸塵器的功率一般為250W及其以下。吸塵器能除塵，主要在于它的“頭部”裝有一個電動抽風(fēng)機(jī)。抽風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上有風(fēng)葉輪，通電后，抽風(fēng)機(jī)會以每秒500圈的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生極強(qiáng)的吸力和壓力，在吸力和壓力的作用下，空氣高速排出，而風(fēng)機(jī)前端吸塵部分的空氣不斷地補(bǔ)充風(fēng)機(jī)中的空氣，致使吸塵器內(nèi)部產(chǎn)生瞬時真空，和外界大氣壓形成負(fù)壓差，在此壓差的作用下，吸入含灰塵的空氣?；覊m等雜物依次

53、通過地毯或地板刷、長接管、彎管、軟管、軟管接頭進(jìn)入濾塵袋，灰塵等雜物滯留在濾塵袋內(nèi)，空氣經(jīng)過濾片凈化后，再由機(jī)體尾部排出。吸塵結(jié)構(gòu)的設(shè)計本文設(shè)計吸塵器的吸塵部位，主要由吸嘴、吸管、儲塵箱、電動風(fēng)機(jī)等部位組成。從外界吸進(jìn)的灰塵和垃圾首先到達(dá)吸塵部，吸塵部的功能主要是使吸進(jìn)的高速氣流通過過濾網(wǎng)，濾出垃圾和灰塵。過濾網(wǎng)不僅僅能擋住較大顆粒的垃圾，而且能阻止細(xì)小的塵埃通過，性能好的過濾網(wǎng)，排出的灰塵在直徑5微米以下，此外，過濾網(wǎng)的透氣性好，能長時間過濾而不被堵塞，使電機(jī)得到充分的冷卻，其基本結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，灰塵通過吸塵器的吸嘴進(jìn)入到吸塵器吸管，而后經(jīng)過過濾網(wǎng)的過濾，沉積在儲灰箱里，氣流由電動風(fēng)機(jī)吸

54、入口吸入，而后排出。圖4-1吸塵器結(jié)構(gòu)簡圖選擇吸塵器的風(fēng)機(jī)吸塵器的風(fēng)機(jī)采用車用吸塵器的風(fēng)機(jī)，具型號為FVC-BS112,特點：采用旋風(fēng)氣流技術(shù)，大風(fēng)葉，吸力強(qiáng)勁，裝有防振膠圈，防振效果好，其重量輕，吸塵功率為100W左右，能滿足家用的要求，具安裝通過吸塵器機(jī)殼的定位孔固定，由橡膠密封圈進(jìn)行密封，后面由風(fēng)機(jī)固定板進(jìn)行壓緊，在機(jī)殼的后面留有一些排風(fēng)口，便于風(fēng)機(jī)的工作，電動風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生很大的震動，因此，風(fēng)機(jī)固定板應(yīng)該用一些能夠減震的材料，向泡沫等，為了儲塵箱能夠方便取出，所以設(shè)計吸塵口和出口在同一方向，有利于儲塵箱順利取出。風(fēng)機(jī)有密封罩，有封閉的電機(jī)罩降噪效果好。因為電機(jī)產(chǎn)生的噪聲會很容易穿

55、透吸塵器外殼，造成噪聲污染；全密封的電機(jī)罩還能保證電機(jī)產(chǎn)生的熱量不會影響到其他電器件，延長整機(jī)的壽命。吸塵器的處灰箱一般為23L,多功能吸塵器的儲灰容量設(shè)計為1.5L,其完全能夠滿足家用地面的清潔。在吸塵機(jī)構(gòu)的設(shè)計中將風(fēng)扇固定在垃圾儲藏室后壁上，在風(fēng)扇上罩一個薄壁腔。在薄壁腔上方開一個圓孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲藏室上壁開兩個小長方孔，在方孔下加上一個隔塵罩。（其大體圖形如圖4-1所示）通過風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)帶動垃圾儲藏室內(nèi)的空氣流動，又通過儲藏室內(nèi)的管腔將刷子拖地引起的塵土吸附進(jìn)來，帶塵土的空氣通過防塵罩將塵土擋到垃圾儲物室內(nèi)，較干凈的空氣則通過吸塵室上壁腔的圓孔排帶大氣中去。從而實現(xiàn)吸塵的目的

56、。垃圾收集處理機(jī)構(gòu)設(shè)計在對垃圾收集處理機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，開始想用如圖下所示的結(jié)構(gòu)作為垃圾收集擋板。告輪電機(jī)王一站1她2±n垃城收集檔根圖4-2吸塵器原理通過電機(jī)帶動和電機(jī)相連的小齒輪，小齒輪通過帶動和其配對的大齒輪帶動軸2旋轉(zhuǎn)，從而使軸2另一端上固定的大齒輪帶動和其相連的小齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使垃圾收集擋板作揚(yáng)起動作，將垃圾倒入其后面的垃圾儲藏室。垃圾收集擋板的揚(yáng)起放下動作通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制。但是此種結(jié)構(gòu)所占的空間比較大，如圖4-3所示設(shè)計的家庭清潔機(jī)器人空間有限，不允許用這種結(jié)構(gòu)，因為如果采用此種結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致其它一些機(jī)構(gòu)無法放置，因而此種方案不可行。后來將垃圾收集和儲倉的機(jī)構(gòu)設(shè)置如圖4-1所示。垃圾儲藏室安放在機(jī)體的最后邊，其前端用銷釘連接一個可以繞著銷釘旋轉(zhuǎn)的垃圾收集擋板，擋板用厚度為1mm鋼板制成，表面光滑，旋轉(zhuǎn)的刷子可以將垃圾直接通過垃圾收集擋板掃到垃圾儲物室里，在儲物室末端，做一個和儲物室相匹配的拉門，具上端用螺釘從外壁擰入掛住在里邊，當(dāng)準(zhǔn)備倒垃圾時，將螺釘擰下來，抽出拉門，傾斜機(jī)體即可倒出垃圾。因為拖地部分是家庭清潔機(jī)器人的最重要的部分，整個機(jī)體的大半質(zhì)量都集中在這一部分。為了減輕機(jī)器的質(zhì)量，使其在使用時更方便一些，將這一部分單獨(dú)設(shè)計一個固定件固定