【正文】 KV8 保潔機(jī)器人虛擬墻工作原理 KV8 保潔機(jī)器人虛擬墻在開啟之后會在左右各 ，向前 米處發(fā)射紅外線， KV8 機(jī)器人機(jī)身上的 21 個(gè)紅外感應(yīng)頭在接觸到由虛擬墻發(fā)射出來的紅外線后，就不會繼續(xù)前 進(jìn)，進(jìn)入到該區(qū)域內(nèi)打掃。 圖 16 KV8 經(jīng)過 20多年的發(fā)展，我國清掃機(jī)器人的研究取得了長足的進(jìn)步，在單體平臺和總體技術(shù)水平與性能上，已接近或部分超越國際水平，然而與西方發(fā)達(dá)國家相比，無論是研究規(guī)模、投資強(qiáng)度、技術(shù)水平還是成果應(yīng)用程度與效益等方面，都存在明顯的差距，因此還有更多的工做需要去做。 第二章 清掃機(jī)器人移動系統(tǒng) 對清掃機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的研究涉及機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)問題?？刂葡到y(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 的輸入量也需要從對機(jī)器人運(yùn)動學(xué) 、動力學(xué)建模分析得到的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出 。傳感測量系統(tǒng)也是建立在一定結(jié)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)之上。因此，盡管輪式移動機(jī)器人發(fā)展到今天，機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但針對具體的應(yīng)用，研究人員的新型結(jié)構(gòu)的開發(fā)從未停止。 清掃機(jī)器人的要求 基本要求 （ 1）需要自帶電源，小巧輕便，操作簡單，自主性好，實(shí)用性強(qiáng) （ 2）工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境，也可以用于機(jī)場候機(jī)大廳，展覽館，圖書館等公共場所。環(huán)境的共同特征為有限的封閉空間，平整的地板以及走動的人員，因此可以歸結(jié)為負(fù)責(zé)多變，結(jié)構(gòu)化得動態(tài)環(huán)境。所以環(huán)境 適應(yīng)性是對此類機(jī)器人的基本要求。 （ 3）任務(wù)主要是清掃地面和地毯，工作的對象是地面的灰塵，紙屑以及其他一些小尺寸物體，而大尺寸物體不作為吸塵機(jī)器人的處理對象?？紤]到安全因素，吸塵機(jī)器人必須對人及家庭物品等不構(gòu)成任何危害，同時(shí)吸塵機(jī)器人還必須具備自我保護(hù)的能力。 （ 1）設(shè)計(jì)傳動與轉(zhuǎn)動過程中的機(jī)械零件 （ 2）熟悉單片機(jī)技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用 （ 3）熟練掌握 CAD 機(jī)器人的基本參數(shù) （ 1）路況為平整、堅(jiān)硬地面，車速不低于 （ 2）車體尺寸不大于 L179。 W179。 H=500179。 500179。 500mm （ 3）車體離地間隙不低于 40mm （ 4）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)靈活可靠 （ 5）相互運(yùn)動部分應(yīng)設(shè)潤滑及密封裝置 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 系統(tǒng)方案比較與論證 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、尋跡傳感器系統(tǒng)、電動機(jī)、清掃系統(tǒng)及驅(qū)動系統(tǒng)等構(gòu)成。方框圖如圖 21 圖 21 清掃機(jī)器人各部分組成方框圖 車身設(shè)計(jì) 方案 1：購買玩具電動車。購買的玩具電動車具有組裝完整的車架車輪、電機(jī)及其驅(qū)動電路。但是一般的說 來，玩具電動車具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動車由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動車一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn) 90 度甚至 180 度的彎角。再次，玩具電動車的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動車一般都價(jià)格不扉。因此我們放棄了此方案。 方案 2：自己制作電動車。經(jīng)過反復(fù)考慮論證，制定了左右兩輪分別驅(qū)動，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū) 動，前后裝兩個(gè)萬向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動車電源系統(tǒng) 主控系統(tǒng) 鍵盤顯示子系統(tǒng) 遙控子系統(tǒng) 里程計(jì) 浮動，過流和邊緣檢測 地面光敏檢測 傳感器系統(tǒng) 吸塵子系統(tǒng) 行走驅(qū)動子系統(tǒng) 毛刷電機(jī) 吸塵電機(jī) 返回充電站路徑規(guī)劃算法 路徑覆蓋算法 碰撞檢測 塵倉紅外檢測 右輪電機(jī) 左輪電機(jī) 執(zhí)行電機(jī)部分 傳感器部 分 職能軟件部分 輸入輸出部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車坐標(biāo)不變的 90度和 180度的轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)并不把兩個(gè)萬向輪裝在一個(gè)平面上。當(dāng)小車前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動輪與前萬向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過低而使左右兩驅(qū)動輪驅(qū)動力不夠的情況。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。 對于車架材料的選擇，經(jīng)過比較選擇了鋁合金。用鋁合金做的車架比塑料車架更加牢固，比鐵制小車更輕便，美觀。 綜上考慮，我們選擇了 方案 2. 電源系統(tǒng) 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 方案 1：采用 24V 蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過于龐大，在小型電動車上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案 2：采用 2 節(jié) 12V 可充電式鋰電池串聯(lián)共 24V 給直流電機(jī)供電，經(jīng)過 7805 的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器和舵機(jī)供電。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。因此我們放棄了此方案。 方案 3：采用 2 節(jié) 12V 可充電式鋰 電池為直流電機(jī)供電，用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)過 7805 的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。再用 2 節(jié)鋰電池經(jīng)另一套 7805 電壓變換電路為舵機(jī)供電。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿足系統(tǒng)的要求。 綜上考慮，選擇了方案 3。 電機(jī) 本系統(tǒng)為智能電動車，對于電動車來說，其驅(qū)動輪的驅(qū)動電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題要實(shí)現(xiàn)對路徑的準(zhǔn)確定位和精確測量，我們綜合考慮了一下兩種方案。 方案 1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實(shí) 現(xiàn)小車前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。 方案 2：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動機(jī)提供原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，可畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 以產(chǎn)生大扭力。 方案 2對小車來說是最佳的選擇。 電機(jī)驅(qū)動 方案 1：采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動芯片。 L298N 是一個(gè)具有高電壓大電流 的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 方案 2：對于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 因此我們選用了方案 1。 輪式機(jī)構(gòu) 方案 1：二輪移動機(jī)構(gòu)一般驅(qū)動輪與電機(jī)直接相連 , 通過對電機(jī)的控制改變兩個(gè)輪子的速度來達(dá)到轉(zhuǎn)向的功能 , 左右車輪處于同一平面內(nèi) , 以此來達(dá)到平衡，安裝時(shí)要確保兩驅(qū)動輪的軸 線處于同一前后位置上 , 操作起來很容易 , 只要在向驅(qū)動輪安裝架鉆孔時(shí)事先做好標(biāo)記就可以了 。 方案 2：四輪移動機(jī)構(gòu)：四輪機(jī)構(gòu)和全方位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向比較復(fù)雜 , 四輪式移動機(jī)構(gòu)是典型的汽車運(yùn)動的主要構(gòu)成部分 , 一般分為三種轉(zhuǎn)向方式 : 它們分別是兩前輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向、兩后輪驅(qū)動轉(zhuǎn)向和四輪互相配合轉(zhuǎn)向 , 車輪的連接比較復(fù)雜 , 不適合一般的家用機(jī)器人移動 , 而且造成機(jī)器人結(jié)構(gòu)繁瑣 。 全方位移動機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行任意的定位和定向 , 雖然它可以使機(jī)器人更加靈活地運(yùn)動 , 有著顯著的優(yōu)越性 , 但它同四輪機(jī)構(gòu)一樣甚至比四輪機(jī)構(gòu)更具復(fù)雜性 和難度。 方案 3：三輪式移動機(jī)構(gòu) : 三輪式移動機(jī)構(gòu)一般在兩輪式的基礎(chǔ)上增加一個(gè)萬向輪或驅(qū)動輪 , 有兩種驅(qū)動方式 , 它們分別是兩后輪驅(qū)動 , 前輪導(dǎo)向和前輪作為驅(qū)動輪 , 而兩后輪為轉(zhuǎn)向輪 , 用一根軸連在一起。當(dāng)兩后輪驅(qū)動時(shí) , 主動力輪分開置于機(jī)體左右兩側(cè) , 支撐點(diǎn)處應(yīng)用萬向輪 , 但考慮到萬向輪自身存在轉(zhuǎn)彎半徑 , 為了保持在轉(zhuǎn)彎過程中機(jī)器人整體的幾何中心不會偏移太大 , 而造成轉(zhuǎn)彎后丟線 , 所以兩個(gè)支撐輪的自身摩擦阻尼應(yīng)該足夠小 , 采用這種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)后 , 機(jī)器人可以做到 0 半徑 (幾何中心不變 ) 的 360 度自由 轉(zhuǎn)向。根據(jù)機(jī)器人完成指定任務(wù)要求 , 機(jī)器人必須具備轉(zhuǎn)向靈活 , 轉(zhuǎn)彎半徑盡可能小 , 即轉(zhuǎn)向過程中機(jī)器人本身幾何中心偏移量盡可能小 , 因此選擇三輪式作為機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu) , 在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候 , 由左、右輪進(jìn)行差動轉(zhuǎn)彎。進(jìn)行兩輪反向差動轉(zhuǎn)向可以使機(jī)器人幾何中心保持不動 , 不會影響轉(zhuǎn)彎后的運(yùn)動軌跡 , 完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 求。 綜合上述三個(gè)方案的比較以及清掃機(jī)器人的實(shí)際工作情況，采用的是方案 3的思想，將 2 個(gè)驅(qū)動輪放在兩側(cè)，前后各有一個(gè)萬向輪，這樣就保證了即使在任何一個(gè)輪子發(fā)生意外都能保證機(jī)器人不會發(fā)生翻到的情況發(fā)生。 最終方案 經(jīng)過反復(fù)論證，最終確定了如下的方案 (1)車體用鋁合金車架手工制作。 (2)采用 2節(jié) 12V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電 (3)采用直流電機(jī) (4)采用專用芯片 L298N 作為電機(jī)驅(qū)動芯片 （ 5）采用二個(gè)驅(qū)動輪兩側(cè)驅(qū)動，前后各置一個(gè)萬向輪 第三章機(jī)械傳動的設(shè)計(jì) 電動機(jī)的選擇 整體重量 1）電動機(jī)選取 ZYT型永磁直流電動機(jī)，由表 ，其最大質(zhì)量不超過 8kg 2） 2節(jié) 12V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，由表 ，質(zhì)量為 3）機(jī)器人的基本骨架都是用鋅鋁合金，其密度ρ在 3/ cm?? 壁厚 l1=1/6inc=179。 1/6=,去 l1= 假設(shè)機(jī)器人的模型為圓柱形， 500179。 500179。 500 mm離地間隙初步估計(jì)為 50mm 根據(jù) h4 3dV ?? ? ?? ? ? ? 3221 ?????? ? 壁厚 l=1/4inc=179。 1/4=, 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 取 l= 2hd4V ?? 取 d=40cm， 則 h=， 取 h=16cm ? ?? ? 3222 ????? ? 3210 4 6 0 7 5 7VVV ????? 1 4 1 4 6 00 ????? ? 4）存儲罐中存儲的主要是一些灰塵及紙屑，預(yù)估記能存儲的雜物質(zhì)量為 10kg 5）軸類元件選取材料 45剛（調(diào)質(zhì)），預(yù)計(jì)重量為 5kg 6）其他電器元件多數(shù)為輕質(zhì)材料，預(yù)計(jì)重量為 20kg 綜上所述，整個(gè)機(jī)器人預(yù)計(jì)總質(zhì)量 m=50kg 參數(shù)計(jì)算 車輪直徑 300mm，速度 v,取 v=由于摩擦系數(shù)，機(jī)械效率等隨條件的變化不同，所以對電機(jī)的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算只能是估算。 設(shè)減速電機(jī)輸出輪應(yīng)具有的最高轉(zhuǎn)速為 n (r/min) m i n/ 6015060n rdv ?????? ? 設(shè)路面的平均摩擦系數(shù) f=，機(jī)器人的最大加速度 2m ax /1 sma ? ，由于路面的摩擦系數(shù)會產(chǎn)生變化及各種原因的影響，設(shè)可靠性系數(shù) k= 則有阻力 ? ? ? ? g ????????? 轉(zhuǎn)矩 cmN300212DFTm a x ????? 功率 W60FvPd ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 查表 31 表 31 選取 110ZYT05型號的電動機(jī) 減速器的