【正文】 在機(jī)器人前部的攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。該機(jī)器人具有如下特點(diǎn)：采用全方位移動(dòng)技術(shù)，使機(jī)器人可執(zhí)行對狹窄區(qū)域 等死區(qū)的清掃任務(wù)；采用開放式機(jī)器人鉸制結(jié)構(gòu)，實(shí)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(shí)時(shí)避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的清掃工作環(huán)境；遙控操作和自主運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)行方式；吸塵機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)吸塵腔路的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率。更大房間的清掃試驗(yàn)還沒有進(jìn)行。 KV8 能夠通過自身的碰撞傳感器來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的清掃和碰撞處理，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(dòng)時(shí)伴有音樂聲。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。行走驅(qū)動(dòng)部分是吸塵機(jī)器人的 主體，決定了吸 塵器的運(yùn)動(dòng)空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)。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：傳感器技術(shù)、環(huán)境建模、定位、路徑規(guī)劃技術(shù)。外傳感器負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)外部信息，包 括 CCD視覺傳感器、激光雷達(dá)、超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸和接近傳感 器。但是圖象處理的數(shù)據(jù)量大，算法復(fù)雜，特征提取和深度信息 回復(fù)困難，所以在機(jī)器人視覺方面的應(yīng)用還是有限的。 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(dòng)態(tài)已知環(huán)境和動(dòng)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。全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑 搜索策略兩個(gè)子問題。其吸塵能力取決于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。在英國 Dyson 公司最近推出的 DC06 型智能吸塵器中就采用了這種技術(shù)。銅線電機(jī)有耐高溫、壽命長、單次操作時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)，但價(jià)格較鋁線比較高；鋁線電 機(jī)有著價(jià)格低廉的特點(diǎn)，但是耐溫性較差、熔點(diǎn)低、壽命不及銅線長。 4．保護(hù)措施：無塵袋保護(hù)、真空度過高保護(hù)、抗干擾保護(hù)（軟啟動(dòng)）、過熱保護(hù)、防靜電保護(hù)。 移動(dòng)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。但實(shí)際上沒有一種電池可同時(shí)具備上述優(yōu)點(diǎn) ,這就要求設(shè)計(jì)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(shí)間。因而最終把機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)為直徑為 300mm 的圓盤形，其外部輪廓大體如圖 所示 圖 機(jī)器人外形 行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 為實(shí)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(dòng)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪對稱分布在清掃機(jī)構(gòu)的后方，兩個(gè)輪子和刷子支撐機(jī)體工作和運(yùn)動(dòng)，這樣設(shè)計(jì)既節(jié)省材 9 料，又可以使刷子和地面全面的接觸，從而利于更徹底的清掃。 吸塵機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)樗O(shè)計(jì)的機(jī)器人它的體積有限制，在直徑為三百，高為一百五十的圓內(nèi)要放置有行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)，同時(shí)還得留下放電池、控制中心。 13 蝸輪蝸桿的選擇 （ 1）因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所用的蝸桿和蝸輪是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功率的輸入部分，是機(jī)器人結(jié)構(gòu)中最重要的部分，所以選蝸桿軸材料為 40Cr，表面淬火，硬度 45～ 50HRC, 蝸輪齒圈材料為 ZcuSn10Pb1,金屬模鑄造 確定許用應(yīng)力：應(yīng)力循環(huán)次數(shù) hljnN 260? ， j 嚙合次數(shù)， n2蝸輪轉(zhuǎn)速， lh 壽命 00 020 6160 ??????N 查表得： 230?OH? MPa； 90?OF? MPa 194* ?? OHNH Z ?? MPa； ?? ? OFNF Y ?? 52 MPa （ 2） 確定 Z1， Z2 根據(jù)傳動(dòng)比 I=，參考 《機(jī)械設(shè) 計(jì)》參數(shù)表，取 Z1=4,Z2=29 （ 3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》確定基本參數(shù)： ?AK ； 1??K ； ??K ???? ?? KKKK A hiTT ??? 12 ?，當(dāng) Z1=4 時(shí)， h=~，取 h=；代入①式得 hiNPT ???? 1162 9 3 8 0 0 6 ?????? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》得： MPaZE 155? ，代入強(qiáng)度公式得 11219429 22212 2 ??????? ??????? ???????? HEZ ZKTdm ?㎜ 3 按接觸強(qiáng)度要求 11212 ?dm ，查表選取 2?m ， 181?d ㎜ ， 41?z ， ?q ， 292?z ， 14 39。 （ 5）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和剛度 ? ? 212 22 ?? FbFaF zdm YYKT ?? ? 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) c os22 ?? ?zzv，查得齒形系數(shù) ?FaY ； 則??? 1201 ??Y=， 代入①中 ? ?FF M Pa ?? ?? ，滿足要求。因?yàn)槲仐U傳動(dòng)的效率主要取決于嚙合效率，而蝸桿分度圓導(dǎo)程角對嚙合效率其主要影響，導(dǎo)程角大于 30 度以后嚙合效率增加不顯著且蝸桿加工也較困難，所以本設(shè)計(jì)中蝸桿導(dǎo)程角小于 30 度，同時(shí)減小了中心距進(jìn)而減小了蝸桿的直徑，從而提高了嚙合效率，因而進(jìn)一步提高了蝸桿的傳動(dòng)效率。堿性錳電池適合于大電流放電，放電容量很大，尺寸與干電池相同，具有互換性。銀鋅電池是現(xiàn)有二次電池中輸出功率最大、能量最高的電池，自放電速度慢，機(jī)械強(qiáng)度高，可短期超負(fù)荷放電，放電電壓平穩(wěn)，但價(jià)格貴、充電時(shí)間長、壽命短、充電次數(shù)少。 清掃機(jī)構(gòu)中蝸桿上軸承壽命計(jì)算 （ 1）軸承壽命公式： ???????? PCnLh 60106 16 其中： P為當(dāng)量動(dòng)載荷 ?為壽命指數(shù)，球軸承， 3?? 滾子軸承 310?? n軸承轉(zhuǎn)速 r/min C基本額定動(dòng)載荷，查表的 ??C （ 2）計(jì)算角接觸軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 公式： ? ?arp YFXFfP ?? 其中： X為徑向載荷系數(shù)； Y為軸向載荷系數(shù) 軸向受力如圖所示 圖 軸承受力圖 經(jīng)計(jì)算解得 Fr= Fa= N 由已知條件可知，軸承是關(guān)于蝸輪對稱的，所以左右距離相等，所以軸承所受的徑向載荷 ?? RR N，又因?yàn)檩S的重力作用在軸承上，軸承大約承受 ，所以 ???? RR 派生軸向力 ??? YRSS N 17 又因?yàn)?0 4 6 6 1 1 4 6 ????? aFS N，所以軸承 1 被壓緊，軸承 2 被放松，軸向載荷 ?A , ?A 21 AA? ,校核軸承 1 即可， eRA ? ? 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 135， 136 得， 1?X ， 0?Y ， 1?pf )( ??? YRXFfP rp 所以 156 6010 ??????????PCnL h，符 合要求 蝸輪軸的校核 軸上能使產(chǎn)生彎距的力有 trFF, , ?rF N， ?tF N ，兩個(gè)力在互相垂直的兩個(gè)平面上， L=62mm， d=20mm 如圖 所示 圖 受力示意圖 18 彎矩圖如 所示 圖 彎矩圖 2 5 8 ????? LFM rr 2 3 2 1 ????? LFM tt 所以，合成彎矩 ??? tr MMM 3233 ????? dMWM?? MPa 軸的材料為 45鋼調(diào)質(zhì)，查表，得 ? ???? ，所以符合強(qiáng)度要求。因此 ,建立 CCD 視覺系統(tǒng) , 融合多種傳感器進(jìn)行定位和環(huán)境建模 ,實(shí)現(xiàn)全局路徑規(guī)劃 ,將是一個(gè)重要的研究方向 .同時(shí) ,算法必須考慮系統(tǒng)的處理速度、存儲(chǔ)空間的限制。因此 ,只要生產(chǎn)成本兼顧到日用電器批量大、價(jià)格低的特點(diǎn) ,吸塵機(jī)器人將具有誘人的市場前景 ,有關(guān)資料也預(yù)測吸塵機(jī)器人是未來幾年需求量最大的服務(wù)機(jī)器人。