【正文】 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(wú)遮掩區(qū)域四處運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行清潔工作 ， 因?yàn)闄C(jī)器人導(dǎo)航沿房間的周圍， 所以它要?jiǎng)?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(jiǎn)單，僅有三個(gè)按鈕：開(kāi)始，結(jié)束以及暫停。該機(jī)器人清掃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(shí)間的 倍，可清掃房間地板的 92％ 93％，機(jī)器人利用光及超聲波的測(cè)距傳感器及感應(yīng) 傳感器來(lái)避開(kāi)障礙 物，機(jī)器人的內(nèi)置回轉(zhuǎn)傳感器用來(lái)控制行走姿勢(shì)以保持既定的行進(jìn)方向， 但在地毯上行走時(shí) ， 如果不采取措施則會(huì)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 自舵?zhèn)鞲衅?，可以檢測(cè)出由于地毯花紋影響而產(chǎn)生的行進(jìn)方自偏差，由此即 使在鋪有地毯的地板上也能夠直線前進(jìn)。小“三葉蟲(chóng)”的吸刷裝置中裝一只專利設(shè)計(jì)滑輪， 可以越過(guò)電線或地毯邊緣不被絆住 ?，F(xiàn)結(jié)合國(guó) 內(nèi)外的文獻(xiàn)將清掃機(jī)器人及其自動(dòng)充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀闡述如下 ： their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX4 國(guó)外產(chǎn)品研究狀況 對(duì)于機(jī)器人大家可能不會(huì)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(duì)于家庭機(jī)器人我們所了解的卻相當(dāng)?shù)纳俣毡練W美等國(guó)家的研究則比較領(lǐng)先， 在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，早已開(kāi)始采用服務(wù)機(jī)器人的清掃工作， 有的都已經(jīng)投入市場(chǎng)，在實(shí)際中投入使用。s living standards continue to improve, both from the landscaping, energy conservation and efficiency, and from the perspective of people spiritual life need, the overall progress of cleaning industry has been and is bee indispensable driving force, the market economy development socially significant contributions to environmental causes. Cleaning robot is also called intelligent vacuuming robot or automatic vacuum cleaner, it involves knowledge such as machinery, electronics and puter, mobile robot technology and clean technology integration, the imitation of human body cleaning action of hightech products. It not only saves labor resources， but also solve the human in the plex can39。 服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)滲透了我們的生活、工作和經(jīng) 濟(jì) 各 方面，并且起到了很大的作用。清掃機(jī)器人是當(dāng)今服 務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)研究方向。論文文字通順，該設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 家用清掃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 2021962923＿＿＿＿ 姓 名： ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 指導(dǎo)教師： ＿＿＿＿＿＿＿＿ 完成日期： 2021 年 5月 20日 ＿＿＿＿ their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX 全套圖紙，加 153893706 湘潭大學(xué)興湘學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 論文（設(shè)計(jì)）題目： 家用清掃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2021962923 姓名： 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 系主任： 一、主要內(nèi)容及基本要求 主要內(nèi)容：家用清掃機(jī)器人 的動(dòng)力源是 電動(dòng)機(jī) ， 通過(guò)電機(jī)連接 蝸桿 轉(zhuǎn)動(dòng) 從而能帶動(dòng)蝸輪 轉(zhuǎn)動(dòng) ，再通過(guò)帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳導(dǎo)到清掃機(jī)構(gòu)的皮帶輪上，然后通過(guò)皮帶輪帶動(dòng)清掃軸轉(zhuǎn)動(dòng)，清掃軸轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí) 帶動(dòng)底部 直接聯(lián)動(dòng)的 兩 毛刷 反向向內(nèi) 旋轉(zhuǎn)， 將灰層 集中于吸口處 ， 并由吸口吸入，清掃機(jī)器人的清掃吸 由一個(gè)電機(jī)傳動(dòng)的風(fēng)扇提供，灰塵 被吸到垃圾儲(chǔ)藏盒中，只要將垃圾儲(chǔ)藏盒取出，即可完成垃圾的清理。 論文立論正確，論述比較充分，整體結(jié)構(gòu)尚可；設(shè)計(jì)與計(jì)算科學(xué)，技術(shù)用語(yǔ)準(zhǔn)確，圖紙完備，引文規(guī)范。服務(wù)機(jī)器人的研究和發(fā)展對(duì)我們的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很多的影響。近年來(lái)隨著科技和社會(huì) 的不斷進(jìn)步和發(fā)展，已受到國(guó)內(nèi)外的重視，成為服務(wù)性機(jī)器人一個(gè)新的研究方向 ，也成為目前家用電器領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的熱門(mén)研發(fā)課題。s Daily food and clothing live line. Today, human39。吸塵機(jī)器人的發(fā)展，帶動(dòng)了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，也促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù) 、圖像和語(yǔ)音識(shí)別、傳感器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 ， 本次設(shè)計(jì)的題目《家庭清掃 機(jī)器人》就是在這種背景下提出的，其具體設(shè)計(jì)要求如下 ： 設(shè)計(jì)家庭清潔機(jī)器人的工作內(nèi)容和要求： 運(yùn)行機(jī)構(gòu)形式： 滾 輪式 最高行進(jìn)速度： ／ s 高度 :100mm 寬度 :400mm 清潔方式： 掃刷、吸塵 一次充電連續(xù)工作時(shí)間： 小時(shí) 具有自動(dòng)路徑規(guī)劃避障功能 具有 自動(dòng)充電裝置 國(guó)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(dòng)機(jī)器人實(shí)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 ， 吸塵機(jī)器人的發(fā)展帶動(dòng)了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展 ， 也促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)圖像和語(yǔ)音識(shí)別傳感器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。一旦 微處理器識(shí)別出這 些障礙物，它可重新選擇路線，并對(duì)整個(gè)房間做出重新判斷與計(jì)算，以保持房問(wèn)的各個(gè)角落都被清掃 ， 在樓梯的臺(tái)階等一些沒(méi)有天然障礙物的地方，只要有一條磁鐵 ，小“三葉蟲(chóng)”便不會(huì)跨越，小“三葉蟲(chóng)”開(kāi)始啟動(dòng)后體內(nèi)的搜索雷達(dá)會(huì) 探測(cè)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(cè)出整個(gè)房問(wèn)的格局，計(jì)算出清掃整個(gè)房問(wèn)所需的時(shí)間 ， 只要接近一件障礙物它便會(huì)重新設(shè)定行進(jìn)路線， 不會(huì)漏掉每一個(gè)角落 ， 電線或地毯的邊緣 不會(huì)被認(rèn)作是障礙物。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(dòng)清掃，還配 備有避開(kāi)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(gè)傳感器 ， 可 以 一邊自動(dòng)行走 一 邊進(jìn)行清掃， 工作時(shí)首先沿房間四周走一圈，記憶房間形狀，然后在避開(kāi)障礙物的同時(shí)開(kāi)始縱橫來(lái)回移動(dòng) ， 清潔工作完成后會(huì)自動(dòng)停止。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(cè)墻壁及障礙物的同時(shí)打掃地面。 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX10 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品研究狀況 在國(guó)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(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究并取得了一 定的 成果，對(duì)清掃機(jī)器人相關(guān)技術(shù)如機(jī)器 人 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(dòng)力驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的研究則更多，這些都為清潔機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。如圖 17 所示： 圖 17 國(guó)產(chǎn) KV8 保潔機(jī)器人 KV8 保潔機(jī)器人是今年在市場(chǎng)上以低價(jià)位賣得比較火的一款產(chǎn)品，也是國(guó) 11 內(nèi)首個(gè)產(chǎn)品化清掃機(jī)器人。通過(guò)使用導(dǎo)航系統(tǒng)，該機(jī)器人能夠利用地圖自主導(dǎo)航繞越實(shí)驗(yàn) 室的環(huán)境到達(dá)充電站，通過(guò)充 電站上一特殊的裝置的作用實(shí)現(xiàn)自主充電。作為智能移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)特殊應(yīng)用，從技術(shù)方面講，智能化自動(dòng) 式吸塵 器比較具體地體現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性。移動(dòng)機(jī)構(gòu)是吸塵機(jī)器人的主題，決定了吸塵器的運(yùn)動(dòng)空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)。其中內(nèi)部傳感器有：編碼器、線加速度計(jì)、陀螺儀、磁羅盤(pán)等。其主要研究?jī)?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)劃和給予 傳感器的路徑規(guī)劃 對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題，目前有具體的解析算法。最近，澳大利亞Jetfan 公司又開(kāi)發(fā)出采用新原理的氣流 濾塵器。整個(gè)清潔機(jī)器人由 機(jī)械部分和控制系統(tǒng)兩大部分組成。驅(qū)動(dòng)輪上裝有光 電編碼盤(pán)、可以對(duì)輪速進(jìn)行檢測(cè)和控制、實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。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(dòng)機(jī)構(gòu)較為適合。因此本系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是三輪差速轉(zhuǎn)向式的，如圖 33 所示 圖 33 三輪差速轉(zhuǎn)向式 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 按照上述的移動(dòng)結(jié)構(gòu)， 通過(guò)改變作用于步進(jìn)電機(jī) 的脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)較高精度的調(diào)速。在機(jī)器人工作的過(guò)程中還可以通過(guò) LCD顯示模塊和狀態(tài)指示模塊對(duì)機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行時(shí)實(shí)的顯示 。機(jī)器人面板上有控制其開(kāi)始 /停止工作的按鍵。其正面結(jié)構(gòu)如下圖所示 因?yàn)樗O(shè)計(jì)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)要放置有清掃機(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(shí)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(dòng)平穩(wěn)，但是斜齒輪所占的面積非常大， 如果選用它，則會(huì)占用大量的空間，是其他幾個(gè)單元有部分將 21 放置不下，從而超出 所要設(shè)計(jì)的尺寸，因而否定了這種方案；方案二中，錐齒輪傳動(dòng)不如斜齒輪平穩(wěn)，同時(shí)錐齒輪一所占的體積也比較大，而清掃機(jī)構(gòu)又是本次設(shè)計(jì)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(guò)計(jì)算及各個(gè)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(guò)點(diǎn)擊帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，再有蝸桿帶動(dòng)其兩端的蝸輪，由蝸輪上的軸帶動(dòng)固定在其上的刷子旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了清掃的目的。但是此結(jié)構(gòu)所占的空間比較大，所示設(shè)計(jì)的將清潔機(jī)器人空間有限，不允許用這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)槿绻捎么朔N結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致其他一些機(jī)構(gòu)無(wú)法放置，因此此種方案不可行。而要實(shí)現(xiàn)差速運(yùn)轉(zhuǎn)則要求電機(jī)具有調(diào)遣功能，再由 (2)中所算得電機(jī)輸出功率、從而通過(guò)在網(wǎng)上搜索查到了寧波市北倉(cāng)深港交流調(diào)速電機(jī)廠生產(chǎn)的 YCJT 系列電機(jī)滿足設(shè)計(jì)中所需要的電機(jī)要求，因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)本機(jī)器時(shí)電機(jī)需要輸出的功率為 ，由寧波市北倉(cāng)深港交流調(diào)速電機(jī)廠網(wǎng)站上給的產(chǎn)品的技 術(shù)指標(biāo)和安裝型號(hào)中選型號(hào)為 YCJT61 輸出功率為 6W，速度可調(diào)范圍為 901350r/min， 1200r／ min 時(shí)轉(zhuǎn)矩為 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 的電機(jī)，因?yàn)槠湓跐M足要求的情況下尺寸比我所查到的電機(jī)的尺寸都小，所以選用它為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī) 。 查 表選取 m=2mm， d1=， Z1=2q=， Z2=29，分度圓導(dǎo)程角r=10176。 （ 5）驗(yàn)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和剛度 = ( )/ = 蝸輪當(dāng)量齒數(shù) = / =，查得齒形系數(shù) =； 則可求的： =1 = 27 帶入式中 = 成立。本設(shè)計(jì)中，蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量直接散發(fā)到機(jī)器內(nèi)，通過(guò)吸塵時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)力將熱量排除機(jī)體外。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。 清掃機(jī)構(gòu)中蝸桿上軸承的壽命的計(jì)算 （ 1）計(jì)算軸承壽命的基本公式為： = 10660*n （ ftCfpP ) h 29 其中： P當(dāng)量動(dòng)載荷（ N）； 壽命指數(shù)，球軸承 =3，滾 子軸承 =10/3； n軸承轉(zhuǎn)速 r/min； C基本額定動(dòng)載荷（ N），可由軸承樣本或有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。 their owncdsvlpa,mxukgf.()ybTqCzjSAX32 低成本化 智能機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，使用了大量的傳感器和一個(gè)或者多個(gè)高性能的微處理器，因此成本較高但是為了讓普通人都可以享受科技進(jìn)步的成果，降低成本是個(gè)必由之路。 清掃機(jī)構(gòu)中渦輪軸的校核 軸上能使產(chǎn)生彎矩的 力有 Fr， Ft Fr= Ft= 兩個(gè)力在相互垂直的兩個(gè)平面上， L=69mm， D=12mm 如下兩個(gè)視圖 43 做彎矩 圖如 44 所示 31 Mr== 69= Mt== 69= 合成彎矩 M=Mt+Mr= = = = = ( 123)= 由 于前面已經(jīng)選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理，查表 [ ]=，故符合強(qiáng)度要求。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)，價(jià)格貴、充電時(shí)間長(zhǎng)、壽命短充電次數(shù)步。 清掃機(jī)構(gòu)的電機(jī)的選擇 因?yàn)榍鍜邫C(jī)構(gòu)中刷子的旋轉(zhuǎn)速度只要達(dá)到 3r/s 就可以實(shí)現(xiàn)清掃目的，并可以把垃圾掃到垃圾儲(chǔ)藏室中， 又因?yàn)槠л喌膫鲃?dòng)比設(shè)計(jì)為 1： 1，所以要求蝸輪的轉(zhuǎn)速大約為