【文章內(nèi)容簡介】 波的時(shí)間差就能確定物體的距離。比較具有代表性的，一個(gè)傳感器可以通過按鈕的設(shè)定來擁有近距離和遠(yuǎn)距離兩種設(shè)定，無論物體在那一種界限里，傳感器都可以檢測到。例如：超聲波傳感器可以安裝在一個(gè)裝液體的池子上，或者是一個(gè)裝小球的箱子上，向這個(gè)容器發(fā)出聲波，通過接收到返回波的時(shí)間長短就能確定這個(gè)容器是滿的、空的或者是部分滿的。 超聲波傳感器還有使用的是獨(dú)立的發(fā)射器和接收器的型號(hào)，當(dāng)檢測緩慢移動(dòng)的物體或者在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時(shí)，這種對射示的超聲波傳感器就非常適用。在檢測透明物體、液體，檢測光滑、粗糙、有光澤的半透明材料等物體表面，以及檢測不規(guī)則物體時(shí)，超聲波傳感器都是首選。超聲波傳感器不適用的情況有：戶外、極熱的環(huán)境、有壓力的容器內(nèi)及有泡沫的物體。 紅外線熱釋電傳感器的原理及性能熱釋電外線傳感器是 20世紀(jì) 80年代發(fā)展起來的一種新型高敏度探測元件，它以非接觸形式檢出人體輻射的紅外線或人射外線的能量變化，井將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可以驅(qū)動(dòng)各控制電路,如用于“電源開關(guān)控制、防盜防火報(bào)警、自勁監(jiān)泌等。 ”熱釋電紅外傳感器不僅適用于防盜報(bào)警場所，亦適于對人體傷害極為嚴(yán)重的商壓電及 x射線、射線自動(dòng)報(bào)警等。熱釋電傳感器利用熱釋電效應(yīng)來檢測受光面的溫度升高值，得知光的輻射弧度，工作在紅外波段內(nèi)。這種傳感器在常溫下工作穩(wěn)定可靠，使用簡單，時(shí)間響應(yīng)能到微秒級，已得到廣泛使用。熱釋電紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)由地電極、壓環(huán)、環(huán)形電極、PYDF、彈簧等部分組成.多功能吸塵器為了能夠檢測人的活動(dòng)，減少人對吸塵器工作的影響，采用了 AM111型傳感器，這種傳感器使用熱電元件，收集從人體 10um附近發(fā)出的紅外線反應(yīng)，內(nèi)部具有 2個(gè)紅外線傳感器，消除背景變化連接使用，為此，近人活動(dòng)時(shí)反應(yīng)，能夠輸出。AM111傳感器，內(nèi)部裝好了放大器當(dāng)然在需要時(shí)還可以在外接運(yùn)算放大器，如圖 25 所示，用補(bǔ)加電阻就可以輸出，其共有 3個(gè)管角，分別為信號(hào)、VCC、GND，在多功能吸塵器中它以開關(guān)量的方式向單片機(jī)提供信號(hào)。（圖 25 熱釋電傳感器電路圖） 整個(gè)控制系統(tǒng)的組成及工作原理多功能吸塵器的整個(gè)控制系統(tǒng)，主要由傳感器部分（超聲波傳感器、紅外線熱釋電傳感器、電子羅盤） 、微型機(jī)算計(jì)部分（單片機(jī) 8051）等部分組成。該多功能吸塵器利用了超聲波測距的原理（如圖 26所示） ，通過向前進(jìn)方向發(fā)射超聲波脈沖，并接收相應(yīng)的返回聲波脈沖，對障礙物進(jìn)行判斷；通過以單片機(jī)為核心的控制器實(shí)現(xiàn)對超聲發(fā)射和接收的選通控制，并在處理返回脈沖信號(hào)的基礎(chǔ)上加以判斷，選定相應(yīng)的控制策略；利用電子羅盤進(jìn)行方向的判斷，通過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，從而實(shí)現(xiàn)避障。多功能吸塵器的紅外線傳感器能檢測認(rèn)得存在，在檢測到人存在時(shí)會(huì)給單片機(jī)一個(gè)電信號(hào)，單片機(jī)控制吸塵器停止前進(jìn)并同時(shí)控制發(fā)聲器發(fā)出聲音，讓人能夠離開。功能多功能吸塵器實(shí)際上是一個(gè)行走機(jī)器人和吸塵器的組合體，吸塵器行走的同時(shí)，由其自身攜帶的小型吸塵部件，對經(jīng)過的地面進(jìn)行必要的吸塵清掃。 單片機(jī)作為控制源產(chǎn)生脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)檢測超聲波傳感器與紅外線傳感器的信號(hào)，數(shù)字羅盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)同樣也輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)完成信號(hào)的處理過程，可以說多功能吸塵器的控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心的。 （圖 26控制系統(tǒng)原理圖 ）超聲波傳感器接收端發(fā)射端紅外線熱釋電傳感器單片機(jī)電源發(fā)聲器驅(qū)動(dòng)器 左步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 右步進(jìn)電機(jī)吸塵部件電子羅盤紅外傳感器第三章 全自動(dòng)吸塵器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 全自動(dòng)吸塵器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)吸塵器的外殼起著支撐吸塵器各零部件并將它們與外界隔離的作用，這樣既能保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又能保證安全。由于多功能吸塵器需要在地面自動(dòng)行走，因此他的結(jié)構(gòu)要保證行走的平穩(wěn)，可以采用臥式吸塵器的結(jié)構(gòu)來完成其機(jī)體的設(shè)計(jì)， 由圖 31 所示殼﹑后殼﹑上蓋等部分組成，均為塑料材料。前殼頭部為吸入口，后殼內(nèi)按裝吸塵部件，里面主要安裝電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)及一些功能性機(jī)構(gòu)；兩側(cè)可以用來安裝車輪，此外在后殼處有排風(fēng)口，便于風(fēng)機(jī)的工作。 家用吸塵器的外殼不僅應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，還要有美觀的造型﹑重量輕﹑外表顏色光澤以及成本低廉，外客的造型設(shè)計(jì)必須適應(yīng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)需要。外殼一般用金屬材料沖制，或采用工程塑料，金屬材料有較高的強(qiáng)度，由于重量﹑絕緣材料性能查﹑制造工藝復(fù)雜成本高，因此，除了老式的吸塵器及工業(yè)吸塵器外，現(xiàn)代家用吸塵器很少采用。鑒于以上原因，多功能吸塵器的外殼采用工程塑料為主體，可通過注塑成型，除了電動(dòng)風(fēng)機(jī)外，其它零件一般均可由工程塑料代替金屬材料，這不僅適合于大量生產(chǎn)，易于降低成本，而且重量可以減少到金屬外殼的 1/3～1/4，絕緣性能也大為提高，還可以做成各種款式﹑顏色色澤鮮明的式樣。用于多功能吸塵器外殼的工程塑料主要是 PP和 ABS，用于吸管的材料可以是聚丙烯等。（圖 32 多功能吸塵器安裝簡圖）多功能吸塵器的殼體由于考慮到后面要安裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)這使得它的后殼結(jié)構(gòu)與通常的臥室吸塵器有所不同， 如圖 32表示的在多功能吸塵器的后殼部位下面留有一定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝空間，同時(shí)便于驅(qū)動(dòng)輪的安裝，有利于整體結(jié)構(gòu)的布局。 全自動(dòng)能吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多功能吸塵器的吸塵部位，主要由吸嘴﹑ 吸管﹑儲(chǔ)灰箱﹑電動(dòng)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(shí)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 33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(chǔ)灰箱里，氣流由電動(dòng)風(fēng)機(jī)吸入口吸入，而后排出。 （圖 33自動(dòng)吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)簡圖） 多功能塵器的風(fēng)機(jī)采用車用吸塵器的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)，其重量輕，吸塵功率能滿足家用的要求，其安裝通過吸塵器機(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(dòng)風(fēng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的震動(dòng)，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，吸塵口應(yīng)該與風(fēng)機(jī)口對應(yīng)一條線，有利于風(fēng)機(jī)工作，從而更好的吸塵。風(fēng)機(jī)有密封罩，有封閉的電機(jī)罩降噪效果好。因?yàn)殡姍C(jī)產(chǎn)生的噪聲會(huì)很容易穿透吸塵器外殼，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(huì)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 2～3L ，多功能吸塵器的儲(chǔ)灰容量設(shè)計(jì)為 ，其完全能夠滿足家用地面的清潔。 全自動(dòng)吸塵器行走部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 全自動(dòng)吸塵器主要參數(shù)計(jì)算多功能吸塵器的驅(qū)動(dòng)部分是由兩個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)兩驅(qū)動(dòng)輪（后輪） ，從而推動(dòng)吸塵器運(yùn)動(dòng)。前輪不再采用傳統(tǒng)的雙輪結(jié)構(gòu)，而采用了應(yīng)用非常廣泛的萬向轉(zhuǎn)輪這既減小了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，又提高了轉(zhuǎn)彎的靈活性（如圖 34） 。 通過改變作用于步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)的頻率，可以對步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)較高精度的調(diào)速。同時(shí)在對兩電機(jī)分別施加相同或不同脈沖信號(hào)時(shí)，通過差速方式，可以方便的實(shí)現(xiàn)吸塵器前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退、調(diào)頭等功能。這一設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是吸塵器能夠在任意半徑下，以任意速度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，甚至當(dāng)兩后輪相互反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑（即繞軸中點(diǎn)原地施轉(zhuǎn)） 。同時(shí)轉(zhuǎn)彎的速度可通過改變單片機(jī)的程序來調(diào)節(jié) 。由于智能吸塵器是邊行走邊工作的，所以要求速度很低，一般要求 3m／min 左右，這樣能夠保證多功能吸塵器行走平穩(wěn)，而且有很高的效率，設(shè)計(jì)車輪的直徑為 8cm, 停243。178。189。248。181。231。187。211。210。停萬 向 輪 停( 圖 04 轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)圖 )則由公式（3—1）U=CN （3—1）式中 C—車輪的周長（cm） N—車輪的轉(zhuǎn)速（r/min）N=U/C≈12r/min設(shè)計(jì)多功能吸塵器的質(zhì)量在 3Kg則。后車輪的的阻力矩由公式（3—2） T=mgfr （3—2）f—滾動(dòng)摩擦系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 117取 （K/CM)T=34=T0=mgfr=3=T1= mgf1Rf1=,由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表 119選取.T1=。根據(jù)供電電壓為 12V選取步進(jìn)電極電機(jī),根據(jù)《小功率電機(jī)手冊》,選擇永磁式步進(jìn)電機(jī),其具體參數(shù)如下:表 31。表格 31 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)型號(hào) 相數(shù) 額定電壓(V) 電流（A）保持轉(zhuǎn)矩（mN/cm）步近角( 176。)57BYG005 4 12V 176。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）軸的徑向尺寸的確定軸的徑向尺寸是在出算軸的直徑基礎(chǔ)上進(jìn)行的,軸徑的估算方法是按扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的方法進(jìn)行的。 計(jì)算由公式（3—3） ， d≥ A (mm) （3—3）3/NP式中 P—為軸所傳地的功率（KW）N—為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速（r/min） A—為軸的許用應(yīng)力系數(shù)（其值可以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表，在這里選取軸的材料為 45號(hào)鋼，則 A=108,由步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)由公式（3—4）可知；P=VI （3—4）=12=取轉(zhuǎn)速 n=12r/min計(jì)算得d≥108 312/048.≥軸的截面上有一個(gè)鍵槽，將直徑增大 5﹪，得 d≥(1+5﹪) ≥ 取標(biāo)準(zhǔn)值 d=10mm ,即為軸直徑最小直徑。為了便于聯(lián)軸器的連接以及車輪的安裝，許用下述方按，如圖 35 在軸的左側(cè)需要連接聯(lián)軸器，以便于和步進(jìn)電機(jī)的軸相互連接，在軸的右側(cè)有鍵主要用來和車輪連接，在右側(cè) 同時(shí)加工螺紋，使車輪能夠沿軸向固定，在軸的中間留有軸間用來固定軸承，逐步選定軸的直徑為 D=10mm軸間 D=12mm,則根據(jù)軸的直徑來選擇軸承和聯(lián)軸器等,由于軸的直徑較小現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器很難滿足設(shè)計(jì)的要求,因此需要單獨(dú)設(shè)計(jì)聯(lián)軸器,選用鋼管加工滿足要求的孔而后加工兩個(gè)徑向螺紋孔,用螺釘將電機(jī)軸與轉(zhuǎn)軸相連接,軸上面的平臺(tái)可以通過磨削的方式實(shí)現(xiàn),滾動(dòng)軸承的選取根據(jù)《軸承手冊》選用深溝球軸承,軸承的型號(hào) 61800,其基本尺寸BDd=51910. （圖 05 軸的裝配簡圖）通過中間的軸進(jìn)行定位,選擇軸承蓋將軸承固定,(根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》) GB109679 鍵 46 軸的強(qiáng)度校核通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上的零件位置以及外載荷和支反力的作用位置均以確定，軸上的載荷已可以求得，因而，可以按彎扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，其計(jì)算步驟如下：(1)做出軸的計(jì)算簡圖 軸所受的載荷從零件傳來，計(jì)算時(shí)，將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布的中點(diǎn)，作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)輪轂寬度的中點(diǎn)算起，通常把軸作為鏈鉸接支座的梁，支持反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布局方式有關(guān)。(如圖 36)(圖 36 軸的計(jì)算簡圖)(2)做出彎矩圖根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算做出各力產(chǎn)生的彎矩，并按照計(jì)算結(jié)果分別做出水平面上的彎矩 Mh圖和垂直面上的彎矩 Mv圖，然后由公式（3—5）進(jìn)計(jì)算總彎矩M。 （如圖 37）FrFt驅(qū)動(dòng)器T FaFr左步進(jìn)電機(jī)TM= （3—5）MvH2? =75Nm 75 M （圖 37彎矩圖）（3）做出扭矩圖（如圖 38） T= p/n106 =77Nm 77 （圖 38扭矩圖）（4）做出計(jì)算彎矩 根據(jù)已做出的總彎矩圖和扭矩圖計(jì)算彎矩 （3—6） = （3—6）Mca)(22T? = ? = Nm式中，a—是考慮扭矩和彎矩的加載情況及產(chǎn)生的循環(huán)特性差異系數(shù),扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變換取 =（5）校合軸的強(qiáng)度已知軸的計(jì)算彎矩后，對危險(xiǎn)截面作強(qiáng)度進(jìn)行校核計(jì)算，按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算彎曲應(yīng)力由公式（3—7） （ Mpa） （3—7）][)(122??????WcacaTM =＜59MPa 式中 W—軸的抗彎截面系數(shù)[ ]軸的許