【文章內(nèi)容簡介】 波的時間差就能確定物體的距離。比較具有代表性的，一個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裝液體的池子上，或者是一個裝小球的箱子上，向這個容器發(fā)出聲波，通過接收到返回波的時間長短就能確定這個容器是滿的、空的或者是部分滿的。 超聲波傳感器還有使用的是獨立的發(fā)射器和接收器的型號，當(dāng)檢測緩慢移動的物體或者在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時，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，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)換成電壓信號輸出，將這個電壓信號加以放大，便可以驅(qū)動各控制電路,如用于“電源開關(guān)控制、防盜防火報警、自勁監(jiān)泌等。 ”熱釋電紅外傳感器不僅適用于防盜報警場所，亦適于對人體傷害極為嚴(yán)重的商壓電及 x射線、射線自動報警等。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，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個紅外線傳感器，消除背景變化連接使用，為此，近人活動時反應(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個管角，分別為信號、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。（圖 25 熱釋電傳感器電路圖） 整個控制系統(tǒng)的組成及工作原理多功能吸塵器的整個控制系統(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)動器驅(qū)動兩步進(jìn)電機(jī)，帶動驅(qū)動輪，從而實現(xiàn)避障。多功能吸塵器的紅外線傳感器能檢測認(rèn)得存在，在檢測到人存在時會給單片機(jī)一個電信號，單片機(jī)控制吸塵器停止前進(jìn)并同時控制發(fā)聲器發(fā)出聲音，讓人能夠離開。功能多功能吸塵器實際上是一個行走機(jī)器人和吸塵器的組合體，吸塵器行走的同時，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，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，同時檢測超聲波傳感器與紅外線傳感器的信號，數(shù)字羅盤的轉(zhuǎn)角信號同樣也輸出給單片機(jī)，由單片機(jī)完成信號的處理過程，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)動器 左步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 右步進(jìn)電機(jī)吸塵部件電子羅盤紅外傳感器第三章 全自動吸塵器結(jié)構(gòu)的設(shè)計 全自動吸塵器外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計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， 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)動電機(jī)安裝空間，同時便于驅(qū)動輪的安裝，有利于整體結(jié)構(gòu)的布局。 全自動能吸塵器吸塵部位結(jié)構(gòu)設(shè)計多功能吸塵器的吸塵部位，主要由吸嘴﹑ 吸管﹑儲灰箱﹑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 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，沉積在儲灰箱里，氣流由電動風(fēng)機(jī)吸入口吸入，而后排出。 （圖 33自動吸塵器吸塵部位結(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，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。因為電機(jī)產(chǎn)生的噪聲會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 ，多功能吸塵器的儲灰容量設(shè)計為 ，其完全能夠滿足家用地面的清潔。 全自動吸塵器行走部位結(jié)構(gòu)設(shè)計 全自動吸塵器主要參數(shù)計算多功能吸塵器的驅(qū)動部分是由兩個四相步進(jìn)電機(jī)以及相應(yīng)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成的。步進(jìn)電機(jī)帶動兩驅(qū)動輪（后輪） ，從而推動吸塵器運(yùn)動。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)的脈沖信號的頻率，可以對步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)較高精度的調(diào)速。同時在對兩電機(jī)分別施加相同或不同脈沖信號時，通過差速方式，可以方便的實現(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)計的最大優(yōu)點是吸塵器能夠在任意半徑下，以任意速度實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，甚至當(dāng)兩后輪相互反向運(yùn)動時，實現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑（即繞軸中點原地施轉(zhuǎn)） 。同時轉(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—滾動摩擦系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)》表 117取 （K/CM)T=34=T0=mgfr=3=T1= mgf1Rf1=,由《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(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 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（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》教材表，在這里選取軸的材料為 45號鋼，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計算得d≥108 312/048.≥軸的截面上有一個鍵槽，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)計的要求,因此需要單獨設(shè)計聯(lián)軸器,選用鋼管加工滿足要求的孔而后加工兩個徑向螺紋孔,用螺釘將電機(jī)軸與轉(zhuǎn)軸相連接,軸上面的平臺可以通過磨削的方式實現(xiàn),滾動軸承的選取根據(jù)《軸承手冊》選用深溝球軸承,軸承的型號 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)計課程設(shè)計指導(dǎo)》) GB109679 鍵 46 軸的強(qiáng)度校核通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，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)度校核計算，其計算步驟如下：(1)做出軸的計算簡圖 軸所受的載荷從零件傳來，計算時，將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點取為載荷分布的中點，作用在軸上的扭矩，一般從傳動輪轂寬度的中點算起，通常把軸作為鏈鉸接支座的梁，支持反力的作用點與軸承的類型和布局方式有關(guān)。(如圖 36)(圖 36 軸的計算簡圖)(2)做出彎矩圖根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計算做出各力產(chǎn)生的彎矩，并按照計算結(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)計算總彎矩M。 （如圖 37）FrFt驅(qū)動器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）做出計算彎矩 根據(jù)已做出的總彎矩圖和扭矩圖計算彎矩 （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)力按脈動循環(huán)變換取 =（5）校合軸的強(qiáng)度已知軸的計算彎矩后，對危險截面作強(qiáng)度進(jìn)行校核計算，按第三強(qiáng)度理論，計算彎曲應(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