【正文】 ，實用性強（2）工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境，也可以用于機場候機大廳，展覽館，圖書館等公共場所。所以環(huán)境適應(yīng)性是對此類機器人的基本要求?？紤]到安全因素，吸塵機器人必須對人及家庭物品等不構(gòu)成任何危害，同時吸塵機器人還必須具備自我保護的能力。方框圖如圖21 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)毛刷電機吸塵電機返回充電站路徑規(guī)劃算法路徑覆蓋算法碰撞檢測塵倉紅外檢測右輪電機左輪電機執(zhí)行電機部分傳感器部分職能軟件部分輸入輸出部分 圖21 清掃機器人各部分組成方框圖 車身設(shè)計方案1：購買玩具電動車。但是一般的說來，玩具電動車具有如下缺點：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。再次，玩具電動車的電機多為玩具直流電機，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負載性能差，不易調(diào)速。因此我們放棄了此方案。經(jīng)過反復考慮論證，制定了左右兩輪分別驅(qū)動，前后萬向輪轉(zhuǎn)向的方案。這樣，當兩個直流電機轉(zhuǎn)向相反同時轉(zhuǎn)速相同時就可以實現(xiàn)電動車的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實現(xiàn)小車坐標不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。當小車前進時，左右兩驅(qū)動輪與前萬向輪形成了三點結(jié)構(gòu)。為了防止小車重心的偏移，后萬向輪起支撐作用。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。方案1：采用24V蓄電池為系統(tǒng)供電。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。方案2：采用2節(jié)12V可充電式鋰電池串聯(lián)共24V給直流電機供電，經(jīng)過7805的電壓變換后為單片機，傳感器和舵機供電。因此我們放棄了此方案。再用2節(jié)鋰電池經(jīng)另一套7805電壓變換電路為舵機供電。綜上考慮，選擇了方案3。由于本題要實現(xiàn)對路徑的準確定位和精確測量，我們綜合考慮了一下兩種方案。由于其轉(zhuǎn)過的角度可以精確的定位，可以實現(xiàn)小車前進路程和位置的精確定位。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。直流減速電機轉(zhuǎn)動力矩大，體積小，重量輕，裝配簡單，使用方便。方案2對小車來說是最佳的選擇。L298N是一個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可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。方案2：對于直流電機用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 輪式機構(gòu) 方案1：二輪移動機構(gòu)一般驅(qū)動輪與電機直接相連, 通過對電機的控制改變兩個輪子的速度來達到轉(zhuǎn)向的功能, 左右車輪處于同一平面內(nèi), 以此來達到平衡，安裝時要確保兩驅(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)動輪安裝架鉆孔時事先做好標記就可以了。 全方位移動機構(gòu)可以進行任意的定位和定向, 雖然它可以使機器人更加靈活地運動, 有著顯著的優(yōu)越性, 但它同四輪機構(gòu)一樣甚至比四輪機構(gòu)更具復雜性和難度。當兩后輪驅(qū)動時, 主動力輪分開置于機體左右兩側(cè), 支撐點處應(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, 機器人可以做到0 半徑(幾何中心不變) 的360度自由轉(zhuǎn)向。進行兩輪反向差動轉(zhuǎn)向可以使機器人幾何中心保持不動, 不會影響轉(zhuǎn)彎后的運動軌跡, 完全能達到設(shè)計要求。經(jīng)過反復論證，最終確定了如下的方案(1)車體用鋁合金車架手工制作。設(shè)減速電機輸出輪應(yīng)具有的最高轉(zhuǎn)速為n (r/min)設(shè)路面的平均摩擦系數(shù)f=，機器人的最大加速度，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 轉(zhuǎn)矩 功率查表31 表31選取110ZYT05型號的電動機 減速器的參數(shù)設(shè)計 發(fā)動機的轉(zhuǎn)速車輪的轉(zhuǎn)速減速系統(tǒng)的總傳動比選用展開式二級減減速設(shè)置，各級傳動比分別為高速級 低速級 電動機輸出的功率，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速經(jīng)過減速器之后各級數(shù)據(jù)如下表32所示 表32功率p（W）轉(zhuǎn)矩（N幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑 （2） 計算中心距 （3） 計算齒輪寬度 取 低速級齒輪傳動選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1）選擇直齒圓柱齒輪傳動 2）機器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級精度 3）材料選擇，小齒輪材料為45剛，硬度為200HBS，大齒輪材料問哦QT5005，硬度為160HBS，二者材料硬度差為40HBS 4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)按齒面接觸強度設(shè)計由（3） 確定供室內(nèi)的隔計算數(shù)值9） 試選動載荷系數(shù)10） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 11） 選取齒寬系數(shù)12） 彈性影響系數(shù)13） 根據(jù)齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強度極限，大齒輪14） 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（工作5年，每年300天，每天2小時） 15） 取接觸疲勞壽命系數(shù)16） 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1 （4） 計算8） 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的9） 計算圓周速度 10） 計算齒寬b 11） 計算齒寬與齒高之比，b/h模數(shù)齒高12） 計算載荷系數(shù)根據(jù)v=，7級精度，動載荷系數(shù)，直齒輪使用系數(shù)；小齒輪相對支撐對稱布置時，由b/h=, ,查得故載荷系數(shù) 13） 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 14） 計算模數(shù) 按齒根彎曲強度設(shè)計 1）差的小齒輪的玩去疲勞強度極限 2）彎曲疲勞壽命系數(shù) 3）計算疲勞許用應(yīng)力 取疲勞安全系數(shù)S= 4）計算載荷系數(shù)k 5）查取齒形校正系數(shù) 6） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 7） 計算大小齒輪，并加以比較 大齒輪的值大（3） 設(shè)計計算 mm對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根玩去疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于玩去強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，=1mm，按接觸強度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。=+=FrmmmT=637N從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅳ和V處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴重；從截面的情況來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。由第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校