【正文】 20 世紀(jì) 70 年代 , 目前對(duì)這一問題研究仍舊十分活躍。 對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題 ,目前有具體的解析算法。根據(jù)機(jī)器人 7 對(duì)環(huán)境信息知道的程度 不同 ,可以分為兩種類型 :環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未 知或部分 未知 ,通過傳感器在線地對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè) ,以獲取障礙物 的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。其中環(huán)境建模的主要方法有 :可視圖法 (VGraph)、自由空 間法 (Free Space Approach)和柵格法 (Grids)等。吸塵系統(tǒng)包括濾塵器、集塵袋、排氣管以及其他一些附件。最近 ,澳大利 亞 Jetfan 公司又開發(fā)出采用新原理的氣流濾塵器。其原理是利用附壁效應(yīng)去形成低壓渦流氣體 ,最后將沉渣截留于吸塵器內(nèi)的渦流腔內(nèi)。 吸塵技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)按功能分為五個(gè)部分： 動(dòng)力部分：吸塵器電機(jī)和調(diào)速器。電機(jī)：有銅線電機(jī)和鋁線電機(jī)之分。 ：塵袋、前過濾片、后過濾片。 ：收放線機(jī)構(gòu)、塵滿指示、按鈕或滑動(dòng)開關(guān)。 吸塵原理：吸塵器的風(fēng)機(jī)葉輪在電動(dòng)機(jī)高速驅(qū)動(dòng)下，將葉輪中的空氣高速排 出風(fēng)機(jī)，同時(shí)使吸塵部分內(nèi)空氣不斷地補(bǔ)充進(jìn)風(fēng)機(jī)。吸嘴的塵埃、臟物隨空氣被吸入吸塵部分，并經(jīng)過 漏器過漏，將塵埃、臟物收集與塵筒內(nèi)。移動(dòng)電源需要同時(shí)滿足吸塵機(jī)器人的多種能源需要 ,如為移動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力 ,為控制電路提供穩(wěn)定的電壓和為吸塵操作模塊提供能源等。理想的電源應(yīng)該能夠在放電過程中保持恒定的電壓、內(nèi)阻小以便 快速放電、可充電以及成本低等。 8 3 家用清潔機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì) 整個(gè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以分為： 2 個(gè)后輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，前輪系統(tǒng)，吸塵系統(tǒng)。通過在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)資料，初步把機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)為長(zhǎng)寬均為 400mm 高為 200mm 的長(zhǎng)方體，但是后來發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的不合理之處，周邊有棱角的機(jī)器人在躲避障礙物是很不便，非常容易碰到障礙物，而圓形物體則比較容易避開障礙物。在機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過控制行走機(jī)構(gòu)的兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而控制兩個(gè)輪子，通過輪子的前后差速運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)體的轉(zhuǎn)彎半徑為 0 圖 行走機(jī)構(gòu) 清掃機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)清掃機(jī)構(gòu)中想到了兩種方案： （ 1）電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪 1，錐齒輪 1 帶動(dòng)錐齒輪 2，錐齒輪 2 上的軸連接滾刷，從而實(shí)現(xiàn)清掃 10 （ 2） 電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個(gè)蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸連接滾刷，從而實(shí)現(xiàn)清掃 由于機(jī)器人體積受限制，以及考慮傳動(dòng)平穩(wěn)等要素，選擇方案 2作為本次清掃機(jī)構(gòu)。方案 2中，蝸輪蝸桿通過兩邊加皮帶輪，縮短了蝸輪蝸桿的中心距，從而減小了機(jī)器的重量，同時(shí)有利于安裝，因此選擇方案 2 作為本次設(shè)計(jì)所需清掃機(jī)構(gòu)。故將吸塵機(jī)構(gòu)設(shè)置如圖 11 所示 圖 吸塵裝置 此機(jī)構(gòu)通過盤刷清掃垃圾進(jìn)入吸塵盒，同時(shí)風(fēng)筒開始工作，將灰塵吸入隔塵罩的內(nèi)部空間中。而要實(shí)現(xiàn)差速運(yùn)轉(zhuǎn)則要求 電機(jī)具有調(diào)速功能。290710。2?v? ? ? nta n1 ??? v?? ?? ，與初選值不符，所以傳動(dòng)效率應(yīng)適當(dāng)降低。 （ 6）蝸輪蝸桿幾何尺寸 蝸桿齒頂圓直徑： 2222 *1111 ????? mhdhdd aaa ，其中 ?ah =1 蝸桿齒根圓直徑 : ? ? 1111 ?????? ? cmhdhdd aff ，其中 ?c 蝸輪喉圓直徑： ? ? 6222 22222 ?????? ? xhmdhdd aaa ，其中 02?x 蝸輪齒根圓直徑 : ? ? 22222 ??????? ?? cxhmdhdd aff 15 蝸輪咽喉母圓半徑： 22 ??? ag dar 由于蝸桿傳動(dòng)效率低所以工作時(shí)產(chǎn)生的熱量相對(duì)較大。本設(shè)計(jì)中蝸桿傳動(dòng)產(chǎn)生的熱量直接散發(fā)到集體內(nèi)，通過吸塵時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)力將熱量排帶機(jī)體外。 電池的選用 工作環(huán)境對(duì)清潔機(jī)器人的能源提出了特殊要求，目前清潔機(jī)器人基本上都采用電池作為能源。干電池應(yīng)用范圍廣，使用溫度越高，電壓、容量都同時(shí)增大，但有可能造成自放電和產(chǎn)生氣體，使用溫度可達(dá)５０℃－６０℃，在０℃以下容量急劇減少。銼電池電動(dòng)勢(shì)高、能量密度高、工作溫度范圍大、自放電少，正逐步走向?qū)嵱没? 是一種非常好的機(jī)器人能源。鉛酸電池是一種比較好的機(jī)器人能源，電壓高、壽命長(zhǎng)、可高比率放 電、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、工藝成熟，但能量密度低。鎳鎬電池和鎳鋅電池電壓低、價(jià)格貴，應(yīng)用較少。由以上對(duì)各種電池的分析，同時(shí)考慮到本次設(shè)計(jì)的要求，選用鉛酸電池比較合 理，因?yàn)殂U酸電池是一種比較好的機(jī)器人能源，電壓高、壽命長(zhǎng)、可高比率放電、價(jià)格低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、工藝成熟，可降低制造家庭清潔機(jī)器人的總成本，因而本次設(shè)計(jì)選用兩組鉛酸電池作為機(jī)器人的能量來源。 19 5 總結(jié)與展望 雖然自主吸塵機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)步 ,進(jìn)入了實(shí)用階段 ,但是自主能力、工作效率方面還不理想 ,需要在技術(shù)上解決傳感器技術(shù)、定位和環(huán)境建模技術(shù) .在此基礎(chǔ)上 ,自主吸塵機(jī)器人可以向著高度智能化、多功能集成、低成本的方向發(fā)展。在復(fù)雜環(huán)境和多房間的環(huán)境下 ,這種工作方式的效率會(huì)銳減。自主吸塵機(jī)器人是一個(gè)可移動(dòng)的智能平臺(tái) ,在吸塵功能之外可以進(jìn)行功能擴(kuò)展 ,比如進(jìn)行家電控制、房間環(huán)境監(jiān)測(cè) (防止火災(zāi)、電器故障、盜竊等 ).這方面的市場(chǎng)需求已經(jīng)被 Tmsuk 和三洋公司抓住 ,并在 2020 年發(fā)布了兩款這樣的機(jī)器人。吸塵機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)新產(chǎn)品 ,將使人們能在無人看守情況下輕松地完成室內(nèi)環(huán)境的吸塵等清潔工作。 特別是日用清潔電器不論是在市場(chǎng)上或者是在產(chǎn)品的創(chuàng)新上 ,絕對(duì)是所有小家電產(chǎn)品中最活躍的 ,未來仍有相當(dāng)大的成長(zhǎng)空間。其次 ,應(yīng)該看到藍(lán)牙技術(shù)在家電行業(yè)的應(yīng)用前景 ,通過采用藍(lán)牙技術(shù)將過高的數(shù)字處理器成本轉(zhuǎn)移到用戶的個(gè)人電腦上 ,則有望在短期內(nèi)將吸塵機(jī)器人的成本控制在千元左右。 (3)為了有效地提高清潔的質(zhì)量 ,還需要對(duì)現(xiàn)有的吸塵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。 (4)電源技術(shù)是吸塵機(jī)器人的核心之一 ,除了有效地提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和吸塵速度以延長(zhǎng)電池的實(shí)際吸塵時(shí)間外 ,還尚需優(yōu)化自動(dòng)充電方案 ,保證機(jī)器人能及時(shí)進(jìn)行充電 ,自動(dòng)完成對(duì)指定環(huán) 境的吸塵任務(wù)。 21 參 考 文 獻(xiàn) [1] 濮良貴，紀(jì)名剛 . 機(jī)械設(shè)計(jì)第八版 [M].北京：高等教育出版社， [2] 羅迎社 . 材料力學(xué) . 武漢：武漢理工大學(xué)出版社 [M]， [3] 趙又紅，周知進(jìn) . 機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo) [M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社， [4] 張建民 . 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)第三版 [M].北京：高等教育出版社， [5] 王先逵 . 機(jī)械制造工藝學(xué)第二版 [M[.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 22 致 謝 本 論文在李明富導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下完成的。不僅使本人樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法 ，還使本人明白了許多為人處事的道理。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問題都得以解決。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向湘潭大學(xué)，機(jī)械工程學(xué)院的全體老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。 最后還要感謝各位老師抽出寶貴的時(shí)間對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，再次表達(dá)我最由衷的感謝！