家用清扫机器人的结构设计和实现通信机械专业.docx

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1、目录摘要1第一章前言Ll题目要求3L2国内外产品研究状况41.2.1 国外产品研究状况41.2.2 国内产品研究状况91.2.3 自主充电技术研究现状10L3研究的目的和意义11L4设计的重点和难点11第二章家庭清洁机器人的关键技术2.1传感技术122.2路径规划技术122.3吸尘技术122.4电源技术13第三章清洁机器人的机械设计3.1 机械结构组成和工作原理131 .1.1机械结构组成143 .1.2工作原理163.2清洁机器人总体设计173. 2.1机器人外形设计174. 2.2机器人的行走机构设计185. 2.3清扫机构的设计186. 2.4吸尘机构设计217. 2.5垃圾收集处理机构

2、设计22第四章具体计算8. 1电机选择248.1 2蜗轮蜗杆的选择258.3 清扫机构电机的选择268.4 家用清扫机器人电池的选用268.5 清扫机构中蜗杆上轴承的寿命的计算278.6 清扫机构中涡轮轴的校核28第五章总结和展望5. 1发展趋势305.1.1 高度智能化305. 1.2功能扩展309. 1.3低成本化305.2展望30参考文献31致谢32附录33外文文献33中文翻译40摘要在即将进入的21世纪,随着蓝天工程的提出，世界各国已经将清洁环保工作提到了相当重要的位置。在这样的大背景下,推动了中国新一批的清洁工业的迅猛发展,现如今,不同种类的新产品在不断的推出相关的新设备和新机器也在

3、不断的进行着更新,至深入人们的日常食物,衣物,住宿和出行中。现如今,人们的物质生活水平已经得到了很大程度上的提高,生活质量也在提升。接下来人们关注的是环境的舒适性,服务行业里在人们生活中的支出占比已经形成了指数形式提升，同时服务行业中的清洁行业更是成为了当今经济发展的支柱产业。它为当今环保事业做出的贡献不容小觑。清洁机器人,它涉及到机械、电子和计算机和其他相关知识,清洁机器人在某种程度上他是科研工作者智慧的结晶，同时他也是高科技的一种体现。,不仅可以模仿人体动作,还能将移动技术和清洁技术融为一体。在某种程度上节约了大量的人力、物力，尤其买环境恶劣复杂的场合能够替代人类。近些年,智能机器人已经成

4、为大家研究的重点方向了，尤其是现代家用电器的课题研究，已经将智能机器人推到了风口浪尖,这种轰动效应是社会不断进步和科学技术的飞速发展的结晶。服务机器人已经渗到我们的生活、工作和经济的各个方面,并发挥了很重要的作用。我国经济实力的发展程度在某种程度上上和机器人等相关的智能化产业的技术研究以及发展有着很大的关系。在服务性质的机器人领域,清洁型的机器人研究一直都是一个比较热门的研究方向。接下来本文将会提出一种全方位多角度的地面扫地机器人，主要用于清洁狭窄的空间，比如说,在办公室中，甚至是在普通家庭中，我们实施此种方式的目的就是让大家进一步了解机器人的重要性,机器人在服务行业中起到的价值。通过对现在市

5、面上存在的家庭型智能清洁机器人的研究,在其已有的机械系统的基础上对其进行详细分析，并同时对现有机器人进行功能优化。让读者和使用者了解一个信息就是机器人将会在未来的服务行业里起着很重要的作用。同时也让大家意识到机器人对社会发展的必要性。此次调研同时对机器人行业的现在所处状态和发展过程中的重要影响因素进行了深入研究及探讨，同时对其应用领域有着一定的理解。关键词：服务机器人，清洁机器人，运动原理，清洁方式。第一章前言1.l题目要求21世纪的时代背景下,科学技术有了突破性的进步,人工智能科学水平也走了很大程度的提升。同期,计算机应用的熟练程度也取得了诸世的成就。很显然智能清洁机器人已经成了智能技术研究

6、领域的热点问题了。在这些领域当中,服务型的智能机器人已经成了应用领域的开辟者,接下来要讲的三大现状是服务型机器人出现的重要原因:1.随着社会的进步,人工服务的成本在不断的增加。2.人们对于重复性的劳动已经厌倦了,比如说照顾病倒在床上的病人、做家务等一些重复性劳动。3.在中国这样一个地大人多的国家,人口老龄化问题日益严重与之对应的社会福利待遇体系也在不断的完善,这在某种程度上也为机器人的研究和发展提供了方便和广阔的应用市场。服务性质的机器人有一个很大的特征就是,它是一个机器人系统,此系统包括特定的方法、某种特定的环境下执行某个任务的过程。它有着一定程度的移动性在非结构环境下。故此,移动型机器人成

7、为了市场的主导者。家庭移动自动清洁服务机器人是一个多学科集合的产物,它包括传感器的应用技术、人工智能方面的研究、自动控制技术、计算机作用、整个集成电路的应用技术等。智能移动型自动清洁型机器人是整个智能机器人的先驱者,早在20世纪80年代就已经被众人所研究。家庭型的清洁服务机器人的迅速发展得益于吸尘器机器人的研究。吸尘器智能机器人的研究在很大程度上对传感器技术的发展、图像和语音识别之间的转化、移动机器人方面有很大的推动作用。就是在这样的大环境下,我提出了此文,也就是对家庭型清扫机器人课题的研究。设计家庭清洁机器人的过程中对以下内容进行了定义：该机器人采用的运动方式：滚轮式工作时最高运行速度：0.

8、5m/s高度:10Omm宽度:400mm此种机器人工作时采用的清洁方式:清扫、对地面进行吸尘一次充电连续工作时间：0.8小时其具有一定的路径记忆功能能够很大程度上对障碍物进行躲避另外一旦自身电量不足可以实现自充电操作。1.2国内外相关产品研究智能化移动型机器人真正意义上的先驱者其实是地面清洁型机器人,其实早在20世纪80年代已经有技术团队对其进行了研究。到目前为止,一些概念性的智能机器人产品已经被小批量的生产出来了。家庭型的清洁服务机器人的迅速发展得益于吸尘器机器人的研究。吸尘器智能机器人的研究在很大程度上对传感器技术的发展、图像和语音识别之间的转化、移动机器人方面有很大的推动作用。接下来我对

9、清洁型智能机器人自身的特点以及在当今技术发展下他的研究现状和独立充电技术进行以下描述：1.2.1国外产品研究状况智能机器人想必大家都听说过,你可能不会太陌生,但我们对家庭机器人了解的却非常的少,但是,在一些发达国家,比如说欧美和其他国家,他们对于机器人的研究是相当的先进,他们可以很成熟的让机器人进行服务于人类,将智能化机器人的技术很熟练的应用在了现实生活当中。另外还有很大一部分在市场上已经投放,并在实际生活中予以应用。世界上有一台这样的智能化机器人,他是一种智慧的结晶,他可以完成复杂环境中的大部分家庭地面清洁工作,它是世界首台,后来大家以RC3000智能清洁型机器人称呼它。如图1-3所示,它靠

10、内置芯片以及光电传感器的控制,在遇到某一障碍物时影响其正常运动轨迹后会改变一定的夹角,进一步继续移动,每次遇到障碍物机器人都会以这样的夹角来移动,这样他可以很大程度上躲开障碍物的影响另外此款机器人可以根据不同的周围环境进行不同清洁程序的选择,这样可以很大程度上将脏污地面进行清洁干净。因为这款智能机器人有着多达四种清洁程序的服务性质的机器人。其整个运行原理为当遇到不同程度脏污的地面时,可以调整其不同情况下的清洁程序,另外内部设置有光敏传感器,其存在的意义在于当智能机器人移动过程中遇到像楼梯和台阶这样的障碍物时能够很大程度上的进行避让以至于正常进行工作。另外此款机器人的外观设计也是十分的人性化,外

11、形为扁平状的机身,这样设计的目的是能够将茶几、沙发、床等物品下部的狭小空间予以清理。另外再此种机器人的充电站有五中功能,包括充电、垃圾的清理.、不同工作模式合理选择、工作时间的设定以及自带红外线发射功能。充电站的工作原理为不停的发射红外线并通过导航信号予以补充进行对机器人实现指示充电和自动完成充电功能和垃圾处理功能。同时还能根据使用者的不同需求以指示机器人进行不同功能的操作。如图1-3所示：图1-3RC3000清扫机器人及其充电站2002年年初,世界著名的企业松下电器用了自己大量的研发人员经过多次改进最终成功的研发出了一款较为成功的家庭实用型智能机器人。它在某种程度上可以实现多功能自动化的操作

12、2002上半年,此种类型的智能机器人的试制机就被推出。他可以通过对周围环境的分析计算将周围不同种类的垃圾进行分类清扫并处理。另外在此款智能清洁机器人上边还配置了能够避开障碍物的安全功能装置和感应墙壁炉这样热源的装置。在这款机器人身上安装了50多个传感器,他可以同时进行自移动和清扫工作。另外他有着一定的记忆功能,也就是在他正常工作时第一步他会沿着墙边进行一周清扫,将房间的形状进行记忆,之后如果在移动工作的过程中遇到障碍物可以轻松的绕过障碍物进行灵活自如清扫工作,另外一旦完成整个室内的清扫工作后其会自动停止工作。此种机器人清扫不同面积的房间需要不同的时长,像一般的日式房间需要大概9分钟,这种速度是

13、一个成年人打扫同面积大小的空间的1-1.5倍时间。另外他对整个空间的清洁面积有很大的清扫率,能够清扫整个空间的92-93%,智能清洁机器人工作期间能够很好的避开障碍物的工作原理就是通过光和超声波传感器的配合使用进行距离和障碍物的确认及规避。机器人的移动姿势可以稳定在某一个方向进行直线运动,这是在内置回转传感器的协助下实现的。如果让其在地毯上进行工作,由于地毯本身有花纹的存在,所以清洁机器人会沿着对应的花纹运动,从而体现出来的结果就是,轨迹为弯弯曲曲的。为了避免这种情况的发生,贵司在此种机器人内部配置了可以掌舵的方向传感器。他可以很大程度上检测出因为地毯花纹对运行轨迹产生的影响,从而将这种影响降

14、低到最小程度。使得机器人能够按照正常轨迹进行运动。另外,此款机器人不仅配置了落差传感器以防止清洁机器人从高处滚落下来,另外还配置了可以感知热源的热源传感器避免机器人遇到热源被损坏的风险。此种机器人正常工作时对距离有一定的要求,与障碍物之间的距离应该大于10厘米的范围,与热源的距离应该控制在50厘米以外。2003年11月,三星科研团队面向市场推出了一块自动化程度非常高的智能机器人,整个科研团队赋予它VC-RP30W代号予以称呼。如图16所示：图1-6三星机粉人Ve-RP30WFigI6RobotSamsungVcRP30WVC-RP30W的定位在技术层面上是需要3D地图技术进行技术支持的。正如前

15、文所叙述的那样,智能机器人在工作初始状态会在工作范围内进行整个边缘进行记忆性运动,接着他会通过自己内存的位置信息进行计算从而躲避障碍物。另外VC-RP30W会自动改变方向以便进去接下来正常的工作当其遇到死角或者是无法跨越的障碍物时。该种机器人还有着一项非常强大的功能就是,他可以通过自己的智能计算能力对日常生活垃圾和特殊垃圾进行分类处理。还可以根据人未因素进行不同程度不同功能的作业模式。作业模式一旦设定,即使主人不在其身边,智能机器人也可正常进行作业将房屋打扫干净。真正的使用过程中,智能清洁机器人不仅可以在程序上进行设定,同时也可以通过下载一定的软件对该智能机器人进行绑定以便于进行远程操作控制机

16、器人的工作情况。给此机器人充满电之后正常情况下他可以工作将近一个小时,一旦系统发现自身电量不足,他可以根据自身内置程序回到原来充电位置进行充电操作。回充电桩进行充电的智能操作是在自身生成的3D地图上予以实现的。1.2.2国内产品研究状况在我国,像华南理工大学、上交大、哈工大等这些985/211名校到位,他们对智能机器人的研究可谓是风生水起,他们有大量的数据作为理论支撑,最终也得到了不错的研究成果。同时在以下几个方面也得到了不同成都的提升:1.机器人在传感器技术方面的应用得到了一定的提升。2.智能机器人工作起来主要智能化提现出来的定位导航以及路径规划方面的软件系统也能后得到一定的进步。3.为智能机器人正常工作提供动力保障的电源及电源管理系统也