家庭清洁机器人设计(毕业答辩)

家庭清洁机器人设计指导教师：xxxxx汇报人：xxxx班级：xxxxx题目：家庭清洁机器人设计•研究目的：本课题旨在于开发一部价格便宜，全区域覆盖，能够充分满足家庭需求且方便适用的智能家庭清扫机器人，使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家庭生活电气化、智能化。课题设计的工作内容和要求：•运行机构形式：轮式•最高行进速度：0.5m/s•转弯半径：0•高度：100mm•宽度：400mm•清洁方式：吸尘、刷扫•一次充电连续工作时间：0.5小时•警示方式：LED闪光•具有自动路径规划、避障功能•具有自动充电装置清洁机器人总体设计构想•家庭清洁机器人系统通常由四个部分组成:移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。•由于所学知识和时间有限，本次设计侧重于对机器人机械部分的设计。•该机器人机械部分主要有以下四部分组成：（1）行走机构（2）清扫机构（3）吸尘机构（4）擦地机构清洁机器人整体外观图机器人组成结构图机械结构组成分析•2个行走驱动轮及驱动电机：保证机器人能够在平面内移动；•清扫机构：用两个电机带动两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动；•吸尘机构：制造强大的吸力，将灰尘吸入灰尘存储箱中；•擦地机构：在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦除残留在地面上的细小灰尘，保证清洁工作的质量。设计重点和难点•在宽400高100的体积下，清扫机构，行走机构，吸尘机构和储存垃圾机构的设计和布置。•因为还要求所设计的机器人具有避障功能，所以其外形设计也应该仔细考虑。•清扫后的垃圾如何处理，以及如何布置吸尘设备。机器人总体外形设计通过查阅资料，初步把机器人的外形设计为长宽均为400mm高为100mm的长方体，但发现周边有棱角的机器人在躲避障碍物是很不便，非常容易碰到障碍物，而圆形物体则比较容易避开障碍物。因而最终把机器人的外形设计为圆盘形。机器人行走机构设计•机器人移动机构按结构分有轮式、履带式和步行式等。•轮式和履带式机器人适合条件较好的地面，而步行机器人则适合于条件较差的路面。•课题研制的自主清洁机器人工作在环境较好的室内，所以采用轮式移动机构较为适合。•轮式移动机器人一般有三轮、四轮和六轮。•三轮结构则比较简单，能够满足一般的需求，应用也比较广泛。•四轮的稳定性好，承载能力较大，但结构较复杂;•六轮与四轮类似，只不过有更大的承载能力和稳定性。•三轮移动机器人来说，重心都比较低，载荷稳定且中心位置基本不发生变化，所以采用三轮结构就能满足要求。三轮转向装置的结构选择结构类型：•铰轴转向式:•差速转向式:优缺点分析：•铰轴转向式控制简单，但精度不是太高;•差动转向式控制复杂，但精度较高。结论：•考虑到本课题清洁机器人将来作为服务型机器人使用，在控制方式上应达到一个较高层次。•采用差动转向式比较好，并且其运动和转向的精度也高些，以便为以后的避障和轨迹规划打下一个良好的基础。清洁机器人最终行走机构图•本系统的移动机构最终采用是三轮差速转向式•机器人采用两直流电动机独立驱动左右两轮的差动方式，控制简单、精确、易于实现•可以方便地实现吸尘机器人的前进、左转、右转、后退，以及调头等功能•清洁机器人能够在任意半径下，以任意速度实现转弯，甚至可以实现零转弯半径清扫机构法案论证•方案一：电机带动斜齿轮1，斜齿轮1带动斜齿轮2，斜齿轮2带动斜齿轮3，斜齿轮上的轴连接滚刷，进而实现清扫；•优缺分析：易于安装，传动平稳，但是斜齿轮所占的面积非常大，如此，则会占用大量空间，使其它几个单元有些部分将放置不下，从而超出所要设计的尺寸；（一）清扫机构方案论证（二）•方案二：电机带动锥齿轮，锥齿轮1带动锥齿轮2，由锥齿轮2上的轴连接滚刷，进而实现清扫；•优缺分析：锥齿轮传动不如斜齿轮平稳，同时锥齿轮一所占的体积也比较大，因而选用锥齿轮的弊端也很大。清扫机构方案论证•方案三：电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮的轴上分别接刷子，从而实现清扫；•优缺分析：要使机器人的刷子能够扫到墙壁的边缘且没有工作盲区，则会：•则需直径至少为200mm的刷子；•要求蜗轮和蜗杆的中心距就至少为100mm；•蜗轮蜗杆的尺寸都比较大；•虽然能够放置下，但总体装置就比较笨重，机器人重量也很大，负担增大。（三）清扫机构方案论证•方案四：电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮分别接皮带轮，皮带轮上的轴接刷子，从而实现清扫；•优缺分析：基于方案三，通过两边加皮带轮这个结构缩小了蜗轮蜗杆的中心距，减小了机器总重量，且有利于其它机构的安装。•最终结论：因而选择方案四为本次设计的清扫机构。（四）吸尘机构的设计•风扇固定在垃圾储藏室上壁，在风扇上罩一个薄壁腔。•在薄壁腔上方开一个圆孔，以便于空气的排出。•在垃圾储藏室上壁开两个小长方孔，在方孔下加上一个隔尘罩。•通过风扇的旋转带动垃圾储藏室内的空气流动，又通过储藏室内的管腔将刷子清扫引起的尘土吸附进来，带尘土的空气通过防尘罩将尘土挡到垃圾储物室内，较干净的空气则通过吸尘室上壁腔的圆孔排带大气中去。从而实现吸尘的目的。垃圾收集处理机构设计•初设计：•通过电机带动和电机相连的齿轮，齿轮通过带动和其配对的大齿轮带动轴2，旋转，从而使轴2另一端上固定的大齿轮带动和其相连的小齿轮旋转，进而使垃圾收集挡板作扬起动作，将垃圾倒入其后面的垃圾储藏室。（一）垃圾收集处理机构设计（二）方案分析：•垃圾收集挡板的扬起放下动作通过控制电机的正反转来控制；•但是此种结构所占的空间比较大；•设计的家庭清洁机器人空间有限，如果采用此种结构，将导致其它一些机构无法放置。结论：方案不可行，需改进挡板放置方式垃圾收集处理机构设计（三）•改进装置：垃圾收集处理机构设计（四）改进说明：•垃圾储藏室安放在机体的最前边，其前端用销钉连接一个可以绕着销钉旋转的垃圾收集挡板；•挡板用厚度为1mm的钢板制成，表面光滑，刷子旋转可将垃圾通过垃圾收集挡板扫到垃圾储物室；•在储物室末端，做一个和储物室相匹配的拉门，其上端用螺钉从外壁拧入挂住在里边，便于倾倒垃圾。清扫机构固定件装置设计•清扫部分是家庭清洁机器人的最重要的部分，为了减轻机器质量，使用更方便，故设计了清扫机构的固定件，既满足了工作要求又减轻了机体的质量。机器人大体布局总图总结•该设计-清洁机器人总体结构设计如上所述，总体来说，该设计方案具体可行，但仍有一些地方还需进一步改进，如垃圾收集处理机构等，多谢各位老师能提出改进方案！致谢感谢我的指导教师——xxx老师、感谢我的同学和朋友，在我做设计的过程中给予我了很多有用的素材和热情的帮助。由于我知识水平有限，所做设计和编写的论文难免有不足之处，恳请各位老师给予批评和指正！我会再接再励，虚心求教，不断完善这次设计。