机械毕业设计论文家用清洁机器人设计(编辑修改稿)

机械毕业设计论文家用清洁机器人设计(编辑修改稿)内容摘要：

为服务载体具有更好的功能适应性；在拥挤环境下的实时避障功能，能更好地适应不断变化的清扫工作环境；遥控操作和自主运动两种运行方式；吸尘机构可实现吸尘腔路的自动转换，提高了吸尘效率。 浙江大学于 1999 年初在浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘机器人的研究，两年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人。 这种智能吸尘机器人工作时，首先进行环境学习：利用超声波传感器测距，与墙保持一定距离行走，在清洁这些角落的同时获得房 间的尺寸信息， 5 从而决定清扫时间；之后，利用随机和局部遍历规划相结合的策略产生高效的清扫路径；清扫结束以后，自行回到充电座补充电力。 吸尘机器人在 的实际家庭环境中，工作 10 分钟可以达到 90%以上的覆盖率。 更大房间的清扫试验还没有进行。 目前，系统 正在引入机器视觉和全局定位功能，力图在多房间环境下，提高自定位能力、智 能决策能力以及回归充电效率，最终提高清扫效率。 KV8 保洁机 器人是今年在市场以低价位卖得比较火的一款产品， 也是国内首个产品化清扫机器人。 它广泛用于家庭、办公和娱乐场所，以及其它一 些人员不便进入的地方。 KV8 能够通过自身的碰撞传感器来实现随机的清扫和碰撞处理，需要人工对其电池进行充电，有三种工作模式可以选择，在启动时伴有音乐声。 吸尘机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，实现室内环境（地面）的半自动或全自动清洁，替代传统繁重的人工清洁工作，近年来已受到国内外的研究人员重视。 作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化自主式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。 从市场前景角度讲，自主吸尘器将大大降低劳动强度 、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。 因此，开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性，又具有广阔的市场前景。 融合现代传感器以及机器人领域的关键技术，本课题旨在开发一部价格便宜，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，使科技更好地为人类服务。 6 2 家用清洁机器人的关键技术 全自主吸尘器通常可由 5个主要部分组成：控制器部分、行走驱动部分、传感器部分、吸尘部分和电源部分。 行走驱动部分是吸尘机器人的 主体，决定了吸 尘器的运动空间，一般采用轮式机构。 传感器部分一般采用超声波测距仪、接触和接近传感器、视觉传感器、红外线传感器和 CCD摄像机等。 这种吸尘器实际上融合了移动机器人和吸尘器技术，故称为智能吸尘器或吸尘机器人。 随着近年 来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展，吸尘机器人控制系统的研究和开发己具备了坚实的基础和良好的发展前景。 目前发展较快、对吸尘机器人发展影响较大的关键技术是：传感器技术、环境建模、定位、路径规划技术。 传感器是机器人的感觉器官，负责采集 外界环境和自身状态的信息。 根据采 集信息的种类可以分为内传感器和外传感器。 内传感器负责采集系统自身状态的 信息，包括编码器、陀螺仪、电子罗盘等。 外传感器负责采集系统外部信息，包 括 CCD视觉传感器、激光雷达、超声波传感器、红外传感器、接触和接近传感 器。 超声波、红外和接触传感器，具有价格低廉、工作可靠、速度快的优点，广 泛应用于机器人的局部无碰撞导航。 激光雷达是应用较为广泛的一种全局信息获 取手段，可以进行定位和环境建模，但是所提供的信息不全面，并且价格较高， 限制了其应用范围。 而 CCD器件可以提供类似 人类的视觉信息，随着技术的发 展，其价格越来越低，在车牌识别、人脸识别、无人监控、遥感图像等领域得到 越来越广泛的应用。 但是图象处理的数据量大，算法复杂，特征提取和深度信息 回复困难，所以在机器人视觉方面的应用还是有限的。 随着集成电路的发展和计 算机视觉的深入研究， CCD 视觉传感器必将成为机器人环境感知的主要来源， 同时促使机器人智能产生飞跃。 吸尘机器人的路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息 ,按照某种 优化指标 ,在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径 ,并且实现所 需清扫区域的合理完全路径覆盖。 机器人路径规划研究开始于 20 世纪 70 年代 , 目前对这一问题研究仍旧十分活跃。 其主要研究内容按机器人工作环境不同可分 为静态结构化环境、动态已知环境和动态不确定环境 ,按机器人获取环境信息的 方式不同可以分为基于模型的路径规划和基于传感器的路径规划。 对运动规划问题 ,目前有具体的解析算法。 但由于解析算法牵涉到复杂的椭 圆积分问题 ,实现起来依然具有相当的难度。 根据机器人 7 对环境信息知道的程度 不同 ,可以分为两种类型 :环境信息完全知道的全局路径规划和环境信息完全未 知或部分 未知 ,通过传感器在线地对机器人的工作环境进行探测 ,以获取障碍物 的位置、形状和尺寸等信息的局部路径规划。 全局路径规划包括环境建模和路径 搜索策略两个子问题。 其中环境建模的主要方法有 :可视图法 (VGraph)、自由空 间法 (Free Space Approach)和栅格法 (Grids)等。 真空吸尘器是由高速旋转的风扇在机体内形成真空从而产生强大的气流 ,将尘埃和脏物通过吸口吸入机体内的滤尘袋内。 吸尘系统包括滤尘器、集尘袋、排气管以及其他一些附件。 其吸尘能力取决于风机转速的大小。 最近 ,澳大利 亚 Jetfan 公司又开发出采用新原理的气流滤尘器。 这个吸尘器是一个全封闭系统 , 既无外部气体吸入 ,也无机内气体排除 ,所以就无需滤尘器、集尘袋、排气管等附件。 其原理是利用附壁效应去形成低压涡流气体 ,最后将沉渣截留于吸尘器内的涡流腔内。 在英国 Dyson 公司最近推出的 DC06 型智能吸尘器中就采用了这种技术。 吸尘技术的基本结构按功能分为五个部分： 动力部分：吸尘器电机和调速器。 调速器分手控、机控。 电机：有铜线电机和铝线电机之分。 铜线电机有耐高温、寿命长、单次操作时间长等优点，但价格较铝线比较高；铝线电 机有着价格低廉的特点，但是耐温性较差、熔点低、寿命不及铜线长。 ：尘袋、前过滤片、后过滤片。 按过滤材料不同又分：纸质、布质、 SMS、海帕（ HEPA 高效过滤材料）。 ：收放线机构、尘满指示、按钮或滑动开关。 4．保护措施：无尘袋保护、真空度过高保护、抗干扰保护（软启动）、过热保护、防静电保护。 吸尘原理：吸尘器的风机叶轮在电动机高速驱动下，将叶轮中的空气高速排 出风机，同时使吸尘部分内空气不断地补充进风机。 这样不妨与外界形成较高的压差。 吸嘴的尘埃、脏物随空气被吸入吸尘部分，并经过 漏器过漏，将尘埃、脏物收集与尘筒内。 移动电源在吸尘机器人中的地位十分重要 ,可以说是它的生命源。 移动电源需要同时满足吸尘机器人的多种能源需要 ,如为移动机构提供动力 ,为控制电路提供稳定的电压和为吸尘操作模块提供能源等。 在这一领域 ,一般采用化学电池作为移动电源。 理想的电源应该能够在放电过程中保持恒定的电压、内阻小以便 快速放电、可充电以及成本低等。 但实际上没有一种电池可同时具备上述优点 ,这就要求设计人员选择一种合适的电池 ,尽可能增加吸尘机器人的不间断工作时间。 8 3 家用清洁机器人的机械设计 整个机器人的机械结构可以分为： 2 个后轮驱动系统，前轮系统，吸尘系统。 外形设计 根据家庭清洁机器人的设计要求，本次设计的机器人应该包括清扫机构、行走机构、吸尘机构，其中清扫机构的设计尤为重要。 通过在网上搜索一些相关资料，初步把机器人的外形设计为长宽均为 400mm 高为 200mm 的长方体，但是后来发现所设计的结构的不合理之处，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。