自動掃地機(jī)器人

1、工程導(dǎo)論 題 目：自動掃地機(jī)器人 組 長：史亞龍 組 員：董祥軍, 郝成祥, 孔 超, 李曉強(qiáng), 李喆人, 任 杰, 王 軒，魏 劍, 費(fèi)沈揚(yáng)，王 健 班 級：12FH 專 業(yè)：機(jī)械工程及自動化 學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院 入學(xué)時間：2012級 指導(dǎo)教師：何亞飛 日 期：2013年1月14日目錄1緒論11調(diào)查研究12概念構(gòu)思 23功能與原理設(shè)計34成本核算45營銷手段56致謝67 附錄71 緒論自動清掃機(jī)器人是當(dāng)今服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域一個熱門的研究方向。從理論和技術(shù)上講，自動清掃機(jī)器人比較具體地體現(xiàn)了移動機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性，從市場前景角度講，自動清掃機(jī)器人將大大降低勞動強(qiáng)度、提高勞動效

2、率，適用于賓館、酒店、圖書館、辦公場所和大眾家庭。因此開發(fā)自動清掃機(jī)器人既具有科研上的挑戰(zhàn)性又具有廣闊的市場前景。1 調(diào)查研究在日本，東日本鐵路公司、shinko電器公司和Howa工業(yè)有限公司聯(lián)合研制了車站地面清掃機(jī)器人，機(jī)器人可沿墻壁從任何一個位置自動啟動，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入白帶容器中，日本靜甲株式會社的清水工廠開發(fā)出一種自動清掃機(jī)器人，可用于各種工廠的清掃工作。機(jī)器人采用光纖陀螺控制方向，采用編碼器和超聲波傳感器測距， 采用光學(xué)探測器探測障礙物 機(jī)器人的四周裝有橡膠墊， 橡膠墊內(nèi)部裝有觸覺傳感器， 一旦機(jī)器人與人接觸， 觸覺傳感器信號會使機(jī)器人停下來1以保證人的安全Br-3這些

3、應(yīng)用還都是用于工業(yè)或者公共的場合， 真正具有里程碑意義的是2002年9月清潔機(jī)器人“Roomba”美國面市， 這是一款面向家庭的機(jī)器人。重約2kg直徑為 762mm， 具有高度自主能力， 可以游走于房間各家具縫隙間， 靈巧地完成清掃工作， 據(jù)說這是將用于軍事的“躲避地雷的移動技術(shù)，'應(yīng)用到了吸塵器上。“Roomba”的動作有點(diǎn)遲緩， 但卻能穩(wěn)定 安全地完成任務(wù) 由于能夠在完成任務(wù)后自動切斷電源， 所以可以在外出期間讓“Roomba”在家進(jìn)行清掃 英國 法國和澳大利亞也都推出過清潔機(jī)器人產(chǎn)品 在國內(nèi)，對清潔機(jī)器人相關(guān)技術(shù)如機(jī)器感知、機(jī)器人導(dǎo)航和定位與路徑規(guī)劃 機(jī)器人控制、電源與電源管理、

4、動力驅(qū)動等技術(shù)的研究， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校，也對清潔機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果，這些都為清潔機(jī)器人的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。2概念構(gòu)思總體方案是設(shè)計一個自主控機(jī)器人，在一個模擬的平面結(jié)構(gòu)內(nèi)運(yùn)動，移動機(jī)器人本體，完成自主移動、避障功能。盡快遍歷每一個角落，完成任務(wù)，這個工作受多個因素的影響。其中在現(xiàn)實(shí)生活中清潔機(jī)器人清理的過程中，利用了機(jī)器人自身的傳感系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)和自主蔽障系統(tǒng)等。整個系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。采用的技術(shù)主要有：1路徑規(guī)劃技術(shù)：路徑規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人所感知到的工作環(huán)境信息,按照某種優(yōu)化指標(biāo),在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃出

5、一條與環(huán)境障礙無碰撞的路徑,并且實(shí)現(xiàn)所需清掃區(qū)域的合理完全路徑覆蓋,其實(shí)質(zhì)就是移動機(jī)器人運(yùn)動過程中的導(dǎo)航和避碰。 2多傳感器融合技術(shù)：為了讓吸塵機(jī)器人正常工作,必須對機(jī)器人位置、姿態(tài)、速度和系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,還要感知機(jī)器人所處工作環(huán)境的靜態(tài)和動態(tài)信息,使得吸塵機(jī)器人相應(yīng)的工作順序和操作內(nèi)容能自然地適應(yīng)工作環(huán)境的變化。吸塵機(jī)器人采用了4個傳感器,有效地把傳感器觀測信息進(jìn)行融合處理,從而使機(jī)器人獲得最大量的外部環(huán)境信息,運(yùn)用傳感器融合技術(shù)對提高移動機(jī)器人定位、障礙物識別、環(huán)境建模、避障的精度等具有重要作用。 3電源技術(shù)：移動電源需同時為移動機(jī)構(gòu)提供動力,為控制電路提供穩(wěn)定的電壓,為吸塵操作模塊

6、及傳感觀測模塊提供能源等。電源在放電過程中具備:保持恒定的電壓 內(nèi)阻小以便快速放電 可充電;成本低等特點(diǎn)。依托以上關(guān)鍵技術(shù),可實(shí)現(xiàn)以下產(chǎn)品功能:1定時清掃2.當(dāng)機(jī)器被卡住會自動擺脫3.支持遙控。4.虛擬墻感應(yīng)5.邊角清掃程序。6.不重復(fù)清潔、不留死角和樓梯防摔自保功能。3 功能與原理設(shè)計家用智能清掃機(jī)，包括控制器、傳感器、電機(jī)與動力傳動機(jī)構(gòu)、電源、吸塵器、電源開關(guān)等，在清掃機(jī)的頂部設(shè)有超聲波距離傳感器；清掃機(jī)底部前方邊沿安裝有接近開關(guān)，接近開關(guān)與超聲波距離傳感器一起，構(gòu)成清掃機(jī)測距系統(tǒng)；清掃機(jī)裝有直流電機(jī)；在清掃機(jī)的底部安裝有吸塵器機(jī)構(gòu)。自動清掃機(jī)器人的功能是自動完成房間空曠地面尤其是家居空曠

7、地面的清掃除塵任務(wù)，打掃前，要把房間里的物體緊靠四周墻壁，騰出空曠地面。清掃機(jī)完成的主要功能：能自動走遍所以可進(jìn)入的房間，可以自動清掃吸塵，可在遙控和手控狀態(tài)下清掃吸塵。本論文所研究的自動清掃機(jī)器人的總體布局方案如圖所示，后兩輪為驅(qū)動輪，前輪為轉(zhuǎn)向輪?？紤]到機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用的實(shí)用性，本驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計成一個獨(dú)立的可方便替換的模塊，當(dāng)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障時，只需簡單步驟就可以對驅(qū)動部分進(jìn)行替換。同時為了機(jī)器人能夠靈活的運(yùn)動，從動輪選用萬向輪。下圖為該掃地機(jī)器人的演示圖:整個吸塵器原理上可以分為五個主要部分：傳感器部分、控制器部分、驅(qū)動部分、吸塵部分和電源部分。各部分的原理及具體功能實(shí)現(xiàn)如下： 傳感器

8、部分(1) 超聲波測距超聲波是一種一定頻率范圍的聲波。它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。利用這一特性，就可 以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之間的時間間隔，從而達(dá)到測量距離的作用。在掃地機(jī)器人中，避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測距的原理。它的傳感器部分由兩對（每對包括一個發(fā)射探頭和一個接收探頭）和六個超聲波傳感頭組成。當(dāng)超聲信號向外發(fā)射，該信號遇到障礙物時，產(chǎn)生反射波，這一反射波被接收探頭接收后，根據(jù)前述測距的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠(yuǎn)近；同時，根據(jù)信號的幅值大小，也可以初步確定障礙物的大小。（2）探測范圍的確定由于每一個超聲波探頭都有一定的指向性

9、，所以在測量時必然存在盲區(qū)。因此，兩對傳感器以一定的尺寸分布在吸塵器的前端，從而使傳感器測量的范圍包含整個吸塵器所必須經(jīng)過的空間。2控制器部分自動清掃機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件主要是以單片機(jī)AT89C51作為核心，輔助其外圍電路、電機(jī)驅(qū)動電路、傳感器檢測電路以及紅外遙控電路等，各模塊在單片機(jī)的控制下，相互協(xié)調(diào)工作，保證自動清掃機(jī)器人各種功能的實(shí)現(xiàn)。下圖為清掃機(jī)的硬件系統(tǒng)：3 驅(qū)動部分采用直流電機(jī)對機(jī)器人的兩后輪進(jìn)行驅(qū)動。后輪驅(qū)動的好處是：轉(zhuǎn)向性能得到改善。前輪是轉(zhuǎn)向輪，使得轉(zhuǎn)向時的行駛方向容易控制，不容易出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向安全性也得到提高。為了保證小車良好的直線性，可采用雙電機(jī)驅(qū)動左右兩輪的方式

10、，且在車體的前端裝有一個不銹鋼萬向滾珠，這樣可以使小車獲取較好的機(jī)動性和靈活性。底盤采用鋁合金框架，以增大其堅(jiān)固性，減輕重量通過內(nèi)置驅(qū)動器驅(qū)動兩主動輪，前端被動輪用于輔助轉(zhuǎn)向，其三角設(shè)計便于保持機(jī)器人運(yùn)行時的穩(wěn)定。4 吸塵部分 擋塵板左右上角的起塵刷負(fù)責(zé)把灰塵或者紙屑推到后面，由清掃電機(jī)配合吸塵風(fēng)機(jī)把其掃入最后的集塵室中，實(shí)現(xiàn)廢物的清掃。在車身的最后還設(shè)計了一個抹地機(jī)械手，進(jìn)一步達(dá)到清潔的目的，機(jī)械手下帶有灑水除塵裝置，機(jī)械手上面的水箱帶有一個用伺服電機(jī)控制的門，用來控制灑水量。（還在設(shè)想階段）4 成本核算通過對各個部分所需要零件的價格統(tǒng)計進(jìn)行計算得出，該自動掃地機(jī)器人成本在800元900元之

11、間，相對于目前市場上的其他掃地機(jī)器人來說，本產(chǎn)品的成本較低，但是其性價比還是很高的！5 營銷手段通過對我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計的產(chǎn)品的研究分析，以及和業(yè)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的比較之后，我們找到了自己產(chǎn)品的優(yōu)勢所在，即：一：成本低。設(shè)計原理簡單，零件較少，通過簡單的流水線作業(yè)即可大規(guī)模生產(chǎn)，因此生產(chǎn)成本相對于進(jìn)口的機(jī)器少之又少。二：垃圾盒容量大。內(nèi)部結(jié)構(gòu)分配合理，剩下足夠的空間來儲存垃圾，較市場上類似產(chǎn)品，提高了一定的競爭力。三：三毛邊刷提高了效率。保證了在清掃過程中能夠集中清理前方及左右兩方的灰塵、垃圾，清潔效率大大提高。四：驅(qū)動部分設(shè)置簡潔，但不失其功能。仿造坦克轉(zhuǎn)彎原理，設(shè)計成可以隨意360°旋轉(zhuǎn)清掃

12、灰塵的驅(qū)動輪了解了自身產(chǎn)品所具有的優(yōu)勢之后，我們又對自動掃地機(jī)器人的市場進(jìn)行了分析，比如了解到iRobot Roomba（是由美國iRobot公司生產(chǎn)自動掃地機(jī)器人）在國內(nèi)的市場并不理想，我們團(tuán)隊(duì)分析之后認(rèn)為，其失敗原因有二，一是：其錯誤的營銷策略。二是其不溫不火的推廣方式再加上其天價，因此在國內(nèi)的銷量并不出彩。而相對于iRobot Roomba來說，我們的價格占據(jù)絕對優(yōu)勢，產(chǎn)品也不失其智能的功能，因此，我們有絕對的信心在產(chǎn)品推出后取得良好的市場表現(xiàn)。鑒于產(chǎn)品的以上特點(diǎn)，我們制定了相應(yīng)的營銷策略。營銷簡單的講就是：通過某種方式讓更多的人了解產(chǎn)品然后產(chǎn)生購買欲望。鑒于產(chǎn)品的以上特點(diǎn)，我們制定了相

13、應(yīng)的營銷策略。第一步：用盡一切可能方式讓人們了解我們的產(chǎn)品。如：1、通過銷售地本地的媒體，進(jìn)行媒體宣傳，這包括電視媒體、平面媒體、及網(wǎng)絡(luò)媒體等。(1)電視媒體。廣告拍攝成功后投放到當(dāng)?shù)仉娨暸_上邊，進(jìn)行宣傳。(2)平面媒體。主要是當(dāng)?shù)貓罂@種形式的宣傳相對于產(chǎn)品的對象，家庭用戶來說，也不失為一種不錯的宣傳方式，因?yàn)楹芏嘀心耆硕加虚唸蟮牧?xí)慣。(3)網(wǎng)絡(luò)媒體。鑒于產(chǎn)品的營銷市場開始時主要為特定地區(qū)，因此不必選擇如百度推廣、谷歌推廣等大媒體。銷售地的貼吧招聘貼、銷售地官方信息網(wǎng)、作為最佳選擇。(4)廣告牌。選擇在銷售地設(shè)立路邊廣告牌、高立柱廣告牌、箱、霓虹燈廣告牌、LED看板等進(jìn)行宣傳。2、銷售地進(jìn)

14、行刷單投放、現(xiàn)場促銷。（1）前期的刷單投放，即宣傳單。這種面對面的宣傳方式，既減少了宣傳成本，又保證了產(chǎn)品的宣傳力度。（2）現(xiàn)場促銷。我們將采用限時折扣、贈品促銷、免費(fèi)試用等促銷方式。以此來達(dá)到擴(kuò)大銷售額、推動銷售以及增強(qiáng)品牌的潛意識滲透的目的。第二步:訂單執(zhí)行。在吸引了客戶之后，接下來要做的就是訂單執(zhí)行，也就是銷售了，這個銷售在企業(yè)發(fā)展的初級階段，始終是我們的工廠和公司來做，我們不尋找代理商，原因是我們不了解產(chǎn)品是否會獲得市場的認(rèn)可，這樣做可以降低我們的公司的風(fēng)險。因此，這樣的訂單執(zhí)行就是簡單的顧客與我們公司之間的直接交易。第三步：建立各地代理商。這樣做建立在市場對我們產(chǎn)品表現(xiàn)良好，也就是銷

15、售還可以。第四步：代理商和公司之間進(jìn)行訂單交易，公司不在進(jìn)行和客戶之間的直接交易。第五步：保留客戶，培養(yǎng)忠誠。在這個過程中，我們做了以下幾點(diǎn)一、機(jī)會的辨識。即我們把握了機(jī)會，發(fā)現(xiàn)了自動掃地機(jī)器人的市場還未飽和，因此我們團(tuán)隊(duì)才著手去設(shè)計了這款產(chǎn)品。二、新產(chǎn)品的開發(fā)。嚴(yán)格按照我們對產(chǎn)品的構(gòu)思，設(shè)計進(jìn)行了開發(fā)。三、對客戶的吸引。這是營銷過程中尤為重要的一個環(huán)節(jié)，因此我們也投入了大量的精力去做。四、建立代理商。這在企業(yè)的初級階段僅僅是一個構(gòu)想，一旦市場不認(rèn)可我們的產(chǎn)品，這個階段也是沒必要去做的。五、保留客戶，培養(yǎng)忠誠。這里的客戶不僅僅是指終端客戶，即消費(fèi)者。也包括我們的代理商，處理好企業(yè)和代理商之間的

16、關(guān)系，也是我們企業(yè)以后能夠長期穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。我們也將按照這個過程去進(jìn)行產(chǎn)品的銷售，當(dāng)然其中也可能會存在一些突發(fā)的事件，這就需要我們?nèi)ジ摹f(xié)調(diào)我們的營銷策略。以便更好的達(dá)到預(yù)定效果。6 致謝感謝百度文庫提供的部分資料（以及參與問卷調(diào)查的所有同學(xué)和全體組員的辛勤勞動與親密配合！7 附錄“智能性”家用掃地機(jī)器人調(diào)查問卷1 你家中是否使用過同類型產(chǎn)品？A.是 B.不是 2.你是否愿意使用此產(chǎn)品？A.愿意 B.不愿意3.你喜歡的此產(chǎn)品的外形？A.圓形 B.水滴型 C.其他4.你所認(rèn)同的制造材料A.鋁合金+橡膠 B.工程塑料 C.其他5.你所認(rèn)同的充電方式A.直充 B.干電池 C.太陽能充電 D.其他6.可接受的承受范圍A.100以下 B.300500 C.6001000 D.1000以上7.顏色A.紅 B.橙 C.黃 D.綠 E.青 F.藍(lán) G.紫 H.白 T.黑色8.信息反饋A.顯示屏 B.指示燈 C.聲音9.家中的地板A.木板 B.大理石 C.水泥10.你覺得本產(chǎn)品的適用人群A.學(xué)生 B.80后 C.90后 D.老