畢業(yè)答辯-自動清掃機器人的設(shè)計

自動清掃機器人的設(shè)計答辯學(xué)生：

研究內(nèi)容1.自動清掃機器人的工作原理和流程；2.自動清掃機器人的整機方案；3.自動清掃機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計；4.自動清掃機器人的控制系統(tǒng)設(shè)計；

工作原理驅(qū)動工作原理：電機帶動動力輪運動，實現(xiàn)機器人的移動。清掃工作原理：機器人側(cè)前方旋轉(zhuǎn)的邊刷將垃圾清理至滾動主刷的工作范圍內(nèi)，主刷高速旋轉(zhuǎn)，帶動空氣高速運動，進(jìn)而將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)部。工作原理

工作流程第一點通過鍵盤或者遙控器啟動機器人，開始清掃工作；第二點機器人工作時，清掃系統(tǒng)開始清掃工作，吸塵系統(tǒng)開始吸掃；第三點控制系統(tǒng)傳感模塊采集外部信息，處理器分析和決策行走路線，行走方向控制動力輪差速調(diào)節(jié)。整機方案設(shè)計整機設(shè)計1.整機采用成本低廉且經(jīng)久耐用的塑料作為材料，并進(jìn)行噴漆噴塑處理；2.為了避免與障礙物產(chǎn)生棱角碰撞，機器人外形設(shè)計則考慮為圓盤形。整機方案設(shè)計機器人：機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)三大部分。機械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)電機的軸上有錐齒輪和清掃刷，電機軸轉(zhuǎn)動，清掃刷和錐齒輪轉(zhuǎn)動，滾刷的錐齒輪帶動另一個錐齒輪轉(zhuǎn)動，帶動吸塵毛刷轉(zhuǎn)動機械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)1.電機帶動斜齒輪1，斜齒輪1帶動斜齒輪2，斜齒輪2帶動斜齒輪3，斜齒輪3上的軸連接滾刷，實現(xiàn)垃圾清掃。2.電機帶動錐齒輪1，錐齒輪1帶動錐齒輪2，錐齒輪2上的軸連接滾刷，實現(xiàn)垃圾清掃。機械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)3.電機帶動蝸桿，蝸桿兩端連接渦輪，兩個渦輪的軸上分別連接刷子，從而實現(xiàn)清掃。機械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)電機選用永磁直流無刷電機，特點：功率大;效率高;體積??；用銅量少等特點。適用于小型機器人，電動摩托車等。機械系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)滾刷的旋轉(zhuǎn)帶動垃圾儲藏室內(nèi)的空氣流動，又通過儲藏室內(nèi)的管腔將刷子清掃引起的塵土吸附進(jìn)來，帶塵土的空氣通過防塵罩將塵土擋到垃圾儲物室內(nèi)，較干凈的空氣則通過吸塵室上壁腔的圓孔排帶大氣中去，從而實現(xiàn)吸塵的目的。機械系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)的設(shè)計中將風(fēng)扇固定在垃圾儲藏室上壁，在風(fēng)扇上罩一個薄壁腔。在薄壁腔上方開一個圓孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲藏室上壁開兩個小長方孔，在方孔下加上一個隔塵罩。機械系統(tǒng)移動系統(tǒng)清潔機器人，三點確定一個平面，三輪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，重心低，載荷穩(wěn)定且中心位置不發(fā)生變化。機器人的行走機構(gòu)采用兩輪驅(qū)動，對稱分布在清掃機構(gòu)的后方。兩個輪子和刷子支撐機體，既節(jié)省材料，又可以使刷子和地面全面的接觸，從而清掃。在機器人轉(zhuǎn)彎時，通過控制行走機構(gòu)的兩個電機的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而控制兩個輪子，通過輪子的前后差速運動實現(xiàn)機體的轉(zhuǎn)彎半徑為0。機械系統(tǒng)移動系統(tǒng)三輪結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向裝置通常有兩種：（1）鉸軸轉(zhuǎn)向式：轉(zhuǎn)向輪裝在轉(zhuǎn)向鉸軸上，轉(zhuǎn)自電機通過減速器和機械連桿機構(gòu)控制鉸軸從而控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。（2）同步轉(zhuǎn)向式：在機器人的左右輪上分別裝有兩個驅(qū)動電機，控制左右輪的速度比實現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向。清掃機器人在控制方式上所以采用差動輪轉(zhuǎn)向式合理，運動轉(zhuǎn)向的精度高，該清掃機器人采用三輪同步轉(zhuǎn)向式結(jié)構(gòu)。機械系統(tǒng)GM27—320

1.微型直流減速電機，低轉(zhuǎn)速，大扭力。2.符合歐盟環(huán)保節(jié)能功耗要求，最小電流可至100mA3.軍品設(shè)計要求，超低靜音，最低噪音可至40dB控制系統(tǒng)傳感器分布

紅外傳感器在使用過程中容易受障礙物表面特性影響，表面顏色深的障礙物，檢測距離會縮短，單個超聲波覆蓋范圍有限，存在較大的盲區(qū)。故周圍布置多個紅外和超聲波傳感器來避障。但由于傳感器的本身特性，為避免因傳感器盲區(qū)而引起的碰掛問題，在機器人正前方另安裝一碰掛擋板和限位開關(guān)。當(dāng)發(fā)生碰撞時，碰撞擋板在撞擊力作用下向機器人車體方向移動，進(jìn)而觸發(fā)限位開關(guān)動作，機器人接收到限位開關(guān)信號便停止運動。控制系統(tǒng)總體流程圖

(1)啟動清掃機電源，使各模塊持續(xù)供電。

(2)啟動各電路模塊，啟動液晶顯示系統(tǒng)，以便顯示清掃機行進(jìn)速度及運行時間。

(3)當(dāng)接收到前進(jìn)指令時，啟動驅(qū)動系統(tǒng)。

(4)當(dāng)遇到障礙時啟動清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過程是整個清掃系統(tǒng)的關(guān)鍵，此過程包括清掃命令接收判斷及是否遇到障礙物判斷?？刂葡到y(tǒng)驅(qū)動流程圖1.設(shè)置寄存器、配置GPIO、定時器、A/D轉(zhuǎn)換器和外部中斷、啟動A/D轉(zhuǎn)換。2.檢測GPIO有沒有啟動信號,檢測到啟動信號后,從另一個GPIO發(fā)出控制信號給直流電機加電。3.讀取電流信號數(shù)據(jù),求平均值得到電機的電流值，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換,求出基波的頻率，再根據(jù)電機的具體型號乘以一個系數(shù)得到電機的轉(zhuǎn)速。4.把測試電流和轉(zhuǎn)速送給液晶顯示系統(tǒng)顯示清掃機行進(jìn)速度。5.啟動總線傳輸，把測試結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C,以對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析。控制系統(tǒng)清掃流程圖(1)紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光，光波在遇到障礙物后反射，被紅外接收管接收，產(chǎn)生對應(yīng)電流，放大后輸出模擬電壓，轉(zhuǎn)換后輸入單片機。(2)接觸傳感器，判斷其是否是清掃。若可清掃則單片機向清掃電機發(fā)出清掃指令，執(zhí)行清掃命令，若不可清掃，判斷其為墻角類障礙，此時累加器累加判斷為墻角的次數(shù)。(3)判斷墻角累加次數(shù)的奇偶，若為奇數(shù)則通過控制電機調(diào)速模塊來控制左右輪速度，控制清掃機行進(jìn)方向，使其左后轉(zhuǎn)行進(jìn)。若判斷為偶數(shù)，則使其右后轉(zhuǎn)行進(jìn)。鉛酸電池

特點：鉛酸電池是一