畢業(yè)答辯-自動(dòng)清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)定稿

自動(dòng)清掃機(jī)器人的設(shè)計(jì)答辯學(xué)生：

課題意義第一點(diǎn)全球人口銳減、老齡化程度加劇、勞動(dòng)力成本逐步上升；第二點(diǎn)社會(huì)節(jié)奏加快，人類思想擺脫無(wú)趣重復(fù)的體力勞動(dòng)；第三點(diǎn)提高勞動(dòng)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

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

工作原理驅(qū)動(dòng)工作原理：電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)進(jìn)而控制動(dòng)力輪運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)。清掃工作原理：機(jī)器人側(cè)前方安裝兩個(gè)邊刷，旋轉(zhuǎn)的邊刷將垃圾清理至滾動(dòng)主刷的工作范圍內(nèi)，主刷通過(guò)齒輪傳動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)空氣高速運(yùn)動(dòng)，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(diǎn)通過(guò)鍵盤(pán)或者遙控器啟動(dòng)機(jī)器人，開(kāi)始清掃工作；第二點(diǎn)機(jī)器人工作時(shí)，清掃系統(tǒng)開(kāi)始清掃工作，吸塵系統(tǒng)開(kāi)始吸掃；第三點(diǎn)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(dòng)力輪差速調(diào)節(jié)。整機(jī)方案設(shè)計(jì)整機(jī)設(shè)計(jì)1.整機(jī)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(jī)器人外形設(shè)計(jì)則考慮為圓盤(pán)形。整機(jī)方案設(shè)計(jì)機(jī)器人：機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)三大部分。機(jī)械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)機(jī)器人側(cè)前方安裝兩個(gè)邊刷，旋轉(zhuǎn)的邊刷將垃圾清理至滾動(dòng)主刷的工作范圍內(nèi)，主刷在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)空氣高速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而把垃圾掃入垃圾箱中。機(jī)械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)1.電機(jī)帶動(dòng)斜齒輪1，斜齒輪1帶動(dòng)斜齒輪2，斜齒輪2帶動(dòng)斜齒輪3，斜齒輪2上的軸連接滾刷，實(shí)現(xiàn)垃圾清掃。2.電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪1，錐齒輪1帶動(dòng)錐齒輪2，錐齒輪2帶動(dòng)錐齒輪3，錐齒輪2上的軸連接滾刷，實(shí)現(xiàn)垃圾清掃。機(jī)械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)3.電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端連接渦輪，兩個(gè)渦輪的軸上分別連接刷子，從而實(shí)現(xiàn)清掃。4.電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端連接渦輪，兩個(gè)渦輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸連接刷子，從而實(shí)現(xiàn)清掃。機(jī)械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)電機(jī)輪子驅(qū)動(dòng)電機(jī)即為無(wú)刷直流電機(jī)，其工作電壓是10-15V，最大工作電流0.84A，正常工作電流0.4A，有專門(mén)的換向控制引腳，高低電平控制正反轉(zhuǎn)。該電機(jī)可以由PWM信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)，電機(jī)用PWM控制技術(shù)所謂PWM控制技術(shù)，就是通過(guò)控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，把直流電壓變成電壓脈沖序列并通過(guò)控制電壓脈沖寬度或周期以達(dá)到變壓的目的。機(jī)械系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)垃圾儲(chǔ)藏室內(nèi)的空氣流動(dòng)，又通過(guò)儲(chǔ)藏室內(nèi)的管腔將刷子清掃引起的塵土吸附進(jìn)來(lái)，帶塵土的空氣通過(guò)防塵罩將塵土擋到垃圾儲(chǔ)物室內(nèi)，較干凈的空氣則通過(guò)吸塵室上壁腔的圓孔排帶大氣中去，從而實(shí)現(xiàn)吸塵的目的。機(jī)械系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中將風(fēng)扇固定在垃圾儲(chǔ)藏室上壁，在風(fēng)扇上罩一個(gè)薄壁腔。在薄壁腔上方開(kāi)一個(gè)圓孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲(chǔ)藏室上壁開(kāi)兩個(gè)小長(zhǎng)方孔，在方孔下加上一個(gè)隔塵罩。機(jī)械系統(tǒng)移動(dòng)系統(tǒng)清潔機(jī)器人重量不是很大，室內(nèi)工作，三點(diǎn)確定一個(gè)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，則采用三輪結(jié)構(gòu)滿足要求。機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)采用兩輪驅(qū)動(dòng)，對(duì)稱分布在清掃機(jī)構(gòu)的后方，兩個(gè)輪子和刷子支撐機(jī)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(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)控制行走機(jī)構(gòu)的兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而控制兩個(gè)輪子，通過(guò)輪子的前后差速運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)體的轉(zhuǎn)彎半徑為0。機(jī)械系統(tǒng)移動(dòng)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(jī)通過(guò)減速器和機(jī)械連桿機(jī)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(jī)器人的左右輪上分別裝有兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，控制左右輪的速度比實(shí)現(xiàn)車(chē)體的轉(zhuǎn)向。清掃機(jī)器人在控制方式上所以采用差動(dòng)輪轉(zhuǎn)向式合理，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向的精度高，該清掃機(jī)器人采用三輪同步轉(zhuǎn)向式結(jié)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)總體流程圖

(1)啟動(dòng)清掃機(jī)電源，使各模塊持續(xù)供電。

(2)啟動(dòng)各電路模塊，啟動(dòng)液晶顯示系統(tǒng)，以便顯示清掃機(jī)行進(jìn)速度及運(yùn)行時(shí)間。

(3)當(dāng)接收到前進(jìn)指令時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

(4)當(dāng)遇到障礙時(shí)啟動(dòng)清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過(guò)程是整個(gè)清掃系統(tǒng)的關(guān)鍵，此過(guò)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(dòng)流程圖1.設(shè)置寄存器、配置GPIO、定時(shí)器、A/D轉(zhuǎn)換器和外部中斷、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。2.檢測(cè)GPIO有沒(méi)有啟動(dòng)信號(hào),檢測(cè)到啟動(dòng)信號(hào)后,從另一個(gè)GPIO發(fā)出控制信號(hào)給直流電機(jī)加電。3.從A/D轉(zhuǎn)換器里讀取電流信號(hào)數(shù)據(jù),再通過(guò)求平均值得到電機(jī)的電流值;對(duì)輸出脈沖信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換,求出基波的頻率，再根據(jù)電機(jī)的具體型號(hào)乘以一個(gè)系數(shù)得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。4.把測(cè)試電流和轉(zhuǎn)速送給液晶顯示系統(tǒng)顯示清掃機(jī)行進(jìn)速度。5.啟動(dòng)總線傳輸，把測(cè)試結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C(jī),以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析?？刂葡到y(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(duì)應(yīng)電流，放大后輸出模擬電壓，轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)。(2)接觸傳感器，判斷其是否是清掃。若可清掃則單片機(jī)向清掃電機(jī)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(shí)累加器累加判斷