畢業(yè)答辯-自動清掃機器人的設計定稿

自動清掃機器人的設計答辯學生：

課題意義第一點全球人口銳減、老齡化程度加劇、勞動力成本逐步上升；第二點社會節(jié)奏加快，人類思想擺脫無趣重復的體力勞動；第三點提高勞動效率、降低勞動強度。

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)設計；4.自動清掃機器人的控制系統(tǒng)設計；

工作原理驅(qū)動工作原理：電機帶動齒輪傳動進而控制動力輪運動，實現(xiàn)機器人的移動。清掃工作原理：機器人側前方安裝兩個邊刷，旋轉(zhuǎn)的邊刷將垃圾清理至滾動主刷的工作范圍內(nèi)，主刷通過齒輪傳動高速旋轉(zhuǎn)，帶動空氣高速運動，進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)。整機方案設計整機設計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，機器人外形設計則考慮為圓盤形。整機方案設計機器人：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)機器人側前方安裝兩個邊刷，旋轉(zhuǎn)的邊刷將垃圾清理至滾動主刷的工作范圍內(nèi)，主刷在電機驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，帶動空氣高速運動，進而把垃圾掃入垃圾箱中。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2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帶動錐齒輪3，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。4.電機帶動蝸桿，蝸桿兩端連接渦輪，兩個渦輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸連接刷子，從而實現(xiàn)清掃。機械系統(tǒng)清掃系統(tǒng)電機輪子驅(qū)動電機即為無刷直流電機，其工作電壓是10-15V，最大工作電流0.84A，正常工作電流0.4A，有專門的換向控制引腳，高低電平控制正反轉(zhuǎn)。該電機可以由PWM信號直接驅(qū)動，電機用PWM控制技術所謂PWM控制技術，就是通過控制半導體開關器件的導通與關斷，把直流電壓變成電壓脈沖序列并通過控制電壓脈沖寬度或周期以達到變壓的目的。機械系統(tǒng)吸塵系統(tǒng)風扇的旋轉(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)的設計中將風扇固定在垃圾儲藏室上壁，在風扇上罩一個薄壁腔。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)清潔機器人重量不是很大，室內(nèi)工作，三點確定一個平面，三輪結構穩(wěn)定，重心低，載荷穩(wěn)定且中心位置不發(fā)生變化，則采用三輪結構滿足要求。機器人的行走機構采用兩輪驅(qū)動，對稱分布在清掃機構的后方，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，通過控制行走機構的兩個電機的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進而控制兩個輪子，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)三輪結構轉(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)向式結構?？刂葡到y(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速度及運行時間。

(3)當接收到前進指令時，啟動驅(qū)動系統(tǒng)。

(4)當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)的關鍵，此過程包括清掃命令接收判斷及是否遇到障礙物判斷。控制系統(tǒng)驅(qū)動流程圖1.設置寄存器、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.從A/D轉(zhuǎn)換器里讀取電流信號數(shù)據(jù),再通過求平均值得到電機的電流值;對輸出脈沖信號的數(shù)據(jù)進行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)顯示清掃機行進速度。5.啟動總線傳輸，把測試結果傳輸?shù)絾纹瑱C,以對數(shù)據(jù)進行保存和分析?？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)生對應電流，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