2河南工程學(xué)院答辯專用

家用清潔機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和外形設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：楊江濤專業(yè)班級(jí)：機(jī)制1222班學(xué)號(hào)：201250616114系（部）：機(jī)械工程學(xué)院完成時(shí)間：2013年5月25日HenanInstituteofEngineering一、課題背景及研究目的二、設(shè)計(jì)要求三、外形的設(shè)計(jì)四、移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)五、吸塵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)六、拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)七、總結(jié)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容HenanInstituteofEngineering一、課題背景及研究目的近年來(lái),隨著中國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展,清潔機(jī)的產(chǎn)銷量也大幅增加,在我國(guó)市場(chǎng)具有旺盛的生命力。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展,人們的物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的提高,迫切需要從繁重的清潔工作中解脫出來(lái)。由此誕生了一種家用服務(wù)型清潔機(jī)器人,它將移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)和清潔技術(shù)有機(jī)地融合起來(lái),實(shí)現(xiàn)家庭、賓館、寫字樓等室內(nèi)環(huán)境的半自動(dòng)或全自動(dòng)清潔。自動(dòng)進(jìn)行房間地面清潔的自主吸塵式家庭服務(wù)機(jī)器人,它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自主清潔機(jī)器人作為智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者,其研究始于20世紀(jì)80年代,到目前為止,HenanInstituteofEngineering已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機(jī)和產(chǎn)品。清潔機(jī)器人的發(fā)展,帶動(dòng)了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展,也促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)、傳感器、圖像和語(yǔ)音識(shí)別等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,從技術(shù)方面講,智能化自主式清潔機(jī)比較具體地體現(xiàn)了移動(dòng)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(chǎng)前景角度講,自主吸塵器將大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率,適用于家庭和公共場(chǎng)所的室內(nèi)清潔。因此,開發(fā)自主智能清潔機(jī)既具有科研上的挑戰(zhàn)性,又具有廣闊的市場(chǎng)前景。本次設(shè)計(jì)的題目就是在這種背景下提出的。HenanInstituteofEngineering1.清潔機(jī)具有吸塵和拖地功能2.適合清潔的作業(yè)區(qū):光滑硬質(zhì)地面3.移動(dòng)機(jī)構(gòu)形式:輪式4.最高行進(jìn)速度:0.5m/s5.拖地洗盤轉(zhuǎn)速:3r/s6.轉(zhuǎn)彎半徑:07.整機(jī)高度:<200mm8.整機(jī)直徑:400mm9.清洗方式:旋轉(zhuǎn)拖地10.電量低警示方式:LED閃燈11.具有避障功能12.具有自動(dòng)充電裝置二、設(shè)計(jì)要求HenanInstituteofEngineering三、外形設(shè)計(jì)根據(jù)家庭清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求,本次設(shè)計(jì)的機(jī)器人應(yīng)該包括拖地機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu),其中拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要。通過(guò)在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)資料以及在圖書館查閱的資料,初步把機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)為長(zhǎng)寬均為400mm高為100mm的長(zhǎng)方體,但是后來(lái)發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的不合理之處,周邊有棱角的機(jī)器人在躲避障礙物是很不便,非常容易碰到障礙物,而圓形物體則比較容易避開障礙物。因而最終把機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)為圓盤形,其外部輪廓大體下圖所示HenanInstituteofEngineeringHenanInstituteofEngineering四、移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)構(gòu)是其它部件的載體,機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分有輪式、履帶式和步行式等。輪式和履帶式機(jī)器人適合條件較好的地面,而步行機(jī)器人則適合于條件較差的路面。本課題研究的自主清潔機(jī)器人工作在環(huán)境較好的室內(nèi),清潔機(jī)器人的重量不是很大,工作條件是室內(nèi),也不惡劣,所以采用三輪驅(qū)動(dòng),三點(diǎn)確定一個(gè)平面,三輪理論上是穩(wěn)定的?？紤]到本課題清潔機(jī)器人將來(lái)作為服務(wù)型機(jī)器人使用,在控制方式上應(yīng)達(dá)到一個(gè)較高層次,所以采用差動(dòng)轉(zhuǎn)向式比較好,并且其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的精度也高一些,以便為以后的避障和路徑規(guī)劃打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。因此移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是三輪差速轉(zhuǎn)向式的,如下圖所示。HenanInstituteofEngineeringHenanInstituteofEngineering五、吸塵機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的吸塵機(jī)構(gòu),主要由吸嘴﹑吸管﹑儲(chǔ)塵箱﹑電動(dòng)風(fēng)機(jī)等部位組成。從外界吸進(jìn)的灰塵和垃圾首先到達(dá)吸塵部,吸塵部分的功能主要是使吸進(jìn)的高速氣流通過(guò)過(guò)濾網(wǎng),濾出垃圾和灰塵。過(guò)濾網(wǎng)不僅僅能擋住較大顆粒的垃圾,而且能阻止細(xì)小的塵埃通過(guò),性能好的過(guò)濾網(wǎng),排出的灰塵在直徑5微米以下,此外,過(guò)濾網(wǎng)的透氣性好,能長(zhǎng)時(shí)間過(guò)濾而不被堵塞,使電機(jī)得到充分的冷卻,灰塵通過(guò)吸塵器的吸嘴進(jìn)入到吸塵器吸管,而后經(jīng)過(guò)風(fēng)葉罩的過(guò)濾,大顆粒垃圾沉積在儲(chǔ)塵箱里,氣流由電動(dòng)風(fēng)機(jī)吸入口吸入,而后經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾,再由出氣口排出。HenanInstituteofEngineeringHenanInstituteofEngineering六、拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在拖地機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中想到了五種方案:方案一:由電機(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，斜齒輪上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拖地；HenanInstituteofEngineering方案二:如圖電機(jī)帶動(dòng)錐齒輪1，錐齒輪1帶動(dòng)錐齒輪2，由錐齒輪2上的軸連接滾刷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拖地；HenanInstituteofEngineering方案三:由電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個(gè)蝸輪的軸上分別接刷子，從而實(shí)現(xiàn)拖地；HenanInstituteofEngineering方案四:由電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個(gè)蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸接刷子，從而實(shí)現(xiàn)拖地。HenanInstituteofEngineering方案五:直流減速電機(jī)，通過(guò)電機(jī)軸帶動(dòng)左邊帶輪，左邊的帶輪通過(guò)同步帶帶動(dòng)拖把軸上的帶輪來(lái)帶動(dòng)拖把軸，右邊的傳動(dòng)靠齒輪嚙合、帶傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)右邊拖把旋轉(zhuǎn)。HenanInstituteofEngineering因?yàn)樗O(shè)計(jì)的機(jī)器人它的體積有限制,在直徑為四百,高為一百左右的圓內(nèi)要放置有拖地機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)、垃圾收集處理機(jī)構(gòu),同時(shí)還得留下放電池、控制中心、觀察中心的地方,而方案一雖然易于安裝,傳動(dòng)平穩(wěn),但是斜齒輪所占的面積非常大,如果選用它,則會(huì)占用大量的空間,使其它幾個(gè)單元有些部分將放置不下,從而超出所要設(shè)計(jì)的尺寸,因而否定了這種方案；方案二中,錐齒輪傳動(dòng)不如斜齒輪平穩(wěn),同時(shí)錐齒輪一所占的體積也比較大,而拖地機(jī)構(gòu)又是本次設(shè)計(jì)中最重要的部分,因而選用錐齒輪的弊端也很大,所以經(jīng)過(guò)計(jì)算及各個(gè)機(jī)構(gòu)總體布局的綜合考慮,舍棄了方案二；HenanInstituteofEngineering方案三中通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn),再有蝸桿帶動(dòng)其兩端的蝸輪,由蝸輪上的軸帶動(dòng)固定在其上的刷子旋轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)了拖地的目的。為了使機(jī)器人的外壁在靠近墻邊時(shí)刷子能夠掃到墻壁的邊緣,同時(shí)使它在拖地過(guò)程中沒(méi)有工作盲區(qū),開始設(shè)計(jì)時(shí)用兩個(gè)直徑都為150mm的刷子,這樣的話,蝸輪和蝸桿的中心距就必須為75mm,而在這種中心距的情況下,蝸輪蝸桿的尺寸都比較大,雖然能夠放置下,但是蝸輪蝸桿這個(gè)裝置就顯得比較笨重,所占的重量很大,這就加重了機(jī)器的人的總重量,因而這種方案也不是很合理；HenanInstituteofEngineering最后在方案三的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了方案四。方案四中通過(guò)兩邊加皮帶輪這個(gè)結(jié)構(gòu)縮小了蝸輪蝸桿的中心距,從而減小了機(jī)器的總重量,但是考慮到蝸輪蝸桿為非標(biāo)準(zhǔn)件,制造安裝較復(fù)雜,所以考慮應(yīng)用方案五。方案五兼顧了方案四的優(yōu)點(diǎn),制造安裝方便,因而選擇方案五為本次設(shè)計(jì)的拖地機(jī)構(gòu)。HenanInstituteofEngineering總的來(lái)說(shuō),這次設(shè)計(jì)是我學(xué)了兩年本科全部課程之后的又一次重要檢驗(yàn)。它考驗(yàn)了我是否真的牢固掌握了全部所學(xué)的專業(yè)知識(shí),以及運(yùn)用知識(shí)的能力并且是否具有廣泛