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1、家庭清洁机器人设计,指导教师：xxxxx汇 报 人：xxxx 班 级：xxxxx,题目：家庭清洁机器人 设计,研究目的：本课题旨在于开发一部价格便宜，全 区域覆盖，能够充分满足家庭需求且方便适用的智能家庭清扫机器人，使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家庭生活电气化、智能化。,课题设计的工作内容和要求：,运行机构形式：轮式 最高行进速度：0.5 m/s 转弯半径：0 高度：100mm 宽度：400mm 清洁方式：吸尘、刷扫一次充电连续工作时间：0.5 小时 警示方式：LED闪光 具有自动路径规划、避障功能 具有自动充电装置,清洁机器人总体设计构想,家庭清洁机器人系统通常由四个部分组成:移动机
2、构、感知系统、控制系统和吸尘系统。由于所学知识和时间有限，本次设计侧重于对机器人机械部分的设计。该机器人机械部分主要有以下四部分组成：（1）行走机构（2）清扫机构（3）吸尘机构（4）擦地机构,清洁机器人整体外观图,机器人组成结构图,机械结构组成分析,2个行走驱动轮及驱动电机：保证机器人能够在平面内移动；清扫机构：用两个电机带动两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动；吸尘机构：制造强大的吸力，将灰尘吸入灰尘存储箱中；擦地机构：在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦除残留在地面上的细小灰尘，保证清洁工作的质量。,设计重点和难点,在宽400高100的体积下，清扫机构，行走机构，吸
3、尘机构和储存垃圾机构的设计和布置。因为还要求所设计的机器人具有避障功能，所以其外形设计也应该仔细考虑。清扫后的垃圾如何处理，以及如何布置吸尘设备。,机器人总体外形设计,通过查阅资料，初步把机器人的外形设计为长宽均为400mm高为100mm的长方体，但发现周边有棱角的机器人在躲避障碍物是很不便，非常容易碰到障碍物，而圆形物体则比较容易避开障碍物。因而最终把机器人的外形设计为圆盘形。,机器人行走机构设计,机器人移动机构按结构分有轮式、履带式和步行式等。轮式和履带式机器人适合条件较好的地面，而步行机器人则适合于条件较差的路面。课题研制的自主清洁机器人工作在环境较好的室内，所以采用轮式移动机构较为适合
4、。轮式移动机器人一般有三轮、四轮和六轮。三轮结构则比较简单，能够满足一般的需求，应用也比较广泛。四轮的稳定性好，承载能力较大，但结构较复杂;六轮与四轮类似，只不过有更大的承载能力和稳定性。三轮移动机器人来说，重心都比较低，载荷稳定且中心位置基本不发生变化，所以采用三轮结构就能满足要求。,三轮转向装置的结构选择,结构类型：铰轴转向式:差速转向式:优缺点分析：铰轴转向式控制简单，但精度不是太高;差动转向式控制复杂，但精度较高。结论：考虑到本课题清洁机器人将来作为服务型机器人使用，在控制方式上应达到一个较高层次。采用差动转向式比较好，并且其运动和转向的精度也高些，以便为以后的避障和轨迹规划打下一个良
5、好的基础。,清洁机器人最终行走机构图,本系统的移动机构最终采用是三轮差速转向式 机器人采用两直流电动机独立驱动左右两轮的差动方式，控制简单、精确、易于实现可以方便地实现吸尘机器人的前进、左转、右转、后退，以及调头等功能清洁机器人能够在任意半径下，以任意速度实现 转弯，甚至可以实现零转弯半径,清扫机构法案论证,方案一：电机带动斜齿轮1，斜齿轮1带动斜齿轮2，斜齿轮2带动斜齿轮3，斜齿轮上的轴连接滚刷，进而实现清扫；优缺分析：易于安装，传动平稳，但是斜齿轮所占的面积非常大，如此，则会占用大量空间，使其它几个单元有些部分将放置不下，从而超出所要设计的尺寸；,（一）,清扫机构方案论证（二）,方案二：电
6、机带动锥齿轮，锥齿轮1带动锥齿轮2，由锥齿轮2上的轴连接滚刷，进而实现清扫；优缺分析：锥齿轮传动不如斜齿轮平稳，同时锥齿轮一所占的体积也比较大，因而选用锥齿轮的弊端也很大。,清扫机构方案论证,方案三：电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮的轴上分别接刷子，从而实现清扫；优缺分析：要使机器人的刷子能够扫到墙壁的边缘且没有工作盲 区，则会：则需直径至少为200mm的刷子；要求蜗轮和蜗杆的中心距就至少为100mm；蜗轮蜗杆的尺寸都比较大；虽然能够放置下，但总体装置就比较笨重，机 器人重量也很大，负担增大。,（三）,清扫机构方案论证,方案四：电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮分别接皮带轮，皮带轮上
7、的轴接刷子，从而实现清扫；优缺分析：基于方案三，通过两边加皮带轮这个结构缩小了蜗轮蜗杆的中心距，减小了机器总重量，且有利于其它机构的安装。最终结论：因而选择方案四为本次设计的清扫机构。,（四）,吸尘机构的设计,风扇固定在垃圾储藏室上壁，在风扇上罩一个薄壁腔。在薄壁腔上方开一个圆孔，以便于空气的排出。在垃圾储藏室上壁开两个小长方孔，在方孔下加上一个隔尘罩。通过风扇的旋转带动垃圾储藏室内的空气流动，又通过储藏室内的管腔将刷子清扫引起的尘土吸附进来，带尘土的空气通过防尘罩将尘土挡到垃圾储物室内，较干净的空气则通过吸尘室上壁腔的圆孔排带大气中去。从而实现吸尘的目的。,垃圾收集处理机构设计,初设计：通过
8、电机带动和电机相连的齿轮，齿轮通过带动和其配对的大齿轮带动轴2，旋转，从而使轴2另一端上固定的大齿轮带动和其相连的小齿轮旋转，进而使垃圾收集挡板作扬起动作，将垃圾倒入其后面的垃圾储藏室。,（一）,垃圾收集处理机构设计（二）,方案分析：垃圾收集挡板的扬起放下动作通过控制电机的正反转来控制；但是此种结构所占的空间比较大；设计的家庭清洁机器人空间有限，如果采用此种结构，将导致其它一些机构无法放置。结论：方案不可行，需改进挡板放置方式,垃圾收集处理机构设计（三）,改进装置：,垃圾收集处理机构设计（四）,改进说明：垃圾储藏室安放在机体的最前边，其前端用销钉连接一个可以绕着销钉旋转的垃圾收集挡板；挡板用厚
9、度为1mm的钢板制成，表面光滑，刷子旋转可将垃圾通过垃圾收集挡板扫到垃圾储物室；在储物室末端，做一个和储物室相匹配的拉门，其上端用螺钉从外壁拧入挂住在里边，便于倾倒垃圾。,清扫机构固定件装置设计,清扫部分是家庭清洁机器人的最重要的部分，为了减轻机器质量，使用更方便，故设计了清扫机构的固定件，既满足了工作要求又减轻了机体的质量。,机器人大体布局总图,总 结,该设计-清洁机器人总体结构设计如上所述，总体来说，该设计方案具体可行，但仍有一些地方还需进一步改进，如垃圾收集处理机构等，多谢各位老师能提出改进方案！,致 谢,感谢我的指导教师xxx老师、感谢我的同学和朋友，在我做设计的过程中给予我了很多有用的素材和热情的帮助。由于我知识水平有限，所做设计和编写的论文难免有不足之处，恳请各位老师给予批评和指正！我会再接再励，虚心求教，不断完善这次设计。,谢谢各位老师,
