扫地机器人的设计（全套含CAD图纸及三维模型）
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本 科 毕 业 设 计 题 目 扫地机器人的设计 学 院 工业制造学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 11 指导教师 职称 讲师 2015 年 4 月 27 日 计）扫地机器人的设计专 业： 学 号：学 生： 指导教师：摘要：机器人是一种能够模仿人类动作的机器，它可以完成许多对人类来说危险且单调的工作，机器人让人类从繁重、单调的工作中解脱出来。它们从事固定而有规律的工作，例如工业生产中的焊接、喷漆等等。本文主要设计的是扫地机器人的设计，该机器人采用统一动作、协调控制的原则，通过电机带动动力轮实现扫地机器人的运动，通过中控系统的控制来实现扫地机器人的动作，由于是中控系统控制，所以控制灵活，多样。通过控制器来控制机器人的动作，实现该机器人清扫、除尘的功能。关键词： 扫地机器人；控制；结构；清扫 计）of he of to by of a to so of on is to s of on of as is a 计）计）目 录绪论.机器人简史.应用机器人的 . 3. 本 的 . . 扫地机器人 结构的设计. 扫地机器人的 . 扫地机器人的工作原 .机 结构的设计.1电机的 计 .2 轮 动的设计计 .3扫地机器人的功能 .地机器人的清扫模 .能导 系统. 轮的 . 扫地机器人的 能控制系统. 扫地机器人的模. 动力轮的模. 轮的模. 模. 扫地机器人的模. 设计 结.论机 工业是的 ，是” 人生活”用 计）的产业。论是 统产业，是产业，种样的机 ，机 工业所” 的 能、成本，对 有 的 接的 。机 工业的规模 是 实力 学 的重要 。， 机 工业作 本的 重一。、设计 的机 产 ，现有机 产 生产一 机 产，以 应 来的要。机 产 的生产， ：生产设 的规实现；生产计的制 生产调 ； 制制工；设计制工 、模 ； 定动定 材料定 ；组织加工、配、试车 运；对产 行有 的控制。机 制企业的营管 。机 一般是由许多有独特的成形、加工过程的精密零组而成的复杂的制 。生产批有单小批，也有中批、 批， 至 生产。销售对象遍及全产业个人、 庭。而且销售在社会状况的 下，可能出现 的波动。 ，机 制企业的管 营特别复杂，企业的生产管、规营等的 也多是肇始于机 工业。机 产 的应用。这 面 择、 购、验收、安、调整、操作、护、修 产业所使用的机 成套机 ，以保证机 产 在长期使用中的可靠 。机 产 的应用。这 面 择、 购、验收、安、调整、操作、护、修 产业所使用的机 成套机 ，以保证机 产 在长期使用中的可靠 。 机 产 在制过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，自然资源过 耗 面的问 ，及其处 措 。这是现 机 工程的一项特别重要的任务，而且其重要 与日俱增。机 的种类繁多，可以按几个同 面分种类别，如：按功能可分动力机 、物料搬运机 、粉碎机 等；按服务的产业可分农业机 、矿山机 、纺织机 等；按工作原 可分热力机 、流 机 、仿生机 等。另外，机 在其 、 、设计、制、运用等过程中要过几个工作 同的阶段。按这些同阶段，机 工程又可分互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机 、机 设计、机 制、机 运用修等。机器人是近几十年 起来的一种高 自动化生产设 。机器人的是工业机器人的一个重要分支。它的特是可通过 程来完成种预期的作业任务，在构 能上兼有人机器自的优，尤其 现了人的 能 应 。机器人作业的准 种计）环境中完成作业的能力，在领域有着广阔的 景。机器人是在机 化，自动化生产过程中 起来的一种 。在现 生产过程中，机器人 广 的运用于自动生产 中，机 人的 制生产 成高 域 ，起来的一 的，它 加 了机器人的 ，使 机器人能 地实现与机 化自动化的有机结合。机器人 然 如人 样灵活， 它 有能重复工作 动， ， 危险， 重物的力 人 力 的特， ，机器人 许多 的重 ， 来 广 地 了应用。机器人 及 力学、机 学、电 、自动控制、 器计 机等 学领域，是一 学 合。机器人是一种能自动化定位控制 可重 程以动的多功能机器，它有多自由 ，可用来搬运物 以及可以在个同环境中工作。1 机器人简史现 机器人起源于2050年 ，是于教现主从控制 、能 应产种类 ， 有多自由 动作功能的动化产 。机器人“是从始 制的。1958年合控制出器人。的结构是：机 上安一长， 有电的工 机构，控制系统是教 的。1962年，机 的”上又试制成一 控教现 机器人。能自动)。运动系统仿 ，、，用 动；控制系统用 。 通用机器人是在这个”上 起来的。同年该 能自动专 生产机器人。1962年，机 是灵活搬运。该机器人的中 可以，可以、 、 、采用 动，控制系统也是教现 。 然这 种机器人出现在 十年 ， 是外机器人 的”。1978年， 学、 工学院合 制一种器人，有小 电 计 机行控制，用于配作业，定位 可小于1。十分 ”高机器人的可靠 ，结构， 成本。如了8年机器人试验 ，行种 能的试验。准 （ ： 计）是指一 设 可靠 的一种 。它出在 的 运行），由400小”高 1500小，精 可”高 。机器制业是从1970年始应用机器人，主要用于起重运 、焊接设 的上下料等作业。 产一种焊机器人，采用关 结构程控制。士用教 制程。安 轮 。日本是机器人 、应用多的 。自1969年从种 机器人，力 机器人的 。 ，1976年从事机器人的 工作的 专院、 单位多 50多个。1979年120多个 学 用在机器人的 用42%。1979年日本机器人的产值 443亿日元，产14535 。其中固定程可程约占一半，222亿日元，是1978年的倍。 有记忆功能的机器人产值约67亿日元， 1978年增长50%。 能机器人约17亿日元，1978年的6倍。截止1979年，机器人累计产 56900 。在上 占 位，约占70%， 以每年50%60%的 增长。使用机器人多的是汽车工业，其 是电机、电器。预计 1990年 有55机器人在工作。器人正在加紧 制。它设有微 电 计 机控制系统， 有 觉、触觉能力，甚至听、想的能力。 安种 器， 觉 的信息反馈，使机器人 有 觉机能。 外 出现了触觉 觉机器人。机器人（机器人）则能独 地完成工作过程中的任务。它与电 计 机电设 保持系。 逐 成系统单元(重要一环。随着工业机器 （机器人） 制应用的扩 ，际 学交流活动十分活跃，欧其 学交流活动 多。2 应用机器人的意义随着 学的 ，机器人也 来 多的地 应用。在机 工业中，、焊、铆、冲、压、热处 、机 加工、配、检验、喷漆、电镀等工种有应用的实 。其 ，如轻工业、筑业、防工业等工作中也有所应用。在机 工业中，应用机器人的 可以 如下：一、以”高生产过程中的自动化程 应用机器人有利于实现材料的 送、工的卸、刀 的 换以及机器的配等的计）自动化的程 ，从而可以”高 动生产率 生产成本。、以善 动条，避免人身事 在高温、高压、 温、 压、有灰尘、噪声、臭味、有射 或有其毒 污染以及工作空狭窄的场合中，用人 接操作是有危险或根本可能的，而应用机器人 可分或全 替人安全的完成作业，使 动条 以善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机器人 替人行工作，可以避免由于操作 或疏忽而成的人身事 。、可以减轻人力， 便于有 奏的生产应用机器人 替人行工作，这是 接减人力的一个侧面，同由于应用机器人可以连续的工作，这是减人力的另一个侧面。 ，在自动化机床的 合加工自动上， 几乎没有机器人，以减人力 准 的控制生产的 拍，便于有 奏的行工作生产。上所 ，有 的应用机器人，是 机 工业的必然趋势。类机器人的 形分别如下所：计）计）3 本课题研究的内容本论文主要 运用设计过程中，了解扫地机器人的结构特征的使用要领。本文的设计 是设计一种扫地机器人，该机器人能够实现随机清扫，交叉清扫，床底清扫，防撞等等多种功能，其 ：（1）功能分析与 设计；（2）结构设计与 ；（3）控制系统设计。4 地机器人的总体方案图本 设计的扫地机器人采取的 是：在机器人的 侧布 一组成对称计）分布，通过电动机通过伞 轮 动控制动力轮动来实现机器人的移动动作。根 控制的同，机器人的 或者 也有所同。整机采用成本 廉且久用的塑料作材料，过喷漆喷塑处 在外观上面 了一定的保证。其 布局 如下：地机器人的工作原理本 设计的扫地机器人的工作原 ：通过电动机通过伞 轮 动控制动力轮动来实现机器人的移动动作，根 控制 的同，机器人的 或者 也有所同。1、清扫模 ：随机清扫、螺旋 清扫、交叉清扫、沿边清扫、定清扫、预约清扫等相结合，实现全 位 清扫；2、 能导 系统：实现对房地形的重构，自动规清扫路 ；3、 能安全监控：防撞，防跌落，防缠绕，电池电监测；、创功能：灰尘识别，实现床底清扫， 机遥控模 ， 流 尘， 空 监测与” ；、其”功能：自动 电，灰尘 安检 ，灰尘 测计）5 重， 们取 重1 ， 2 ，动力轮 1 2r i 。 ：的电机设计计 如下 W 电机的 动 率，取 .“ 所以根 .1 k ， 1 r i ， 1 1 1 用 112 ， 1 1 2 112 电机的结构。 计 （1）材料 择动制，批较小， 小 轮用 ）， 2 1“ 2 “ ， 取2 “ ， 轮用 （调）， 22 “ 2 “ 取2 “ 。 轮精 “。（2） 1i1 2 54676706222290 计）由文 可 ，（中， 高系，。取小 轮 ，（取 轮 。（3）根 工作条的要， 模（ ） 轮分 的 （ ） （ ） 轮 、 根 由文 可 ，高3314 62222212 计）（ （高（轮 （“） 由文 可 ，（ ） s （12121* 111 aa 222 aa Rm Rm 3314 311 计）计的扫地机器人，主要 有如下功能：1、清扫模 ：随机清扫、螺旋 清扫、交叉清扫、沿边清扫、定清扫、预约清扫等相结合，实现全 位 清扫； 2、 能导 系统：实现对房地形的重构，自动规清扫路 ； 3、 能安全监控：防撞，防跌落，防缠绕，电池电监测； 、创功能：灰尘识别，实现床底清扫， 机遥控模 ， 流 尘， 空 监测与” ； 、其”功能：自动 电，灰尘 安检 ，灰尘 测。地机器人的清扫模式清扫模 随机清扫、螺旋 清扫、交叉清扫、沿边清扫、定清扫、预约清扫等。 随机清扫是指根 地面状况在其几种清扫模 中行换；螺旋 清扫是指绕”清扫的模 ； 交叉清扫是指在同的域交叉来清扫，也可以称 形清扫； 沿边清扫是沿着房的边 行清扫； 定清扫是指在指定的位 小清扫； 预约清扫是指每 在指定的自动清扫，可以预约一 一 任 预约清扫，可以上出，也可以自动扫。能导航系统扫地机器人的 能导 实是路 自动规。扫地机器人路 自动规有 种 ：随机 全域规 全域。随机 全域 控制简单，要 多的， 程也简单，于实现。 其是移动机器人运行 重复 较 ，且运行 能较地、 分地整个域，这种路 规成任务，没有 耗能 耗 况， 择规 全域。 设计中 择 路 规 。 路 规清扫路 的规则 扫地机器人 于 ，可通过声波测 器的信息来它 于边是房 中。在房 中，则“设它沿 一 运动 靠近边的 一。机器 可从边的 一始，按 绕运动一，“对 边地面行一 预清扫。扫地机器人在绕完一” 或 行 的 或者 ，以 来作它清 路 的起始，也 对 的原。“ 设 有一个 的 物，以房 下起始。始清扫，从 势始沿 正 清扫， 原地旋 o，X 正 移动计）一个车身 旋 o，沿 清扫，以 复运动。 物，则按下面的 行规避 ： 清 机器人运动 物的 边，根 电机的冲动轮 的冲计 出 边的 。然根 声波测 器收 的信息沿着 物边 行相 于X 一个车身的，原地旋 ，沿 续清扫，这样一 清扫， 扫地机器人在沿 物边 清扫声波 器然收 信号 了 物的 ，扫地机器人 原地一 旋 声波 器 收 信号止，然沿 物的上边沿行 物的 ，沿 行 清扫，行路 物下边沿的行路 类。这样可以在清扫过程中自动避 物。轮的强度校核（） 面接触 （1）接触应力的计 由文 可 ， 面接触应力计 ， （ 定 的计 值1 计 系电动机动， ，由文 可 ，取分 分 （ ）可 ，按， ；395 22211 25 1 Rm 45 计）由文 （ ）可 ，按， 轮 布 ，；由文 可 ，；2 由文 可 ， 系；3 域系 计 ， （1）接触 的许用应力由文 可 ，许用接触应力计 ， （定 的计 值小 轮的接触 75 225 285 6001H计）小安全系由文，1 13可 ，计 应力 环系由文 1 1 可 ， 接触 系， 系工作化系，按 系，计 ， （3）由于 ， 安全。（） 根弯曲 （1） 根应力的计 由文 可 ，弯曲应力计 ， （定 的计 值811 55 计）1 由文 可 ， ， 2 由文 可 ， ， 计 ， （2）弯曲 的 根许用应力由文 可 ， 根许用应力计 ， （ 的计 值弯曲 3 轮的应力修正系弯曲 的小安全系弯曲 系，510 F315 300F计）弯曲 的系计 ，（3）由于 p ， 安全。地机器人的智能控制系统扫地机器人在工作过程中难免 种 物，如果及躲避 物， 扫地机器人正常工作。 在扫地机器人 安个声波测 器，用来检测扫地机器人行路 上是否有 物。声波测 器安位 如下 所。声波是一种一定频率 的声波。它 有在同种媒中以恒定 率 播的特 ，而在同媒的 面处，会产生反射现象。利用这一特 ，可以根 测 射波与反射波的隔，从而 测的作用。避 功能的实现正是利用了这一声波测的原 。声波 器测原 如 所。3001 F F计）声波 器接收 反射信号，检测出 有 物，控制器 出信号，控制器控制扫地机器人，躲避 物，根 信号的幅值 小，也可以 定 物的 小。 用声波测 器，实现非接触 测，避免与 等物生碰撞，从而避免损坏相应物 。了防止扫地机器人 阶跌落，在扫地机器人背面安3个防跌落 器。防跌落 器安位 如闪 所。防跌落 器利用声波行测。 扫地机器人行至 阶边 ，防跌落 器利用声波测 扫地机器人与地面的过定值，控制器 送信号，控制器控制扫地机器人行，扫地机器人行 ，从而实现防止跌落的 的。6 扫地机器人的模计）刷的三维建模计）地机器人的三维建模计）7 三维软件设计总结在近的一段的毕业设计，使 们 分握的设计 骤，仅复习所学的 识，而且获 的验与启，在种的使用找 的资料或 纸设计，会 清楚的作业，老师学生能予及的指导， 保设计 ，本文所设计的是20吨扫地机器人的优化设计，通过期的定 ， 资料始正 做毕设，让 系统地了解 了所学 识的重要 ，从而让 加深刻地 会 做一 学问，要钻 ，取才可要做的 ， ，本设计完成了老师同学的帮助下，在学 的 帮助过 的老师同学，是 的帮助才使 的论文 以通过。 通过 设计，又一 ” 了运用的 ， 吸收了验， 结一下几。有零 纸作 与空想设计作 同，零 出，作 “是否真的合 ，根 作出零的 ， 配必须要是否合 ，由于 果 ，导 会有出错，甚至有出现欠定 ，所以， 必须通过配合在 ，行修， 满足配合要。计）工 集的 便了作 ，通过 择零类 ， ，能生成出 准零，有要用 的零在工 集上也未必能找 ，所以 要随机应，运用其零 替 通过修或添加零使其满足要。作 要灵活通，解决问 的 问 多， 一种 能正常作 ，试试另一种 ，这 能完成零制作，同也可以培养出 的作 思路，破规矩的想 。规则的零，要学会使用一些能够 的令，如镜，阵列等，“能 则”。关于配，曾带 的阻 ，花了 多才弄清原 所在。在一可活动 配 上， 使活动 会产生干 ，也能对其设定活动 ，如高配合里的 ， ， 使在该活动 父配 ，也可设定。 一旦设定，在父配 上会 配 完全定 的模 ，这样会对 配 的配合产生矛盾， 能完成配。看懂 是作 的要任务，看 是了解零的工 ，没有工 则 制出零，所以画 能急于下笔，想透了零的结构，想透 中的虚实 ，这才是高 作 的重中重。行零模 ，一般应行深 的特征分析，搞清零是由 几个特征组成，明 个特征的形状，们的相对位 面连接关系，然按照特征的主 关系，按一定的 行模。一个复杂的零，可能是许多个简单特征过相互的叠加、除或相交组成。所以零模，特征的生成 十分重要，同的模过程 然可以构出同样的实 零， 其 过程及实 的构 结构却 接实 模 的 定 、可修 、可 解 及实 模 的应用。尤其在 纸上， 们能看 的是零的 面 ，而 特征则以虚 予 ，另外有零的相 ，这 了个特征相交出现 段。在零的草 绘制过程中，必须要 ，这 关键，这个 面决定了模的所用 的令，简单的说，一个 可以作一个形然拉 ，也可以作一个长 旋， 然们的结果一样， 所用的草绘 面令截然同。如果 们要的是一条 ， 们应该 择 了。由于 设计的零是 较规则的零，所用 的令 分是拉 令旋令，而且 多零是拥有对称关系，所以了 ，”高 率，常会用 镜特征令。一张完整的工程 应 以下4 面的 。一组 ：用一组 （其中 、剖 、面 、局 ） 、完整、清晰地 零分的结构形状。： 定零分形状的 小位 要： 明零在制检验是应 的一些要，如 面粗糙 、形位、材料热处 指 等。栏： 明零称、材料、 样 例以及 号等 。单击【文】 ，系统显话框，双击该对话框中 配 项， 可 配 工作模 。调 在配 的原处， 零原与配 原重合。调 一个与 有配关系的零模 。分析 个零的配约束关系，然 取相应的约束 项行零操作。计）结 论在近的一段的毕业设计，使 们 分握的设计 骤，仅复习所学的 识，而且获 的验与启，在种的使用找 的资料或 纸设计，会 清楚的作业，老师学生能予及的指导， 保设计 ，本文所设计的是扫地机器人的设计，通过期的定稿， 资料始正 做毕设，让 系统地了解 了所学 识的重要 ，从而让 加深刻地 会 做一 学问，要
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