小型清扫机器人的移动系统设计与清扫系统的设计说明书[带图纸].doc

北京建筑工程学院毕业设计（论文）第1页共35页小型清扫机器人的移动系统设计与清扫系统的设计说明书目录第一章绪论.21.1清扫机器人的出现背景.21.2清扫机器人的发展历史与现状.2第二章清扫机器人移动系统.62.1清扫机器人的要求.62.2系统方案比较与论证.72.3最终方案.10第三章机械传动的设计.103.1电动机的选择.103.2减速器的参数设计.123.3轴的设计计算与校核.21第四章清扫装置的设置.274.1清扫装置的基本原理.274.2清扫装置的基本结构.284.3清扫装置的配置.29第五章总结与期望.295.1全文总结.295.2论文创新之处.295.3存在的不足与展望.30谢辞.31参考文献.32附录：.33北京建筑工程学院毕业设计（论文）第2页共35页第一章绪论1.1清扫机器人的出现背景近年来，随着计算机技术与人工智能科学的飞速发展，智能机器人技术逐渐成为现代机器人研究领域的热点。其中，服务机器人开辟了机器人应用的新领域。服务机器人的出现主要有三大原因：一是劳动力成本上升；二是人类想要摆脱枯燥乏味的体力劳动，如清洁，家务，照顾病人等；三是人口的老龄化和社会福利制度的完善也为某些服务机器人提供了钢钒的市场应用前景。服务机器人区别于工业机器人的一个主要特征就是服务机器人是一种适用于具体的方式，环境及任务过程的机器人系统，其活动空间大，具有在非结构环境下的移动性，因此服务机器人大多数是移动机器人。1.2清扫机器人的发展历史与现状清扫机器人的发展是建立在移动机器人的基础之上的，一个好的清扫机器人就必须有一个好的移动基础。因此，每次移动机器人的飞跃，随之而来的就是清扫机器人的更新换代。1.2.1国外的清扫机器人的发展与现状德国Kaercher公司生产的RC3000是世界上第一胎能够自行完成所有家庭地面清洁工作的清洁机器人，如图1-1所示。它只有50cm长，能够自动清扫地面，自动返回充电站充电，可以在主人外出时独立完成家庭清洁的任务，其扁平的设计使其能够清洁床，沙发，茶几等家具的下部位置，如图1-2所示；它的移动是随机的，当遇到障碍时，随机改变一个角度，然后继续直走，直到遇到新的障碍物；它内置四种清洁程序，根据清洁面积的大小，可以选择合适的程序；内置光敏传感器，在遇到楼梯与台阶时，能够自动避让，不会跌落。北京建筑工程学院毕业设计（论文）第3页共35页图1-1RC3000图1-2RC30002001年11月著名的家电厂商伊莱克斯在英国推出了吸尘器“三叶虫”，如图1-3所示。它的高度为13mm，直径为35mm，能够自由穿梭清扫，自动设计最佳行走路线；它使用超声波探测器，可以敏捷迅速地觉察出障碍物并绕开；“三叶虫”可分三个档位进行工作：正常，快速和点清理；吸尘器充满垃圾时还会发出灯光警告；为了限制“三叶虫”的活动范围，用户需要在楼梯间或其它没有天然障碍物的地方，贴上特制的可粘式磁带。“三叶虫”是由可充电电池驱动的，每次充电后可以运行60min左右，电量不足时能自动返回充电卡座充电。图1-3伊莱克斯“三叶虫”2003年11月，三星公司推出一款三星代号为VC-RP30W的机器人吸尘器，如图1-4所示，主要针对家庭市场。VC-RP30W主要依靠3D地图技术来进行定位，并能灵巧地躲避障碍物，能够快速，高翔地对房间每个角落进行吸尘；当遇到障碍物或者死角情况，VC-RP30W能轻易地分析出垃圾与其他日常生活用品，同时允许用户定义工作时间及清扫区域；用户北京建筑工程学院毕业设计（论文）第4页共35页还可以通过计算机看安装在机器人前部摄像头内的信息，对其进行远程遥控；整个机器人的电池能维持50min的连续工作，当电量即将耗尽时自动回到充电座补充能源，非常地智能化。图1-4三星VC-RP30W1.2.2国内清扫机器人的发展和现状1999年初，浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘机器人的研究，两年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人，与苏州TEK公司合作研发，到2003年系统在自主能力和工作效率上都有了显著提高，它工作之前，首先进行环境学习，利用超声波测距，与墙保持一定的行走距离，在清洁角落的同时获得房间的尺寸信息，从而决定清扫时间；然后，利用随机与局部遍历规划相结合的算法产生高效的清洁路径；在清扫结束后，自动回到充电座补充动力；系统在25.35.5m的实际家庭环境中，工作10min可以达到90%以上的覆盖率。如图1-5图1-5苏州TEK深圳市银星智能电器有限公司设计研发的KV8保洁机器人（如图1-6）的一些布置如下1、KV8保洁机器人路径规划原理KV8保洁机器人通过电脑芯片控制机器人的左右轮转速，实现圆弧形清洁路线。当圆弧的半径拓展到7.5m的时候，芯片程序会控制机器人离开当前路线，在7.5m远处再次执行圆弧清洁路线。大量的圆弧对地面实行无缝覆盖，从而达到全面清洁地面的目的。2、KV8保洁机器人自动充电原理KV8保洁机器人在机器人电量快要耗完时，机器人顶部的红外线发射头发射出无电信号，当充电基座上的两个红外线接收头接收到此信号时，机器人便与充电北京建筑工程学院毕业设计（论文）第5页共35页基座取得了联系。通过两个红外线接收头对机器人的引导，使其慢慢靠拢，最终实现对接。3、KV8保洁机器人防跌落原理KV8保洁机器人在机器人底部前段，安装了4对红外线感应头，每一对感应头包含一个发射头和一个接收头。红外线发射头发射的红外经地面发射后，被对应的接收头所接收。如果机器人底部距离地面的高度超过5mm，电脑芯片便会控制机器人，使其后退并调整行走方向，从而避免从高空跌落。4、KV8保洁机器人虚拟墙工作原理KV8保洁机器人虚拟墙在开启之后会在左右各0.5m，向前3.5米处发射红外线，KV8机器人机身上的21个红外感应头在接触到由虚拟墙发射出来的红外线后，就不会继续前进，进入到该区域内打扫。图1-6K