自动家用拖地机的设计【含proe三维及5张CAD图带开题报告-独家】.zip
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含proe三维及5张CAD图带开题报告-独家
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开题报告课题名称自动家用拖地机课题来源课题类型指导教师学生姓名学 号专业班级本课题的研究现状、研究目的及意义 1.拖把作为家庭清洁工作的必需品，是生活中不可缺少的帮手。市场调研发现，原型拖把、胶棉 拖把和甩干拖把在市场上占主导作用。原型拖把、拧水拖把价格低廉，但清洁效果一般，效率低；胶棉 拖把价格适中，使用方便，但挤水提拉处的塑料铰链易老化破损，使用寿命不长；甩干拖把可以将工作 头甩干，省力便捷，但拖把头偏小、覆盖面小，且价格略高；蒸汽拖把功能齐全，清洁效果佳，但重量 大价格高。综上分析可知，目前家庭清洁工具存在或扫拖分离、拖后地面无法立刻变干，或受电源线束 缚无法随心所欲移动等问题，不能实现一步到位的清洁工作。随着社会和科技的进步，人们日常生活进 一步要求快节奏、高效率，为给快节奏生活的人们节约更多的家庭清洁工作的时间和精力，笔者设计了 一款集扫地拖地风干地面等功能于一体，同时又不受电线束缚的家用清洁工具自动扫地拖地机。 传统的拖把的劣势： 1.劳累伤身 5.水泽残留 2.清洗不便 6.掉毛严重 3.费时费心 7.干湿拖把需要同时备用 4.细菌超多 2.国内大部分普通家庭对于自动扫地机器人没有什么概念，大多数还是使用的传统的拖把和扫把来完成繁琐的家务琐事。而国外的很多发达国家例如美国欧洲大部分国家的家庭用户对于扫地机器人来说，是一个生活日常用品了，自动拖地机器人已经渗入了家庭生活中，他们在一天的工作后，不用再为繁琐的家务操心，现在的智能家具比如自动拖地机器人，已经可以通过APP来操控，为拖地机器人来分配任务。拖地机器人有很高的商用价值，美国、欧洲、日韩等发 达国家和地区已对这一机器人领域投入很多人力与物力，开发出了很多性能强大的扫地机器人。 现在国内外市场上的扫地机器人推出速度如雨后春笋， 国外品牌中， 美国 iRobot 和德国 TOMEFON扫地机器人比较热门，国内目前比较知名的有科沃斯、地贝、福玛特等，其中作为进入扫地机器人市场的 Proscenic ，也是比较热门的一个品牌。研究现状：自动扫地机器人作为服务机器人领域中的一个新产品，尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果，但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高，如路径规划就是其中的一个比较重要的技术。有的可在房间内随机移动，有的能在国内相较于欧美等发达国家和地区而言对清洁机器人 的研究起步较晚， 但近些年相关技术得到飞速发展。 为了解决传统拖把的种种劣势以及扫地和拖地繁琐的清洁次序还有融入这个即将进入普通家庭的智能家居，我国对于自动家用拖把机的研究和投入是必要的。本课题的研究内容设计一款自动家用拖地机，能自动清洁地面，具有扫地，拖地和吸尘的功能。并且能够壁障，实现智能话的拖地扫地吸尘一体化的智能家居它是一个在地上自动行走的小车，边走边进行清扫（吸尘）。一般，它底部前面一个万向轮，左右各自一个独立驱动的行走轮，有风机（吸尘器），由可充电电池供电，直流电机驱动。也有带拖布的，有的还带水箱。不带水箱的用湿拖布，一次（不换）可用约30平米，而带水箱的水也差不多管约30平米，相当，其实，经常拖，中途不换拖布也行，更何况，带水箱的也有另一个小问题一旦机器卡住又一直渗水，木地板就麻烦了，所以，个人认为不带水箱并不是问题。它应该把该扫的地方都扫到，同时应能扫干净，所以吸力和路径规划就至关重要了，当然，如带拖布，则可适当降低对吸力的要求Roomba是最早流行的扫地机器人，它的路径规划是随机碰撞模式，依据的是红外传感器和高精度的程序算法，虽然算法足够精确，但它就在屋里撞来撞去，效率不是很高，看起来也很笨。现在一般采用的是激光测距式导航系统（LaserSmart Mapping and Navigation）来完成壁障的功能，它的原理是是通过激光测距的方法生成室内地图，在此基础上合理地规划清扫路线，而不是试探着撞来撞去，用户直观的感受是，它看起来比较聪明。其实现原理是：它的顶端设置有一个可旋转的激光发射头和配套接收器，通过发射激光扫描自身到边界每个点的距离，从而生成数字地图，还能根据屋内家具位置的变化实时进行更新。目前市场上采用这套壁障系统的是Neato扫地机器人。扫地和吸尘和2个由起尘刷将前方的尘土已经垃圾通过旋转对刷汇聚，然后由后面紧接着的风机吸进去，完成扫地和吸尘的工作。拖地则是由2个棘轮带动的一个拖布卷，上方由若干个弹簧机构根据地面反馈力的大小自动调节松紧。水箱带有电磁水阀，工作时，芯片某部分周期性加电，来洒水。课题类型：（1）A工程实践型；B理论研究型；C科研装置研制型；D计算机软件型；E综合应用型（2）X真实课题；Y模拟课题；（1）、（2）均要填，如AY、BX等。本课题研究的实施方案、内容主要研究自动家用拖地机的功能，以及各个模块的基本原理和实现的硬件设备。1.控制芯片市面上已经有很多种类的芯片方案来控制自动拖把机。采用 CPLD/FPGA复杂可编程逻辑器件或51单 片机作为控制器的方案使用较多。而考虑到家用自动拖地机的控制部分要求自动化 集成度高、可靠性强以及操作维护方面等 特点，从经济型和实用性上，系统选用美国 INTEL公司自主研发AT89S51单片机作为控制核心。 自动拖地机是一款集自动拖地、换抹布、洒水、蔽障为一体的服务型机器。它以单片机 为控制核心，通过直流电机驱动 板控制电机的正、反转和速度，从而实 现小车的前进、后退、转弯、变速以及换布 装置的自动换布与自锁；通过控制继电器 的开合来控制水泵的得电与失电，从而实 现拖地机的定时洒水功能；借助红外模块 来实现自动蔽障功能。2.自动换抹布机械结构设计自动换抹布系统最大特点在于拖布在 拖行一段时间后能够将脏的部分自动卷 起，用干净的部分替换脏的部分，以实现一 块拖布的充分利用，提高了抹布的利用率。 当整个拖地过程结束后，拖布还能够从轴 上取下，进行清洗，以方便下次拖地。其实 现有两种方案：方案1：利用6方筒来实现换抹布。将 6 方筒与直流电机用联轴器连接起来，把首 尾缝合的抹布紧套在6方筒上，通过的直流 电机的运转使6方筒旋转，让其不同的面与 地面接触来达到换抹布的目的。但是此种方法所占体积大，而且要精确的使电机转 过一定角度，还要在每次旋转时都要将6方筒抬高，以避免与地面卡死，因此这种方法 比较复杂。方案2：利用直流电机和棘轮机构实现 更换抹布。把主动轴和直流电机用联轴器连接起来，从动轴与棘轮机构连接起来。将抹布的两端各绕在两根转轴上，通过直流 电机的运转带动转轴旋转，继而使抹布在 一根转轴上卷进来，在另一根转轴上卷出 达到换抹布的目的。电机在转动一定时间 后，利用其自锁功能和棘轮机构达到抹布 锁定的目的。综合考虑后我们选择方案2。本课题研究进度安排要求：1、收集资料（相关书籍5本以上，文章10篇以上）；2、查阅相关资料，确定拖地机的系统方案；3、用PRO/E画出机械结构三维图；4、实现机械结构的组装；5. CAD画出总体装配图；6设计其控制电路，实现控制电路；6、撰写论文要符合要求；7、翻译3000字左右的英文文章一篇。进度：1）、16 周，主要进行毕业设计准备工作，熟悉题目，收集资料，进行毕业实习，明确研究目的和任务，构思总体方案；2）、710周，绘制相关图纸；3）、1113周，收尾完善，编写毕业设计论文，准备毕业设计答辩。3 电机驱动板的选型电机驱动板有采用H桥电路的电机驱动 模块、L298N的电机驱动模块或SM6235W电 机遥控驱动模块的三种选择方案。采用H 桥电路的电机驱动模块电路不能够驱动大 功率电机，并且电路暴露在外部导致稳定 性不高3。采用SM6235W电机的遥控驱动 模块其采用的是编码输入控制，而不是电 平控制，这样在程序中实现比较麻烦，且电 机模块价格比较高。采用L298N的电机驱 动模块具有高集成度、高功率的特点，可以 驱动大的负载，如大功率直流电机，步进电 机等，较少的外围电路（仅需要保护用的二 极管）便可以很好地驱动大功率的电机。其 输入端可以与单片机直接相联，从而很方 便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可 以直接控制两路电机，并可以实现电机正 转与反转，实现此功能只需改变输入端的 逻辑电平。而且此模块体积小、驱动能力 强、散热好、性能稳定，并且可以使输出动 力更强劲，承载能力更好。综合上面三个方 案，我们选择L298N作为我们的电机驱动 板。L298N为15个管角的单块集成电路，高 电压，高电流，四通道驱动，设计用L298N 来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性 负载(比如继电器，直流和步进马达)和开关 电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电 路。根据设计要求，便可给P_IOA_DATA传送数据，从而控制转向电机和驱动电机。 单片机和L298驱动器组成的直流电机控制 电路具有以下优点：使用元件少，组件的损 耗低，可靠性高体积小，软件开发简单，并 且计算机(或单片机)硬件费用大大减少。其 结构图和连接图图3所示： 系统将图中L289芯片的IN2取反后和 IN1信号连接到一起接到单片机电机1的方 向控制引脚上，EA则直接连到单片机引脚 上，单片机使用PWM模块控制电机1的启 动、停止、正转、反转等。同理IN3、IN4、EB 同理和单片机引脚相连，然后用于控制电机2。L298芯片的9号引脚VS用于输入直流 电机的驱动电压。因为系统选用的额定电 压为12V的直流电机。因此图中VS直接连 到12V电压4 自动换抹布程序设计 要实现自动拖地机的自动换抹布功能 就是要实现直流电机的驱动。如上所述，系 统选用L298作为电机的驱动芯片，其逻辑 功能如表1所示。 系统采用PWM控制模块控制脉冲占空 比，从而达到单位时间内对加载在电机两端电压平均值大小的控制。在单位时间内 加载在电机两端平均电压越大，则电机转 动速度越快，否则越慢。单片机将产生的 PWM信号输出到L298芯片的EA和EB引 脚，达到控制电机速度的目的。因为单片机 的电机方向控制引脚是跟L289芯片的IN2 取反后和IN0信号连接到一起实现电机的 方向控制，因此当单片机方向控制引脚输 出高电平，则电机正转，否则反转。单片机 的部分电机控制流程图如4所示： 当小车开始工作，首先小车检测前方 是否有障碍，若没障碍，单片机控制小车前 行拖地；若前方有障碍，通过红外模块将信 息反馈给单片机，单片机控制小车先后退 一定距离然后拐弯，实现蔽障的功能。在小 车工作中单片机通过定时器控制小车的定 时换布与洒水，在这之外小车的换布装置 处于自锁状态。 已查阅的主要参考文献1潘玉荣,何志武,伍竹清.
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