毕业答辩-自动清扫机器人的设计

自动清扫机器人的设计答辩学生：

研究内容1.自动清扫机器人的工作原理和流程；2.自动清扫机器人的整机方案；3.自动清扫机器人的机械系统设计；4.自动清扫机器人的控制系统设计；

工作原理驱动工作原理：电机带动动力轮运动，实现机器人的移动。清扫工作原理：机器人侧前方旋转的边刷将垃圾清理至滚动主刷的工作范围内，主刷高速旋转，带动空气高速运动，进而将垃圾扫入垃圾箱内部。工作原理

工作流程第一点通过键盘或者遥控器启动机器人，开始清扫工作；第二点机器人工作时，清扫系统开始清扫工作，吸尘系统开始吸扫；第三点控制系统传感模块采集外部信息，处理器分析和决策行走路线，行走方向控制动力轮差速调节。整机方案设计整机设计1.整机采用成本低廉且经久耐用的塑料作为材料，并进行喷漆喷塑处理；2.为了避免与障碍物产生棱角碰撞，机器人外形设计则考虑为圆盘形。整机方案设计机器人：机械系统、控制系统、电源系统三大部分。机械系统清扫系统电机的轴上有锥齿轮和清扫刷，电机轴转动，清扫刷和锥齿轮转动，滚刷的锥齿轮带动另一个锥齿轮转动，带动吸尘毛刷转动机械系统清扫系统1.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3上的轴连接滚刷，实现垃圾清扫。2.电机带动锥齿轮1，锥齿轮1带动锥齿轮2，锥齿轮2上的轴连接滚刷，实现垃圾清扫。机械系统清扫系统3.电机带动蜗杆，蜗杆两端连接涡轮，两个涡轮的轴上分别连接刷子，从而实现清扫。机械系统清扫系统电机选用永磁直流无刷电机，特点：功率大;效率高;体积小；用铜量少等特点。适用于小型机器人，电动摩托车等。机械系统吸尘系统滚刷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。机械系统吸尘系统吸尘系统的设计中将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。机械系统移动系统清洁机器人，三点确定一个平面，三轮结构稳定，重心低，载荷稳定且中心位置不发生变化。机器人的行走机构采用两轮驱动，对称分布在清扫机构的后方。两个轮子和刷子支撑机体，既节省材料，又可以使刷子和地面全面的接触，从而清扫。在机器人转弯时，通过控制行走机构的两个电机的转速及旋转方向，进而控制两个轮子，通过轮子的前后差速运动实现机体的转弯半径为0。机械系统移动系统三轮结构转向装置通常有两种：（1）铰轴转向式：转向轮装在转向铰轴上，转自电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴从而控制转向轮的转向。（2）同步转向式：在机器人的左右轮上分别装有两个驱动电机，控制左右轮的速度比实现车体的转向。清扫机器人在控制方式上所以采用差动轮转向式合理，运动转向的精度高，该清扫机器人采用三轮同步转向式结构。机械系统GM27—320

1.微型直流减速电机，低转速，大扭力。2.符合欧盟环保节能功耗要求，最小电流可至100mA3.军品设计要求，超低静音，最低噪音可至40dB控制系统传感器分布

红外传感器在使用过程中容易受障碍物表面特性影响，表面颜色深的障碍物，检测距离会缩短，单个超声波覆盖范围有限，存在较大的盲区。故周围布置多个红外和超声波传感器来避障。但由于传感器的本身特性，为避免因传感器盲区而引起的碰挂问题，在机器人正前方另安装一碰挂挡板和限位开关。当发生碰撞时，碰撞挡板在撞击力作用下向机器人车体方向移动，进而触发限位开关动作，机器人接收到限位开关信号便停止运动。控制系统总体流程图

(1)启动清扫机电源，使各模块持续供电。

(2)启动各电路模块，启动液晶显示系统，以便显示清扫机行进速度及运行时间。

(3)当接收到前进指令时，启动驱动系统。

(4)当遇到障碍时启动清扫系统及避障系统，此过程是整个清扫系统的关键，此过程包括清扫命令接收判断及是否遇到障碍物判断。控制系统驱动流程图1.设置寄存器、配置GPIO、定时器、A/D转换器和外部中断、启动A/D转换。2.检测GPIO有没有启动信号,检测到启动信号后,从另一个GPIO发出控制信号给直流电机加电。3.读取电流信号数据,求平均值得到电机的电流值，对输出数据进行FFT变换,求出基波的频率，再根据电机的具体型号乘以一个系数得到电机的转速。4.把测试电流和转速送给液晶显示系统显示清扫机行进速度。5.启动总线传输，把测试结果传输到单片机,以对数据进行保存和分析。控制系统清扫流程图(1)红外发光管发射红外光，光波在遇到障碍物后反射，被红外接收管接收，产生对应电流，放大后输出模拟电压，转换后输入单片机。(2)接触传感器，判断其是否是清扫。若可清扫则单片机向清扫电机发出清扫指令，执行清扫命令，若不可清扫，判断其为墙角类障碍，此时累加器累加判断为墙角的次数。(3)判断墙角累加次数的奇偶，若为奇数则通过控制电机调速模块来控制左右轮速度，控制清扫机行进方向，使其左后转行进。若判断为偶数，则使其右后转行进。铅酸电池

特点：铅酸电池是一