设计说明书-模板-2026

课程设计说明书（2025-2026学年）课程名称创新实践6题目XXXXX学院机械工程学院专业XXXXXX小组成员学号姓名（组长），学号姓名，学号姓名指导教师XX完成日期2026年月日

目录TOC\o"1-3"\h\u1.序言 .序言1.1产品发展背景自1996年，伊莱克斯发布全球首个扫地机器人三叶虫（Trilobite）开始，扫地机器人作为智能产品第一次面向大众，期间2001年，戴森研发了扫地机DC06，但因为太过笨重且量产存在问题，最终未能上市。直到2002年，真正大规模量产销售的产品由iRobot推出，iRobot扫地机带动了第一波产品潮。凯驰（德国）、日立（日本）、三星（韩国）和松腾实业（中国台湾）等一批公司均先后推出了扫地机器人产品。纵观扫地机器人的十几年发展时间，可以发现扫地机器人的技术更迭经历了两大阶段：1.扫地功能完善阶段。扫地机器人的最基础的本质工作就是完成地面清洁工作，如果不能满足该功能，那么扫地机器人也就没有什么存在的意义，因而早期的扫地机器人的主要是完善清扫系统。2.清扫智能化阶段。扫地机器人是要代替人进行工作的，需要对家庭环境进行识别感知，因此扫地机器人开始增加一些附加的智能化技术，比如智能回充、爬坡越障、防跌落功能、APP远程控制功能等。虽然扫地机器人与吸尘器有着密不可分的渊源，但是在某些地方，经过多年技术的沉淀、革新，扫地机器人更是有着比吸尘器更加智能创新的特点，更能符合现代社会人们高效忙碌的生活。随着扫地机器人行业的不断进步和发展，扫地机器人已经赢得了大多数消费者的认可，在智能化程度上也不断更新。后续的发展，必然是要向着智能化进阶，从根本上提升智能扫地机器人的人性化、智能化。从定位-构图-规划-清扫各个阶段进行智能化提升，在工作时清洁效率更高，在功能上更加智能，在外观上设计更加时尚。1.2方案设计本方案整体设计参数如表1-1所示。整体设计方案如下：设计扫地机器人整体为圆形，机身为可移动装置，扫地机器人依托红外识别测距从而避障，设计路线。配合芯片控制内部驱动电机、毛刷电机转动以及内部真空环境吸尘，通过路线设计，在室内自由行走，由中央滚刷旋转清扫，搭配吸尘功能，并且辅以毛刷，沿直线或者之字形活动路径打扫，并能在工作过程中判断电量剩余进行自主充电活动。表1-SEQ表1-\*ARABIC1整体设计参数适用面积(m2)100~150额定功率(W)1000最大功率(W)1200最高行驶速度(m/s)0.3m/s最高加速度(m/s2)0.1m/s2最大负载重量(kg)1产品重量(kg)4产品外壳尺寸（mm）258×7驱动轮直径（mm）50集尘容量(L)0.4充电类型自动充电控制方式智能控制充电时间3~4连续使用时间5~6避障功能支持物品检测功能支持边缘检测功能支持消毒功能支持

2.机械结构计算校核2.1机械传动结构校核2.1.1电机的选型计算（1）驱动轮电机选择计算由参数设计可知，扫地机器人整体重量为4kg，最大载重为1kg，最高行驶速度为0.3m/s。其余参数为取驱动轮直径为50mm，最大加速度为0.1m/s2。扫地机器人为3轮承重，且由左右两个驱动轮进行驱动。扫地机器人在行驶过程中要客服各种阻力，包括：滚动阻力Ff、空气阻力Fw、坡度阻力Fr、加速度阻力FF滚动阻力在扫地机器人行驶过程中，主要由车轮轴承阻力以及车轮与道路的滚动摩擦阻力组成，FfF其中，车轮轴承阻力Ffz扫地机器人重量集中在中部，主要有对称放置的两个驱动轮承重，每个车轮与道路的滚动摩擦阻力FfgF其中，G=5×10=50N，f=0.36，R=25mm，带入参数得Ffg由于扫地机器人工作在室内，基本工作环境中无风，且速度不快，因此认为空气阻力Fw坡度阻力FrF最大坡度α=5°，带入数据得：Fr加速度阻力FjF其中a=0.1m/s2，m=5kg带入参数得Fj综上，驱动力Ft驱动轮最高转速为：n=带入参数得驱动轮最高转速为n=115rpm电机功率的计算公式为：P=电机转矩的计算公式为：T=9549×带入参数得电机功率P=1.57W，T=0.130N由以上运算结果，选择电机种类为JGB37-500-30k直流减速电机，该电机参数如下。额定电压/V额定转速/rpm额定转矩/kg·cm减速比121600.4322.5（2）边刷电机选择……（3）风机选择……2.1.2驱动轮减速器齿轮传动设计计算（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数……（2）按齿面接触疲劳强度设计……（3）按齿根弯曲疲劳强度设计……（4）几何尺寸计算……（5）主要设计结论……2.1.3驱动轮减速器齿轮轴设计计算（1）初步计算轴径……（2）外伸轴的弯扭合成强度计算……141N·mmFV2=17.56NFr=16.667NFt2=54NFV1=53.11N141N·mmFV2=17.56NFr=16.667NFt2=54NFV1=53.11NFr2=19.654N103N·mm58N·mmFt=5.15NFh1=17.54NFh2Fr2=19.654N103N·mm58N·mmFt=5.15NFh1=17.54NFh2=7.261N扭矩图：912.625N·mmT=T912.625N·mm……2.2齿轮结构示意图

3.机械系统设计3.1模块系统设计扫地机器人采用类圆形设计，保证能够清洁一些狭窄的角落，转向正常运行不会出现卡死现象。扫地机器人整体由运动部分、清扫部分以及外壳组成。运动部分包括驱动轮模块、控制传感器模块、避障模块；清扫部分包括边刷模块、吸尘模块以及相关拓展辅助部分。3.1.1运动部分（1）驱动轮模块用于驱动扫地机器人运动。整体结构如图3-1所示。运动部分采用三轮结构，保持了机身的稳定性，前轮为万向轮，其后左右两部分为差动驱动轮，分别由两个驱动电机单独驱动运动。由驱动电机、驱动电机联轴器、驱动轮、驱动电机基座、减速装置和悬挂避震装置组成。驱动电机配有光电编码器，通过改变电机驱动芯片的控制线，实现驱动轮的调速，实现运动与力的传递，从而实现执行和任意角度的转向操作；减速装置通过采用整体式同轴式二级圆柱直齿轮减速装置实现减速功能，在简化设计的同时降低了减速器的故障率；悬挂避震装置采用弹簧减震装置，来降低扫地机器人在放置及运动过程中所受冲击力大小。驱动轮模块通过连接件与底盘相连接。……图3-1驱动轮模块三维图（2）控制传感器模块……（3）避障模块……

3.1.2清扫部分（1）边刷模块……图3-2边刷模块三维图（2）吸尘模块……（3）外壳部分……（4）底盘……3.2整体系统设计整体系统如图3-6到3-8所示。图3-6扫地机器人总装配图图3-7扫地机器人内部结构示意图图3-8扫地机器人底部结构示意图

4.硬件电路设计总体电路设计电路图见附录，电路设计总共分为USB-5V升压模块电路设计，E18-D80NK红外避障传感器模块电路设计，MX1616直流电机驱动模块以及按键电路模块。STM32单片机核心电路设计……STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图如下图所示。ST图4-1STM32单片机核心板接口原理图MX1616直流电机驱动模块该电机驱动模块非常适合在电池供电的智能小车、玩具小车、机器人等上面使用，供电电压2~10V，可同时驱动两个直流电机或者1个4线2相式步进电机，可实现正反转和调速的功能，每路电流能到1.5A持续电流，峰值电流可达2.5A，有热保护并且能够自动恢复。一、模块亮点及参数（1）采用进口原装专业电机驱动芯片，内置低导通内阻MOS开关管，发热极小，无需散热片，体积小，省电。（2）双路1.5A×2,峰值电流可到2.5A,内置过热保护电路,不用怕电机堵转烧坏，温度下降后自动恢复（3）体积小，质量轻，0待机电流（4）双路H桥电机驱动，可以同时驱动两路直流电机或者1个4线两相式步进电机；（5）模块供电电压2~10V（6）信号端输入电压1.8~7V（7）单路工作电流1.5A，峰值电流可达2.5A，低待机电流(小于0.1uA)（8）内置防共态导通电路，输入端悬空时，电机不会误动作（9）内置带迟滞效应的过热保护电路(TSD)，无需担心电机堵转（10）产品尺寸：24.7×21×5mm(长宽高)，超小体积，适合组装和车载（11）安装孔直径：2mm注意：（1）电源正极与负极接反肯定会造成电路损坏。（2）输出对地短路或输出端短路，还有电机堵转的情况下，芯片都会热保护的，但是在接近或者超过10V电压且峰值电流大大超过2.5A的情况下也会造成芯片烧毁。二、模块接口原理图如下图所示。图4-2模块接口电路原理图USB-5V升压模块电路设计……按键电路设计……E18-D80NK红外避障传感器模块电路设计……

5.程序设计（主程序）#include"sys.h"#include"usart.h"#include<stdio.h>#include"timer.h"#include"key.h"#include"pwm.h"#include"mycar.h"#defineVALUE_TIME_IR 200//红外检测到障碍物达到指定时间则任务小车被挡住走不动了VALUE_TIME_IR*10ms#definespeed_perset 80chardis_temp[18];//显示暂存数组unsignedchari;intmain(void){ NVIC_Configuration(); delay_init(); //延时函数初始化 USARTx_Init(USART1,9600); //串口初始化为9600 // USARTx_Init(USART2,9600); //串口初始化为9600 TIM3_Int_Init(99,7199);//10ms TIM4_PWM_Init(PWM_PER-1,0); LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口 KEY_Init(); //按键初始化 while(1) ……

6.功能仿真模拟6.13.3V电池电路6.2MCU复位电路6.3WIFI供电电路……6.4充电电路……6.5充电桩识别电路……6.6电池电压检测电路……6.7电源适配器电压检测电路……6.8蜂鸣器电路……6.9机器运行状态电路……6.10吸尘风扇电路……6.11左右防撞检测电路……6.12左右码盘输出电路……6.13左右轮电压检测电路……

总结……

参考文献[1]张建民.机电一体化系统设计(第4版).高等教育出版社[2]尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书(第1版).机械工业出版社[3]濮良贵.机械设计（第十版）.高等教育出版社[4]吴宗泽.机械设计课程设计手册（第五版）.高等教育出版社[5]陈秀宁.机械设计基础（第四版）.浙江大学出版社

附录一任务安排附表1-SEQ附表1-\*ARABIC1任务分工安排表姓名工作内容：XXX电路设计，代码编写，模型建立XXX绘画图纸，中期答辩XXX相关计算选型，编写说明书，模型以上分工仅供参考

附录二总体电路图设计附录三程序代码#ifndef__MYCAR_H#define__MYCAR_H#include"sys.h"#include"pwm.h"//定义枚举类型，车轮的运动方向typedefenum{ Wheel_Dir_Stop=0,//停止 Wheel_Dir_Forward,//前进 Wheel_Dir_Backward//后退}Direction_Wheel;//定义枚举类型，车的运动方向……//控制左边轮子的方向和速度……//控制右边轮子的方向和速度……//小车停止，两个轮子的速度都设置为0……//小车运行，分别控制两个轮子的方向和速度……//小车前