小型清掃機(jī)器人的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與清掃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

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小型清掃機(jī)器人的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與清掃系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目錄 第一章 緒論 1 1.1 清掃機(jī)器人的出現(xiàn)背景 1 1.2 清掃機(jī)器人的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 2 第二章 清掃機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng) 5 2.1 清掃機(jī)器人的要求 6 2.2 系統(tǒng)方案比較與論證 6 2.3最終方案 10 第三章機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 10 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 10 3.2 減速器的參數(shù)設(shè)計(jì) 12 3.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 21 第四章 清掃裝置的設(shè)置 27 4.1 清掃裝置的基本原理 27 4.2清掃裝置的基本結(jié)構(gòu) 28 4.3 清掃裝置的配置 29 第五章 總結(jié)與期望 29 5.1 全文總結(jié) 29 5.2 論文創(chuàng)新之處 29 5.3 存在的不足與展望 30 謝辭 31 參考文獻(xiàn) 32 附錄： 33 第一章 緒論 1.1 清掃機(jī)器人的出現(xiàn)背景 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，服務(wù)機(jī)器人開(kāi)辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)主要有三大原因：一是勞動(dòng)力成本上升；二是人類(lèi)想要擺脫枯燥乏味的體力勞動(dòng)，如清潔，家務(wù)，照顧病人等；三是人口的老齡化和社會(huì)福利制度的完善也為某些服務(wù)機(jī)器人提供了鋼釩的市場(chǎng)應(yīng)用前景。服務(wù)機(jī)器人區(qū)別于工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)主要特征就是服務(wù)機(jī)器人是一種適用于具體的方式，環(huán)境及任務(wù)過(guò)程的機(jī)器人系統(tǒng)，其活動(dòng)空間大，具有在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的移動(dòng)性，因此服務(wù)機(jī)器人大多數(shù)是移動(dòng)機(jī)器人。 1.2 清掃機(jī)器人的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 清掃機(jī)器人的發(fā)展是建立在移動(dòng)機(jī)器人的基礎(chǔ)之上的，一個(gè)好的清掃機(jī)器人就必須有一個(gè)好的移動(dòng)基礎(chǔ)。因此，每次移動(dòng)機(jī)器人的飛躍，隨之而來(lái)的就是清掃機(jī)器人的更新?lián)Q代。 1.2.1 國(guó)外的清掃機(jī)器人的發(fā)展與現(xiàn)狀 德國(guó)Kaercher公司生產(chǎn)的RC3000是世界上第一胎能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的清潔機(jī)器人，如圖1-1所示。它只有50cm長(zhǎng)，能夠自動(dòng)清掃地面，自動(dòng)返回充電站充電，可以在主人外出時(shí)獨(dú)立完成家庭清潔的任務(wù)，其扁平的設(shè)計(jì)使其能夠清潔床，沙發(fā)，茶幾等家具的下部位置，如圖1-2所示；它的移動(dòng)是隨機(jī)的，當(dāng)遇到障礙時(shí)，隨機(jī)改變一個(gè)角度，然后繼續(xù)直走，直到遇到新的障礙物；它內(nèi)置四種清潔程序，根據(jù)清潔面積的大小，可以選擇合適的程序；內(nèi)置光敏傳感器，在遇到樓梯與臺(tái)階時(shí)，能夠自動(dòng)避讓?zhuān)粫?huì)跌落。 圖1-1 RC3000 圖1-2 RC3000 2001年11月著名的家電廠商伊萊克斯在英國(guó)推出了吸塵器“三葉蟲(chóng)”，如圖1-3所示。它的高度為13mm，直徑為35mm，能夠自由穿梭清掃，自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行走路線(xiàn)；它使用超聲波探測(cè)器，可以敏捷迅速地覺(jué)察出障礙物并繞開(kāi)；“三葉蟲(chóng)”可分三個(gè)檔位進(jìn)行工作：正常，快速和點(diǎn)清理；吸塵器充滿(mǎn)垃圾時(shí)還會(huì)發(fā)出燈光警告；為了限制“三葉蟲(chóng)”的活動(dòng)范圍，用戶(hù)需要在樓梯間或其它沒(méi)有天然障礙物的地方，貼上特制的可粘式磁帶。“三葉蟲(chóng)”是由可充電電池驅(qū)動(dòng)的，每次充電后可以運(yùn)行60min左右，電量不足時(shí)能自動(dòng)返回充電卡座充電。 圖1-3 伊萊克斯“三葉蟲(chóng)” 2003年11月，三星公司推出一款三星代號(hào)為VC-RP30W的機(jī)器人吸塵器，如圖1-4所示，主要針對(duì)家庭市場(chǎng)。VC-RP30W主要依靠3D地圖技術(shù)來(lái)進(jìn)行定位，并能靈巧地躲避障礙物，能夠快速，高翔地對(duì)房間每個(gè)角落進(jìn)行吸塵； 當(dāng)遇到障礙物或者死角情況，VC-RP30W能輕易地分析出垃圾與其他日常生活用品，同時(shí)允許用戶(hù)定義工作時(shí)間及清掃區(qū)域；用戶(hù)還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)看安裝在機(jī)器人前部攝像頭內(nèi)的信息，對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控；整個(gè)機(jī)器人的電池能維持50min的連續(xù)工作，當(dāng)電量即將耗盡時(shí)自動(dòng)回到充電座補(bǔ)充能源，非常地智能化。 圖1-4 三星VC-RP30W 1.2.2 國(guó)內(nèi)清掃機(jī)器人的發(fā)展和現(xiàn)狀 1999年初，浙江大學(xué)機(jī)械電子研究所開(kāi)始進(jìn)行智能 吸塵機(jī)器人的研究，兩年后設(shè)計(jì)成功國(guó)內(nèi)第一個(gè)具有初步智能的自主吸塵機(jī)器人，與蘇 州TEK公司合作研發(fā)，到2003年系統(tǒng)在自主能力和工作效率上都有了顯著提高，它工作之前，首先進(jìn)行環(huán)境學(xué)習(xí)，利用超聲波測(cè)距，與墻保持一定的行走距離，在清潔角落的同時(shí)獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時(shí)間；然后，利用隨機(jī)與局部遍歷規(guī)劃相結(jié)合的算法產(chǎn)生高效的清潔路徑；在清掃結(jié)束后，自動(dòng)回到充電座補(bǔ)充動(dòng)力；系統(tǒng)在的實(shí)際家庭環(huán)境中，工作10min可以達(dá)到90%以上的覆蓋率。如圖1-5 圖1-5 蘇州 TEK 深圳市銀星智能電器有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)的KV8保潔機(jī)器人（如圖1-6）的一些布置如下 　　1、KV8保潔機(jī)器人路徑規(guī)劃原理 KV8保潔機(jī)器人通過(guò)電腦芯片控制機(jī)器人的左右輪轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)圓弧形清潔路線(xiàn)。當(dāng)圓弧的半徑拓展到7.5m的時(shí)候，芯片程序會(huì)控制機(jī)器人離開(kāi)當(dāng)前路線(xiàn)，在7.5m遠(yuǎn)處再次執(zhí)行圓弧清潔路線(xiàn)。大量的圓弧對(duì)地面實(shí)行無(wú)縫覆蓋，從而達(dá)到全面清潔地面的目的。 　　2、KV8保潔機(jī)器人自動(dòng)充電原理 　　KV8保潔機(jī)器人在機(jī)器人電量快要耗完時(shí)，機(jī)器人頂部的紅外線(xiàn)發(fā)射頭發(fā)射出無(wú)電信號(hào)，當(dāng)充電基座上的兩個(gè)紅外線(xiàn)接收頭接收到此信號(hào)時(shí)，機(jī)器人便與充電基座取得了 聯(lián)系 。通過(guò)兩個(gè)紅外線(xiàn)接收頭對(duì)機(jī)器人的引導(dǎo)，使其慢慢靠攏，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)接。 　　3、KV8保潔機(jī)器人防跌落原理 　　KV8保潔機(jī)器人在機(jī)器人底部前段，安裝了4對(duì)紅外線(xiàn)感應(yīng)頭，每一對(duì)感應(yīng)頭包含一個(gè)發(fā)射頭和一個(gè)接收頭。紅外線(xiàn)發(fā)射頭發(fā)射的紅外經(jīng)地面發(fā)射后，被對(duì)應(yīng)的接收頭所接收。如果機(jī)器人底部距離地面的高度超過(guò)5mm，電腦芯片便會(huì)控制機(jī)器人，使其后退并調(diào)整行走方向，從而避免從高空跌落。 　　4、KV8保潔機(jī)器人虛擬墻工作原理 KV8保潔機(jī)器人虛擬墻在開(kāi)啟之后會(huì)在左右各0.5m，向前3.5米處發(fā)射紅外線(xiàn)，KV8機(jī)器人機(jī)身上的21個(gè)紅外感應(yīng)頭在接觸到由虛擬墻發(fā)射出來(lái)的紅外線(xiàn)后，就不會(huì)繼續(xù)前進(jìn)，進(jìn)入到該區(qū)域內(nèi)打掃。 圖1-6 KV8 經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，我國(guó)清掃機(jī)器人的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在單體平臺(tái)和總體技術(shù)水平與性能上，已接近或部分超越國(guó)際水平，然而與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，無(wú)論是研究規(guī)模、投資強(qiáng)度、技術(shù)水平還是成果應(yīng)用程度與效益等方面，都存在明顯的差距，因此還有更多的工做需要去做。 第二章 清掃機(jī)器人移動(dòng)系統(tǒng) 對(duì)清掃機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的研究涉及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?？刂葡到y(tǒng)的輸入量也需要從對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模分析得到的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出;傳感測(cè)量系統(tǒng)也是建立在一定結(jié)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)之上。因此，盡管輪式移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展到今天，機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但針對(duì)具體的應(yīng)用，研究人員的新型結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)從未停止。 2.1 清掃機(jī)器人的要求 2.1.1 基本要求 （1）需要自帶電源，小巧輕便，操作簡(jiǎn)單，自主性好，實(shí)用性強(qiáng) （2）工作環(huán)境主要為普通家庭環(huán)境，也可以用于機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳，展覽館，圖書(shū)館等公共場(chǎng)所。環(huán)境的共同特征為有限的封閉空間，平整的地板以及走動(dòng)的人員，因此可以歸結(jié)為負(fù)責(zé)多變，結(jié)構(gòu)化得動(dòng)態(tài)環(huán)境。所以環(huán)境適應(yīng)性是對(duì)此類(lèi)機(jī)器人的基本要求。 （3）任務(wù)主要是清掃地面和地毯，工作的對(duì)象是地面的灰塵，紙屑以及其他一些小尺寸物體，而大尺寸物體不作為吸塵機(jī)器人的處理對(duì)象。考慮到安全因素，吸塵機(jī)器人必須對(duì)人及家庭物品等不構(gòu)成任何危害，同時(shí)吸塵機(jī)器人還必須具備自我保護(hù)的能力。 （1）設(shè)計(jì)傳動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的機(jī)械零件 （2）熟悉單片機(jī)技術(shù)在機(jī)器人中的應(yīng)用 （3）熟練掌握CAD 2.1.2 機(jī)器人的基本參數(shù) （1）路況為平整、堅(jiān)硬地面，車(chē)速不低于0.3m/s （2）車(chē)體尺寸不大于LWH=500500500mm （3）車(chē)體離地間隙不低于40mm （4）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)應(yīng)靈活可靠 （5）相互運(yùn)動(dòng)部分應(yīng)設(shè)潤(rùn)滑及密封裝置 2.2 系統(tǒng)方案比較與論證 根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由控制器系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、尋跡傳感器系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)、清掃系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成。方框圖如圖2-1 電源系統(tǒng) 主控系統(tǒng) 鍵盤(pán)顯示子系統(tǒng) 遙控子系統(tǒng) 里程計(jì) 浮動(dòng)，過(guò)流和邊緣檢測(cè) 地面光敏檢測(cè) 傳感器系統(tǒng) 吸塵子系統(tǒng) 行走驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng) 毛刷電機(jī) 吸塵電機(jī) 返回充電站路徑規(guī)劃算法 路徑覆蓋算法 碰撞檢測(cè) 塵倉(cāng)紅外檢測(cè) 右輪電機(jī) 左輪電機(jī) 執(zhí)行電機(jī)部分 傳感器部分 職能軟件部分 輸入輸出部分 圖2-1 清掃機(jī)器人各部分組成方框圖 2.2.1 車(chē)身設(shè)計(jì) 方案1：購(gòu)買(mǎi)玩具電動(dòng)車(chē)。購(gòu)買(mǎi)的玩具電動(dòng)車(chē)具有組裝完整的車(chē)架車(chē)輪、電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路。但是一般的說(shuō)來(lái)，玩具電動(dòng)車(chē)具有如下缺點(diǎn)：首先，這種玩具電動(dòng)車(chē)由于裝配緊湊，使得各種所需傳感器的安裝十分不方便。其次，這種電動(dòng)車(chē)一般都是前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動(dòng)，不能適應(yīng)該題目的方格地圖，不能方便迅速的實(shí)現(xiàn)原地保持坐標(biāo)轉(zhuǎn)90度甚至180度的彎角。再次，玩具電動(dòng)車(chē)的電機(jī)多為玩具直流電機(jī)，力矩小，空載轉(zhuǎn)速快，負(fù)載性能差，不易調(diào)速。而且這種電動(dòng)車(chē)一般都價(jià)格不扉。因此我們放棄了此方案。 方案2：自己制作電動(dòng)車(chē)。經(jīng)過(guò)反復(fù)考慮論證，制定了左右兩輪分別驅(qū)動(dòng)，前后萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向的方案。即左右輪分別用兩個(gè)轉(zhuǎn)速和力矩基本完全相同的直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，前后裝兩個(gè)萬(wàn)向輪。這樣，當(dāng)兩個(gè)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向相反同時(shí)轉(zhuǎn)速相同時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)的原地旋轉(zhuǎn)，由此可以輕松的實(shí)現(xiàn)小車(chē)坐標(biāo)不變的90度和180度的轉(zhuǎn)彎。 在安裝時(shí)并不把兩個(gè)萬(wàn)向輪裝在一個(gè)平面上。當(dāng)小車(chē)前進(jìn)時(shí)，左右兩驅(qū)動(dòng)輪與前萬(wàn)向輪形成了三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得小車(chē)在前進(jìn)時(shí)比較平穩(wěn)，可以避免出現(xiàn)前后兩輪過(guò)低而使左右兩驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)力不夠的情況。為了防止小車(chē)重心的偏移，后萬(wàn)向輪起支撐作用。 對(duì)于車(chē)架材料的選擇，經(jīng)過(guò)比較選擇了鋁合金。用鋁合金做的車(chē)架比塑料車(chē)架更加牢固，比鐵制小車(chē)更輕便，美觀。 綜上考慮，我們選擇了方案2. 2.2.2 電源系統(tǒng) 由于本系統(tǒng)需要電池供電，我們考慮了如下集中方案為系統(tǒng)供電。 方案1：采用24V蓄電池為系統(tǒng)供電。蓄電池具有較強(qiáng)的電流驅(qū)動(dòng)能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。但是蓄電池的體積過(guò)于龐大，在小型電動(dòng)車(chē)上使用極為不方便。因此我們放棄了此方案。 方案2：采用2節(jié)12V可充電式鋰電池串聯(lián)共24V給直流電機(jī)供電，經(jīng)過(guò)7805的電壓變換后為單片機(jī)，傳感器和舵機(jī)供電。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)電池為直流電機(jī)供電時(shí)，單片機(jī)、傳感器的工作電壓不夠，性能不穩(wěn)定。因此我們放棄了此方案。 方案3：采用2節(jié)12V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，用2節(jié)鋰電池經(jīng)過(guò)7805的電壓變換為單片機(jī)和傳感器供電。再用2節(jié)鋰電池經(jīng)另一套7805電壓變換電路為舵機(jī)供電。采用此種供電方式后，單片機(jī)和傳感器工作穩(wěn)定，舵機(jī)直流電機(jī)工作互不影響，且電池的體積較小，能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。 綜上考慮，選擇了方案3。 2.2.3 電機(jī) 本系統(tǒng)為智能電動(dòng)車(chē)，對(duì)于電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，其驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇就顯得十分重要。由于本題要實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑的準(zhǔn)確定位和精確測(cè)量，我們綜合考慮了一下兩種方案。 方案1：采用步進(jìn)電機(jī)作為該系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。由于其轉(zhuǎn)過(guò)的角度可以精確的定位，可以實(shí)現(xiàn)小車(chē)前進(jìn)路程和位置的精確定位。雖然采用步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩較低，隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其轉(zhuǎn)速較低，不適用于小車(chē)等有一定速度要求的系統(tǒng)。經(jīng)綜合比較考慮，我們放棄了此方案。 方案2：采用直流減速電機(jī)。直流減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，體積小，重量輕，裝配簡(jiǎn)單，使用方便。由于其內(nèi)部由高速電動(dòng)機(jī)提供原始動(dòng)力，帶動(dòng)變速（減速）齒輪組，可以產(chǎn)生大扭力。 方案2對(duì)小車(chē)來(lái)說(shuō)是最佳的選擇。 2.2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 方案1：采用專(zhuān)用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它相應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。 方案2：對(duì)于直流電機(jī)用分立元件構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路。由分立元件構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。 因此我們選用了方案1。 2.2.5 輪式機(jī)構(gòu) 方案1：二輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般驅(qū)動(dòng)輪與電機(jī)直接相連, 通過(guò)對(duì)電機(jī)的控制改變兩個(gè)輪子的速度來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)向的功能, 左右車(chē)輪處于同一平面內(nèi), 以此來(lái)達(dá)到平衡，安裝時(shí)要確保兩驅(qū)動(dòng)輪的軸線(xiàn)處于同一前后位置上, 操作起來(lái)很容易, 只要在向驅(qū)動(dòng)輪安裝架鉆孔時(shí)事先做好標(biāo)記就可以了。 方案2：四輪移動(dòng)機(jī)構(gòu)：四輪機(jī)構(gòu)和全方位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向比較復(fù)雜, 四輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)是典型的汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的主要構(gòu)成部分, 一般分為三種轉(zhuǎn)向方式: 它們分別是兩前輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向、兩后輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向和四輪互相配合轉(zhuǎn)向, 車(chē)輪的連接比較復(fù)雜, 不適合一般的家用機(jī)器人移動(dòng), 而且造成機(jī)器人結(jié)構(gòu)繁瑣; 全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行任意的定位和定向, 雖然它可以使機(jī)器人更加靈活地運(yùn)動(dòng), 有著顯著的優(yōu)越性, 但它同四輪機(jī)構(gòu)一樣甚至比四輪機(jī)構(gòu)更具復(fù)雜性和難度。 方案3：三輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu): 三輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)一般在兩輪式的基礎(chǔ)上增加一個(gè)萬(wàn)向輪或驅(qū)動(dòng)輪, 有兩種驅(qū)動(dòng)方式, 它們分別是兩后輪驅(qū)動(dòng), 前輪導(dǎo)向和前輪作為驅(qū)動(dòng)輪, 而兩后輪為轉(zhuǎn)向輪, 用一根軸連在一起。當(dāng)兩后輪驅(qū)動(dòng)時(shí), 主動(dòng)力輪分開(kāi)置于機(jī)體左右兩側(cè), 支撐點(diǎn)處應(yīng)用萬(wàn)向輪, 但考慮到萬(wàn)向輪自身存在轉(zhuǎn)彎半徑, 為了保持在轉(zhuǎn)彎過(guò)程中機(jī)器人整體的幾何中心不會(huì)偏移太大, 而造成轉(zhuǎn)彎后丟線(xiàn), 所以?xún)蓚€(gè)支撐輪的自身摩擦阻尼應(yīng)該足夠小, 采用這種轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)后, 機(jī)器人可以做到0 半徑(幾何中心不變) 的360度自由轉(zhuǎn)向。根據(jù)機(jī)器人完成指定任務(wù)要求, 機(jī)器人必須具備轉(zhuǎn)向靈活, 轉(zhuǎn)彎半徑盡可能小, 即轉(zhuǎn)向過(guò)程中機(jī)器人本身幾何中心偏移量盡可能小, 因此選擇三輪式作為機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu), 在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候, 由左、右輪進(jìn)行差動(dòng)轉(zhuǎn)彎。進(jìn)行兩輪反向差動(dòng)轉(zhuǎn)向可以使機(jī)器人幾何中心保持不動(dòng), 不會(huì)影響轉(zhuǎn)彎后的運(yùn)動(dòng)軌跡, 完全能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 綜合上述三個(gè)方案的比較以及清掃機(jī)器人的實(shí)際工作情況，采用的是方案3的思想，將2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪放在兩側(cè)，前后各有一個(gè)萬(wàn)向輪，這樣就保證了即使在任何一個(gè)輪子發(fā)生意外都能保證機(jī)器人不會(huì)發(fā)生翻到的情況發(fā)生。 2.3最終方案 經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，最終確定了如下的方案 (1)車(chē)體用鋁合金車(chē)架手工制作。 (2)采用2節(jié)12V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電 (3)采用直流電機(jī) (4)采用專(zhuān)用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 （5）采用二個(gè)驅(qū)動(dòng)輪兩側(cè)驅(qū)動(dòng)，前后各置一個(gè)萬(wàn)向輪 第三章機(jī)械傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1.1 整體重量 1）電動(dòng)機(jī)選取ZYT型永磁直流電動(dòng)機(jī)，由表2.1.1.1可知道，其最大質(zhì)量不超過(guò)8kg 2）2節(jié)12V可充電式鋰電池為直流電機(jī)供電，由表2.1.1.2可知道，質(zhì)量為0.5kg 3）機(jī)器人的基本骨架都是用鋅鋁合金，其密度ρ在 壁厚l1=1/6inc=2.541/6=0.42cm,去l1=0.5cm 假設(shè)機(jī)器人的模型為圓柱形，500500500 mm離地間隙初步估計(jì)為50mm 根據(jù) 壁厚 l=1/4inc=2.541/4=0.635cm, 取 l=0.7cm 取 d=40cm， 則 h=15.9cm， 取 h=16cm 4）存儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)的主要是一些灰塵及紙屑，預(yù)估記能存儲(chǔ)的雜物質(zhì)量為10kg 5）軸類(lèi)元件選取材料45剛（調(diào)質(zhì)），預(yù)計(jì)重量為5kg 6）其他電器元件多數(shù)為輕質(zhì)材料，預(yù)計(jì)重量為20kg 綜上所述，整個(gè)機(jī)器人預(yù)計(jì)總質(zhì)量m=50kg 3.1.2 參數(shù)計(jì)算 車(chē)輪直徑300mm，速度v>0.3m/s,取v=1.5m/s 由于摩擦系數(shù)，機(jī)械效率等隨條件的變化不同，所以對(duì)電機(jī)的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算只能是估算。 設(shè)減速電機(jī)輸出輪應(yīng)具有的最高轉(zhuǎn)速為n (r/min) 設(shè)路面的平均摩擦系數(shù)f=0.1，機(jī)器人的最大加速度，由于路面的摩擦系數(shù)會(huì)產(chǎn)生變化及各種原因的影響，設(shè)可靠性系數(shù)k=1.2 則有阻力 轉(zhuǎn)矩 功率 查表3-1 表3-1 選取110ZYT05型號(hào)的電動(dòng)機(jī) 3.2 減速器的參數(shù)設(shè)計(jì) 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 車(chē)輪的轉(zhuǎn)速 減速系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 選用展開(kāi)式二級(jí)減減速設(shè)置，各級(jí)傳動(dòng)比分別為 高速級(jí) 低速級(jí) 電動(dòng)機(jī)輸出的功率，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)減速器之后各級(jí)數(shù)據(jù)如下表3-2所示 表3-2 ------- 功率p（W） 轉(zhuǎn)矩（Nmm） 轉(zhuǎn)速r/min 傳動(dòng)比 效率 ------ 入 出 入 出 ------- 電動(dòng)機(jī)軸 ----- 69 ----- 219.65 3000 7.1 4.42 0.95 0.95 輸入軸 69 65.55 219.69 1407.46 422.54 輸出軸 64.24 60 1407.46 5791.73 95.6 3.2.1 高速級(jí)齒輪傳動(dòng) 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2）機(jī)器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級(jí)精度 3）材料選擇，小齒輪材料為45剛，硬度為200HBS，大齒輪材料問(wèn)哦QT500-5，硬度為160HBS，二者材料硬度差為40HBS 4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)， 由 （1） 確定供室內(nèi)的隔計(jì)算數(shù)值 1） 試選動(dòng)載荷系數(shù) 2） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 3） 選取齒寬系數(shù) 4） 彈性影響系數(shù) 5） 根據(jù)齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限， 大齒輪 6） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（工作5年，每年300天，每天2小時(shí)） 7） 取接觸疲勞壽命系數(shù) 8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1 （2） 計(jì)算 1） 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的 2） 計(jì)算圓周速度 3） 計(jì)算齒寬b 4） 計(jì)算齒寬與齒高之比，b/h 模數(shù) 齒高 5） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=2m/s，7級(jí)精度，動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪 使用系數(shù)；小齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱(chēng)布置時(shí)， 由b/h=10.67, ,查得 故載荷系數(shù) 6） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 7） 計(jì)算模數(shù) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1）差的小齒輪的玩去疲勞強(qiáng)度極限 2）彎曲疲勞壽命系數(shù) 3）計(jì)算疲勞許用應(yīng)力 取疲勞安全系數(shù)S=1.4 4）計(jì)算載荷系數(shù)k 5）查取齒形校正系數(shù) 6） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 7） 計(jì)算大小齒輪，并加以比較 大齒輪的值大 （2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根玩去疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于玩去強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù)0.446并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=0.5mm，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 取 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （2） 計(jì)算中心距 （3） 計(jì)算齒輪寬度 取 3.2.2 低速級(jí)齒輪傳動(dòng) 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng) 2）機(jī)器人為一般工作及其，速度不高，故選用7級(jí)精度 3）材料選擇，小齒輪材料為45剛，硬度為200HBS，大齒輪材料問(wèn)哦QT500-5，硬度為160HBS，二者材料硬度差為40HBS 4）選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由 （3） 確定供室內(nèi)的隔計(jì)算數(shù)值 9） 試選動(dòng)載荷系數(shù) 10） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 11） 選取齒寬系數(shù) 12） 彈性影響系數(shù) 13） 根據(jù)齒面硬度查得小齒輪的解除疲勞強(qiáng)度極限， 大齒輪 14） 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)（工作5年，每年300天，每天2小時(shí)） 15） 取接觸疲勞壽命系數(shù) 16） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效率為1%，安全系數(shù)S=1 （4） 計(jì)算 8） 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的 9） 計(jì)算圓周速度 10） 計(jì)算齒寬b 11） 計(jì)算齒寬與齒高之比，b/h 模數(shù) 齒高 12） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=2.94m/s，7級(jí)精度，動(dòng)載荷系數(shù)，直齒輪 使用系數(shù)；小齒輪相對(duì)支撐對(duì)稱(chēng)布置時(shí)， 由b/h=10.67, ,查得 故載荷系數(shù) 13） 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑 14） 計(jì)算模數(shù) 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1）差的小齒輪的玩去疲勞強(qiáng)度極限 2）彎曲疲勞壽命系數(shù) 3）計(jì)算疲勞許用應(yīng)力 取疲勞安全系數(shù)S=1.4 4）計(jì)算載荷系數(shù)k 5）查取齒形校正系數(shù) 6） 查取應(yīng)力校正系數(shù) 7） 計(jì)算大小齒輪，并加以比較 大齒輪的值大 （3） 設(shè)計(jì)計(jì)算 mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根玩去疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于玩去強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算的的模數(shù)0.446并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1mm，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （4） 計(jì)算中心距 （5） 計(jì)算齒輪寬度 取 3.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 圖3-1 3.3.1 軸的計(jì)算 (1)求輸出軸上的功率由表3-2可知 (2) 求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪分度圓直徑 而 （3）初步確定軸的最小直徑 軸的材料45剛（調(diào)質(zhì)），取 顯然最小直徑是在輸出軸位置上的，而輸出軸上安裝的是輪胎，故可以假定 輪胎設(shè)計(jì) 直徑300mm，軸長(zhǎng)20mm，輪面20，孔徑10mm，重1kg，用螺母固定，有10mm的螺紋 所以 軸承選用深溝球軸承，6200，故 由滾動(dòng)軸承的安裝尺寸， 齒輪寬度20mm，在IV-V段長(zhǎng)度應(yīng)略短于輪長(zhǎng)度， 齒輪左邊端采用軸肩定位，軸肩高度h>=0.07d=2mm，取h=2mm 軸環(huán)寬度， 軸的受力分析如圖3-2所示 圖3-2 14.5FNV1+117.5FNV2=96Ft 14.5+117.5（Ft-FNV1）=96Ft 21.5Ft=103FNV1 FNVQ=16.11N FNV2=61.08N MR=FNV2117.5=7176.9Nmm FNH1+FNH2=Fr28.09 14.5FNH1+117.5FNH2=Fr96=2696.64 14.5FNH1+117.5(28.09-FNH1) 103FNH1=603.935 FNH1=5.86 FNH2=22.23 MH=ym537=2612.025Nmm T=637Nmm 3.3.2 精確校核疲勞強(qiáng)度 （1）判斷危險(xiǎn)截面 截面A,Ⅱ，Ⅲ，B至受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合說(shuō)引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面A,Ⅱ，Ⅲ，B均無(wú)需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅳ和V處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從截面的情況來(lái)看，截面C上的應(yīng)力最大。截面V的應(yīng)力集中的影響和截面Ⅳ的相近，但截面V不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。截面Ⅵ和Ⅶ顯然更不必校核。由第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。 （2）截面Ⅳ左側(cè) 拉彎截面系數(shù)W=0.1d3=0.1123=172.8mm3 抗扭 WT=0.2d=0.2123=345.6mm3 截面Ⅳ上彎 T3=637 Nmm 截面上的彎曲應(yīng)力 扭軸切應(yīng)力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 因r/d=1.0/12=0.083;D/d=16/12=1.3,查的 又由軸的材料的敏感性系數(shù) 故有效應(yīng)力集中系數(shù) 又因?yàn)閺澢叽缦禂?shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為 軸未經(jīng)過(guò)表面強(qiáng)化處理，即，得綜合系數(shù)為 碳鋼的特性系數(shù) 于是，計(jì)算安全系數(shù) 故可知其安全 （3）截面IV右側(cè) 抗彎截面系數(shù)W 抗扭截面系數(shù) 彎矩M及彎曲應(yīng)力 扭矩扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 過(guò)盈配合處的，于是得 軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為 故得綜合系數(shù)為 所以軸載截面IV右側(cè)的安全系數(shù)為 故該軸在截面IV右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。因無(wú)打的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性，故可略去靜強(qiáng)度校核。 第四章 清掃裝置的設(shè)置 4.1 清掃裝置的基本原理 通過(guò)電動(dòng)機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，在主機(jī)內(nèi)形成真空，利用由此產(chǎn)生的高速氣流，從吸入口吸進(jìn)垃圾。這時(shí)氣流的速度高達(dá)時(shí)速240轉(zhuǎn)，虱子等害蟲(chóng)在進(jìn)入主機(jī)之內(nèi)，便因高速碰撞吸塵管內(nèi)壁而死掉。 吸入吸塵器的垃圾，被積蓄在布袋機(jī)，被過(guò)濾網(wǎng)凈化過(guò)的空氣，則邊冷卻電動(dòng)機(jī)，邊被排出吸塵器。 電動(dòng)機(jī)是吸塵器的心臟，其性能的好壞，可直接影響吸塵器的可靠性。另外，吸塵器所使用的電動(dòng)機(jī)，每分鐘旋轉(zhuǎn)2萬(wàn)轉(zhuǎn)～4萬(wàn)轉(zhuǎn)。而如電扇的電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為每分鐘約1800～3600轉(zhuǎn)，由此可知吸塵器電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是多么高。正確表示吸塵器性能的單位，不是輸入功率（瓦數(shù)、或安培數(shù)），而是輸出功率（吸入功率）。吸入力取決于所產(chǎn)生的風(fēng)力和真空力的合力，但這兩個(gè)因素卻具有相反的特性。也就是說(shuō)，風(fēng)力大時(shí)真空力變?nèi)?，真空力?qiáng)時(shí)則風(fēng)力變小。這兩者的合力的最大值，即表示該吸塵器能力的吸入功率，吸入功率用瓦（W）表示。這一定義，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）規(guī)定的表示吸塵器性能的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，在世界范圍內(nèi)得以承認(rèn)。目前，日本、德國(guó)等將其作為表示吸塵器性能的單位而使用這一單位，但在其它地區(qū)，則直接將輸入功率的大小，誤解為表示吸塵器性能的單位。關(guān)天排氣過(guò)濾網(wǎng). 為了不使吸入吸塵器的微小的灰塵泄漏到外邊，吸塵器里裝有種種過(guò)濾網(wǎng)。例如：松下電器的吸塵器里，至少裝有2-3個(gè)過(guò)濾網(wǎng)，另外，布袋或者紙袋，也起著過(guò)濾網(wǎng)的作用。這些過(guò)濾網(wǎng)，可防止極為微小的灰塵損傷電動(dòng)機(jī)，同時(shí)還可起到防止弄臟室內(nèi)空氣的作用。長(zhǎng)期使用吸塵器時(shí)，會(huì)因過(guò)濾網(wǎng)網(wǎng)眼的堵塞而致使吸力下降。為了防止吸力下降，應(yīng)定期用水清洗過(guò)濾網(wǎng)以及布袋，洗后在陰涼處晾干再使用，即可恢復(fù)吸力。吸塵器的基本配線(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的吸塵器電動(dòng)機(jī)一般使用1000瓦以下的電力，故其所產(chǎn)生的熱量與電熱取暖爐相當(dāng)。 一般的吸塵器中，均裝有電流保險(xiǎn)絲和熱保護(hù)器，故即使出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，也可及時(shí)監(jiān)測(cè)出溫度上升，暫時(shí)性切斷通往電動(dòng)機(jī)的電流，防患于未然。還裝有氣流保護(hù)器，在吸嘴等阻塞、空氣停止流動(dòng)時(shí)動(dòng)作，打開(kāi)緊急空氣吸入口，利用外部涼氣來(lái)抑制主機(jī)的過(guò)熱。吸塵器使用時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)后根據(jù)氣流學(xué)原理，在濾塵袋箱內(nèi)形成低氣壓區(qū)，通過(guò)內(nèi)外氣壓差的作用，灰塵等雜物依次通過(guò)地毯――地板刷、長(zhǎng)接管、彎管、軟管、軟管接頭進(jìn)入濾塵袋，灰塵等雜物滯留在濾塵袋內(nèi)，空氣經(jīng)過(guò)濾片凈化后，由機(jī)體尾部排出，因氣體經(jīng)過(guò)電機(jī)時(shí)被加熱，所以吸塵器尾部排出的氣體是熱的。如果濾塵袋內(nèi)灰塵滿(mǎn)了，而又沒(méi)有及時(shí)清理，吸塵器吸力將明顯下降；并且電機(jī)在這種情況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)得不到充分散熱，工作時(shí)間長(zhǎng)了，將造成電機(jī)的損壞；同時(shí)，由于吸力減弱，容易在地毯――地板刷彎曲處、彎管及軟管接頭處引發(fā)堵塞。因此特別提示！在使用吸塵器時(shí)，應(yīng)經(jīng)常清理清潔濾塵袋和前后過(guò)濾片。 4.2清掃裝置的基本結(jié)構(gòu) 清掃裝置的基本結(jié)構(gòu)按功能分為五個(gè)部分: 1、動(dòng)力部分:吸塵器電機(jī)和調(diào)速器。調(diào)速器分手控、機(jī)控。 　　 2、過(guò)濾系統(tǒng):塵袋、前過(guò)濾片、后過(guò)濾片。按過(guò)濾材料不同又分:紙質(zhì)、布質(zhì)、SMS、海帕。 　　 3、功能性部分:收放線(xiàn)機(jī)構(gòu)、塵滿(mǎn)指示、按鈕或滑動(dòng)開(kāi)關(guān)。 　　 4、保護(hù)措施:無(wú)塵袋保護(hù)、真空度過(guò)高保護(hù)、抗干擾保護(hù)(軟啟動(dòng))、過(guò)熱保護(hù)、防靜電保護(hù)。 　　 5、附件:手柄和軟管、接管、地刷、扁吸、圓刷、沙發(fā)吸、掛鉤、背帶 其主要零部件如圖3-3所示 圖3-3 4.3 清掃裝置的配置 由于是智能型的清掃機(jī)器人，他的電力供給系統(tǒng)取決于電池，所以針對(duì)這樣的工作條件，應(yīng)該滿(mǎn)足如下的要求： 1）最低功率不小于10W 2）正常工作電壓為24v 3）要求有空氣過(guò)濾器 4）能拆裝換洗 根據(jù)這些要求，我們選擇了55ZYT55型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，它的一些性能參數(shù)如表3-2 表3-2 型號(hào) 轉(zhuǎn)矩（mNm） 轉(zhuǎn)速（r/min） 功率（W） 電壓（V） 電流（A）< 55ZYT55 79.6 6000 50 24 3.45 空氣過(guò)濾器的型號(hào)為K-C1-P-K-0.8-H,粗效平板可換洗額定風(fēng)量8000/h防火。 第五章 總結(jié)與期望 5.1 全文總結(jié) 清掃機(jī)器人融合了計(jì)算機(jī)、控制學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能等多 學(xué)科領(lǐng)域的研究結(jié)果，目前在服務(wù)業(yè)、物流業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，逐步替代人類(lèi)去完成一些無(wú)法或者不能去從事的工作。機(jī)械系統(tǒng)是清掃機(jī)器人研究的基礎(chǔ)，其涉及到運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)，是對(duì)清掃機(jī)器人進(jìn)一步精確控制的基礎(chǔ);一定設(shè)計(jì)用途的機(jī)器人總是建立在具體機(jī)械結(jié)構(gòu)之上，因此清掃機(jī)器人的移動(dòng)性能直接影響到機(jī)器人功能表現(xiàn)。 5.2 論文創(chuàng)新之處 1）對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)做出了改進(jìn)，取消了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向輪的設(shè)計(jì)，取而代之的是利用單片機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速來(lái)進(jìn)行控制，以達(dá)到利用差速來(lái)達(dá)到轉(zhuǎn)向的目的。這樣做的好處是減輕了機(jī)器人轉(zhuǎn)向時(shí)對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的依賴(lài)性。使得整體機(jī)械零件數(shù)量明顯的減少，達(dá)到優(yōu)化的目的。 2）在清掃裝置上采用的是清掃裝置與機(jī)器人分離的配置，這樣做使得機(jī)器人在面對(duì)不同的工作環(huán)境中搭配不同的清掃系統(tǒng)，達(dá)到一機(jī)多用的目的。甚至可以選擇懸掛其他的設(shè)施，如除草、援救、排險(xiǎn)等工作。 5.3 存在的不足與展望 清掃機(jī)器人研究牽涉的學(xué)科門(mén)類(lèi)很多，作為工程應(yīng)用研究，清掃機(jī)器人應(yīng)該能夠很好地結(jié)合工程實(shí)際作業(yè)環(huán)境，本論文將研究重點(diǎn)集中在移動(dòng)機(jī)器人的移動(dòng)性能方面，以期望所開(kāi)發(fā)的清掃機(jī)器人在運(yùn)行中有良好表現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中盡量去體現(xiàn)作者在這一方面所認(rèn)知的想法和思路，但關(guān)于清掃機(jī)器人移動(dòng)性能需要研究的方面很多，比如驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力學(xué)約束就是其中一種，這種約束的影響可以體現(xiàn)在對(duì)機(jī)器人的控制上，也可以體現(xiàn)在對(duì)曲線(xiàn)路徑的跟蹤方面。盡管這次的設(shè)計(jì)僅僅是一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，但是我希望在以后的學(xué)習(xí)工作中，能在進(jìn)一步的完善我的設(shè)計(jì)。 現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)以人為本的社會(huì)，機(jī)器人服務(wù)于人類(lèi)，能夠代替人類(lèi)去從事一 些具有危險(xiǎn)性、或者重復(fù)性很高的工作，隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能學(xué)科 的日益發(fā)展，機(jī)器人必將更廣發(fā)地應(yīng)用到人類(lèi)生活中，為人類(lèi)提供全方位的服務(wù)， 對(duì)機(jī)器人研究者來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)契機(jī)。 謝辭 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課程即將隨著大學(xué)的結(jié)業(yè)而結(jié)課，作為我大學(xué)中最后的一門(mén)課程，我投入了最大的努力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我不僅再一次復(fù)習(xí)了以前所學(xué)的知識(shí)，并從中學(xué)到了新的內(nèi)容，更加鞏固了我機(jī)械方面的基礎(chǔ)知識(shí)和對(duì)汽車(chē)構(gòu)造方面的認(rèn)識(shí)，為我今后的工作和學(xué)習(xí)提供了極大的幫助。 在我畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)程中，我特別要感謝我的指導(dǎo)老師，他不僅為我提供了詳實(shí)的參考資料，還給了我很多意見(jiàn)和建議。每周兩次的畢設(shè)輔導(dǎo)，老師都認(rèn)認(rèn)真真為我指出畢設(shè)中的問(wèn)題并告訴我如何修改，同時(shí)對(duì)于我提出的疑問(wèn)，老師也是耐心解答，這讓我又學(xué)到許多東西，做學(xué)問(wèn)就要踏踏實(shí)實(shí)，一絲不茍，老師認(rèn)真細(xì)致的作風(fēng)和豐富的經(jīng)驗(yàn)也給我留下了很深的印象。 在這里，我要衷心的感謝學(xué)校為我們提供了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和許多學(xué)習(xí)知識(shí)的平臺(tái)，感謝老師們辛勤的付出，感謝同學(xué)們熱心的關(guān)照，感謝大學(xué)四年里給于過(guò)我?guī)椭乃腥?，正是在他們的關(guān)照下，我才順利完成最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和四年的學(xué)業(yè)。 參考文獻(xiàn) 【1】 李瑞峰，孫笛聲等。移動(dòng)式作業(yè)型智能服務(wù)機(jī)器人的研制，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用。2003，（1）：27 【2】 胡躍明，丁維中，吳忻生，吸塵機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與展望，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制。2002，10（10）：631~633 【3】 李金山，李林，譚定忠，清潔機(jī)器人概述。中國(guó)科技信息。2005，5：18 【4】 林紅，翁桂榮。地面清掃機(jī)器人的研究?；A(chǔ)自動(dòng)化。2000，7（4）：29~31 【5】 朱世強(qiáng)，劉瑜，龐作偉。自主吸塵機(jī)器人的研究現(xiàn)狀。機(jī)器人，2004，Vo126（5）：569~574 【6】 胡勁草，室內(nèi)自主式移動(dòng)機(jī)器人定位方法。傳感器世界，2006（11） 【7】 上官望義，輪式機(jī)器人移動(dòng)性能研究及樣機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，2009 【8】 肖海榮，劉文江，潘為剛，周風(fēng)余，劉濤，羅曉，比賽用滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。2006 【9】 周盛榮，智能家庭清掃機(jī)器人的研究，2006 【10】 胡利永,章　磊,鄭　堤,鄭高穎,鄭衛(wèi)國(guó)，落葉清掃機(jī)器人的研制，2009 【11】 國(guó)內(nèi)首款高智能家庭清掃機(jī)器人在哈工大誕生，中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)/2007年第7期/總 【12】 劉　娜,郭文川,張偉華,林垂?jié)仪蒺B(yǎng)殖場(chǎng)自動(dòng)清掃機(jī)器人設(shè)計(jì)，2009 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計(jì)算載荷 Nm 應(yīng)力集中系數(shù) 摩擦力影響系數(shù) 齒輪材料的彈性模量 MPa 重合度影響系數(shù) 主動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm 從動(dòng)齒輪節(jié)圓半徑 mm 主動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mm 從動(dòng)齒輪節(jié)圓處的曲率半徑 mm 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 MPa 軸的抗扭截面系數(shù) 軸截面的極慣性矩 垂直面內(nèi)的撓度 mm 水平面內(nèi)的撓度 mm 轉(zhuǎn)角 rad 抗彎截面系數(shù) 垂直面內(nèi)的支反力 N 水平面內(nèi)的支反力 N 垂直面內(nèi)的彎矩 Nm 水平面內(nèi)的彎矩 Nm 第 35 頁(yè) 共 35 頁(yè)