小型清掃機器人的移動系統(tǒng)設(shè)計與清掃系統(tǒng)的設(shè)計說明書[帶圖紙].doc

北京建筑工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁共35頁小型清掃機器人的移動系統(tǒng)設(shè)計與清掃系統(tǒng)的設(shè)計說明書目錄第一章緒論.21.1清掃機器人的出現(xiàn)背景.21.2清掃機器人的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀.2第二章清掃機器人移動系統(tǒng).62.1清掃機器人的要求.62.2系統(tǒng)方案比較與論證.72.3最終方案.10第三章機械傳動的設(shè)計.103.1電動機的選擇.103.2減速器的參數(shù)設(shè)計.123.3軸的設(shè)計計算與校核.21第四章清掃裝置的設(shè)置.274.1清掃裝置的基本原理.274.2清掃裝置的基本結(jié)構(gòu).284.3清掃裝置的配置.29第五章總結(jié)與期望.295.1全文總結(jié).295.2論文創(chuàng)新之處.295.3存在的不足與展望.30謝辭.31參考文獻.32附錄：.33北京建筑工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2頁共35頁第一章緒論1.1清掃機器人的出現(xiàn)背景近年來，隨著計算機技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機器人技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代機器人研究領(lǐng)域的熱點。其中，服務(wù)機器人開辟了機器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。服務(wù)機器人的出現(xiàn)主要有三大原因：一是勞動力成本上升；二是人類想要擺脫枯燥乏味的體力勞動，如清潔，家務(wù)，照顧病人等；三是人口的老齡化和社會福利制度的完善也為某些服務(wù)機器人提供了鋼釩的市場應(yīng)用前景。服務(wù)機器人區(qū)別于工業(yè)機器人的一個主要特征就是服務(wù)機器人是一種適用于具體的方式，環(huán)境及任務(wù)過程的機器人系統(tǒng)，其活動空間大，具有在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的移動性，因此服務(wù)機器人大多數(shù)是移動機器人。1.2清掃機器人的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀清掃機器人的發(fā)展是建立在移動機器人的基礎(chǔ)之上的，一個好的清掃機器人就必須有一個好的移動基礎(chǔ)。因此，每次移動機器人的飛躍，隨之而來的就是清掃機器人的更新?lián)Q代。1.2.1國外的清掃機器人的發(fā)展與現(xiàn)狀德國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器人，如圖1-1所示。它只有50cm長，能夠自動清掃地面，自動返回充電站充電，可以在主人外出時獨立完成家庭清潔的任務(wù)，其扁平的設(shè)計使其能夠清潔床，沙發(fā)，茶幾等家具的下部位置，如圖1-2所示；它的移動是隨機的，當(dāng)遇到障礙時，隨機改變一個角度，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，在遇到樓梯與臺階時，能夠自動避讓，不會跌落。北京建筑工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第3頁共35頁圖1-1RC3000圖1-2RC30002001年11月著名的家電廠商伊萊克斯在英國推出了吸塵器“三葉蟲”，如圖1-3所示。它的高度為13mm，直徑為35mm，能夠自由穿梭清掃，自動設(shè)計最佳行走路線；它使用超聲波探測器，可以敏捷迅速地覺察出障礙物并繞開；“三葉蟲”可分三個檔位進行工作：正常，快速和點清理；吸塵器充滿垃圾時還會發(fā)出燈光警告；為了限制“三葉蟲”的活動范圍，用戶需要在樓梯間或其它沒有天然障礙物的地方，貼上特制的可粘式磁帶。“三葉蟲”是由可充電電池驅(qū)動的，每次充電后可以運行60min左右，電量不足時能自動返回充電卡座充電。圖1-3伊萊克斯“三葉蟲”2003年11月，三星公司推出一款三星代號為VC-RP30W的機器人吸塵器，如圖1-4所示，主要針對家庭市場。VC-RP30W主要依靠3D地圖技術(shù)來進行定位，并能靈巧地躲避障礙物，能夠快速，高翔地對房間每個角落進行吸塵；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，同時允許用戶定義工作時間及清掃區(qū)域；用戶北京建筑工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第4頁共35頁還可以通過計算機看安裝在機器人前部攝像頭內(nèi)的信息，對其進行遠程遙控；整個機器人的電池能維持50min的連續(xù)工作，當(dāng)電量即將耗盡時自動回到充電座補充能源，非常地智能化。圖1-4三星VC-RP30W1.2.2國內(nèi)清掃機器人的發(fā)展和現(xiàn)狀1999年初，浙江大學(xué)機械電子研究所開始進行智能吸塵機器人的研究，兩年后設(shè)計成功國內(nèi)第一個具有初步智能的自主吸塵機器人，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，首先進行環(huán)境學(xué)習(xí)，利用超聲波測距，與墻保持一定的行走距離，在清潔角落的同時獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時間；然后，利用隨機與局部遍歷規(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，自動回到充電座補充動力；系統(tǒng)在25.35.5m的實際家庭環(huán)境中，工作10min可以達到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)計研發(fā)的KV8保潔機器人（如圖1-6）的一些布置如下1、KV8保潔機器人路徑規(guī)劃原理KV8保潔機器人通過電腦芯片控制機器人的左右輪轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)圓弧形清潔路線。當(dāng)圓弧的半徑拓展到7.5m的時候，芯片程序會控制機器人離開當(dāng)前路線，在7.5m遠處再次執(zhí)行圓弧清潔路線。大量的圓弧對地面實行無縫覆蓋，從而達到全面清潔地面的目的。2、KV8保潔機器人自動充電原理KV8保潔機器人在機器人電量快要耗完時，機器人頂部的紅外線發(fā)射頭發(fā)射出無電信號，當(dāng)充電基座上的兩個紅外線接收頭接收到此信號時，機器人便與充電北京建筑工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第5頁共35頁基座取得了聯(lián)系。通過兩個紅外線接收頭對機器人的引導(dǎo)，使其慢慢靠攏，最終實現(xiàn)對接。3、KV8保潔機器人防跌落原理KV8保潔機器人在機器人底部前段，安裝了4對紅外線感應(yīng)頭，每一對感應(yīng)頭包含一個發(fā)射頭和一個接收頭。紅外線發(fā)射頭發(fā)射的紅外經(jīng)地面發(fā)射后，被對應(yīng)的接收頭所接收。如果機器人底部距離地面的高度超過5mm，電腦芯片便會控制機器人，使其后退并調(diào)整行走方向，從而避免從高空跌落。4、KV8保潔機器人虛擬墻工作原理KV8保潔機器人虛擬墻在開啟之后會在左右各0.5m，向前3.5米處發(fā)射紅外線，KV8機器人機身上的21個紅外感應(yīng)頭在接觸到由虛擬墻發(fā)射出來的紅外線后，就不會繼續(xù)前進，進入到該區(qū)域內(nèi)打掃。圖1-6K