【智能浴室清潔裝置機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究7200字（論文）】

設(shè)計背景及目的1.1設(shè)計背景人們收入水平的不斷提高，對產(chǎn)品的眼界也更加開闊，逐步追求更高質(zhì)量的產(chǎn)品，對于生活的要求越來越高，除簡單滿足基本日常所需外，試圖找到一種能夠釋放雙手的途徑，減少在生活中對于家務(wù)的投入?？v觀整個家居環(huán)境，傳統(tǒng)的洗漱空間通常占據(jù)較小的空間，為人們提供便利，而現(xiàn)在的洗漱空間大多是多功能性集合為一體的空間。主要體現(xiàn)了生活水平的提高，除了空間上有所增加外，內(nèi)部設(shè)施擺放也更加的齊全，為了適應(yīng)多功能性的浴室場所，在清潔方面也更加人性化。在小范圍的清潔中，可以人工地進行清理，需要清理的空間較小，內(nèi)部擺設(shè)設(shè)施也較少，而現(xiàn)在大部分的浴室場所擺放的物品較多，空間較大，人工處理起來需要花費的時間和精力更多，這也為清潔整理領(lǐng)域提供了一個新的思路，市場都是由需求而產(chǎn)生的，越來越多的消費者需要浴室清潔方面的服務(wù)，就促使了清潔機械化產(chǎn)業(yè)的誕生。如今，幾乎家家戶戶都需要用到機械化清潔，清潔機械化伴隨著市場的發(fā)展，最終以不同形態(tài)出現(xiàn)。把它運用到實踐中，進一步拓展研究出更適合于人們居家所用的產(chǎn)品，在給住戶帶來安全的同時，提供便利也是我們一直追求的目的。1.2設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀智能清潔機械能夠在領(lǐng)域中迅速找到自己的定位，主要是由于物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)通。我國最早出現(xiàn)全自動的清潔機械是在20世紀80年代左右，最開始他的概念是把家電設(shè)備通過電子的控制來完成，減少人工的操作步驟，更高效的完成各項任務(wù)，避免過多的家務(wù)勞動給人們造成的壓力，慢慢的這種智能清潔機械普及開來，成為每家每戶必備的產(chǎn)品。正是由于它的靈活性和便捷性，逐步在智能家電的市場中推廣開來，取得了大家的認可和接受，人們對于智能家電的使用度越來越高，智能家電水平也在不斷提升，給消費者更多消費的空間，同時也為他們提供了更多的選擇。為了給消費者帶來更多的便利，日前，我們在智能家電清潔方面，主要采取了一體化措施，把設(shè)備匯集在一起進行推廣，以一代多也成為該類產(chǎn)品銷售的主要方式。在進行制造的過程中，必須把實用性作為發(fā)展智能機械的重點。我們的生活離不開家電產(chǎn)品，提高衛(wèi)生間的環(huán)境質(zhì)量，也成為衛(wèi)浴產(chǎn)品發(fā)展的目標與方向。由于更多的人開始重視起衛(wèi)浴生活品質(zhì)，在確保安全高效的同時，也應(yīng)該注重對于人們生活層面的影響，倡導(dǎo)開發(fā)者推出更加符合人們生活的產(chǎn)品。我國對于智能化清潔機械產(chǎn)品的研究較晚，許多資料都是從相關(guān)書籍與外國學(xué)者的研究中所獲取的。在內(nèi)部的學(xué)術(shù)期刊中，對于智能化清潔，清潔裝置結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵內(nèi)容研究的學(xué)者并不多，接下來，我們將部分材料分析如下：學(xué)者葉靜波指出：我們要從手推式地面清潔機械裝備的使用背景出發(fā)，大部分進行家務(wù)勞動的主體是女性，由于它們身體的特性，在進行家務(wù)勞動時，對于設(shè)備的輕便程度有了明確的要求。在傳統(tǒng)的家用清潔器使用過程中，存在著體積大，使用起來較為困難的特性，對于消費者群體來說使用起來很費事，也十分消耗精力。從使用空間上分析，智能清潔裝置是為了增加清潔面積，處理人工解決不了的區(qū)域而出現(xiàn)的產(chǎn)品，因此設(shè)備應(yīng)該具有小巧的特點，能夠適應(yīng)各種不同的復(fù)雜區(qū)域，解決傳統(tǒng)清潔中處理殘留的漏洞。吳兵指出：要探索清潔工具的發(fā)展，就必須從源頭出發(fā)，目前，人們對于清潔器材的要求不止限于實用性上，更加要求具有良好的外貌，具有一定的觀賞性成為現(xiàn)代清潔器材的競爭力之一，這些也是他通過研究部分智能清潔器材受歡迎的原因所得出來的結(jié)論。姚敬旭在《智能化設(shè)計趨勢在產(chǎn)品中的體現(xiàn)》探討了智能家庭清潔裝置的“智能”原則：指出產(chǎn)品在操作的時候，首先會從制定的程序中選取合適的方案進行運作，在遇到特殊場地時會重新進行判斷。主要指的是掃地機器人，每天會按時按點的進行操作，并不需要人工去進行控制。互聯(lián)性：主要指的是在不同的地域和空間下，使用者也可以通過網(wǎng)絡(luò)的形式控制器材的開始與結(jié)束，減少了距離上的束縛，時刻接受監(jiān)督，也增加了操作過程中的安全性。交流性：當設(shè)備出廠時，按照普遍規(guī)律進行程序的設(shè)定，當設(shè)備跟隨使用者后，可以按照使用者的習(xí)性進行調(diào)整，使程序順序有所改變，以更加適應(yīng)使用者方式去進行衛(wèi)生的清理，使打掃的過程更加具有人情味，廣受消費者的好評。其次，設(shè)備在運行過程中也會實時向消費者詢問意見，不斷的調(diào)整清潔的力度與方式，適應(yīng)不同時期消費者在清潔方面的要求，實現(xiàn)了兩者之間的有效對話和溝通，把有效的信息轉(zhuǎn)化為實際去執(zhí)行。以上所說的都是部分經(jīng)驗，總的來說國內(nèi)外對于智能清潔裝置的研究種類較少，清潔裝置機械結(jié)構(gòu)還有許多的內(nèi)容等待我們?nèi)ヌ剿鳎O(shè)計幾乎是一片空白，因此本篇文章從設(shè)計方面著手，針對當前干濕隔離的角度出發(fā)，探索更加適合人們生活的清潔產(chǎn)品，為人們提供更多便利的同時，也提高生產(chǎn)品的綜合能力，為產(chǎn)品帶來新的市場。1.3設(shè)計目標及內(nèi)容這次設(shè)計的目的就是針對干濕隔離式浴室的主要難點進行管理，易滋生大量細菌、人工清潔勞動強度較大和效率較低以及存在一定危險的問題，設(shè)計更加便捷的一體化控制儀器。目前，行業(yè)所掌握的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括機械裝置的移動結(jié)構(gòu)、換向結(jié)構(gòu)、執(zhí)行結(jié)構(gòu)等。用計算機繪制智能浴室清潔裝置機械結(jié)構(gòu)裝配圖、零件圖紙及清潔裝置的工作流程圖。2總體設(shè)計2.1目標分析總體設(shè)計首先要針對目標受眾的需求進行設(shè)定，在確定基礎(chǔ)目標后，再研發(fā)新的出路以此增加產(chǎn)品的特點，結(jié)合前期所設(shè)定的目標對產(chǎn)品的技術(shù)問題進行摸索與研究，使其達到預(yù)定的效果。而后再把產(chǎn)品放到市場中去進行實踐，在實踐過程中，反復(fù)的整改不合適的設(shè)定，然后通過對比市場上類似的裝置，明確找出了自己的裝置定位：該智能浴室的清潔裝置機械結(jié)構(gòu)目前共有以下特色：（1）效能較強除了擁有最基本的清潔功能外，設(shè)備還附帶了其他的功能，主要從清潔空間出發(fā)，設(shè)定了質(zhì)量監(jiān)測與實時工作的功能，處理能力較強。（2）全自動的操作平臺智能清潔設(shè)備采用全自動的操作平臺，避免了大量的界面按鈕誤導(dǎo)人們操作，實現(xiàn)一鍵化的功能，給用戶提供了便捷，同時在設(shè)備內(nèi)部形成了系統(tǒng)完善的操作體系，當用戶按下開始按鈕時，就會根據(jù)流程進行一系列的操作，脫離人為的操作使設(shè)備更加便捷化。（3）屬性強大在對產(chǎn)品設(shè)備進行開發(fā)時，要安裝與其匹配的硬件設(shè)施，其選擇的標準應(yīng)該是那些已經(jīng)成熟的產(chǎn)品，而且屬性要足夠強大，能夠支撐起未來對于產(chǎn)品的不斷深入研究。（4）后期操作簡易產(chǎn)品不僅為使用者提供了前期的服務(wù)，也為消費者提供了后期保障，確保了售后服務(wù)的過程，如果出現(xiàn)問題，能夠及時的通過設(shè)備上顯示的操作去解決。（5）外貌方面雖然產(chǎn)品有許多的功能，但并沒有影響產(chǎn)品的外貌，為了取得消費者的關(guān)注，在進行產(chǎn)品外貌設(shè)計方面也增加了產(chǎn)品的可觀賞性。2.2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計該智能浴室清潔裝置由移動機構(gòu)、換向機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)和整體框架4部分組成。移動機構(gòu)分為前后移動機構(gòu)、左右移動機構(gòu)和上下移動機構(gòu)。移動機構(gòu)、換向機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)均固定安裝在整體框架上，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前，總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計大致分為四個區(qū)域，最核心的部分就是移動區(qū)域，移動區(qū)域內(nèi)部又分為六個不同方向的移動框架，分別控制儀器的前后左右上下方向的運動。另外，還有轉(zhuǎn)換、執(zhí)行、整體三個區(qū)域。如圖一總體結(jié)構(gòu)分布圖所示：圖1總體結(jié)構(gòu)四個區(qū)域分別控制清潔系統(tǒng)中不同方向的移動，用來處理空間范圍內(nèi)的清潔工作。整體的部分主要是控制各個區(qū)域能夠連接在一起，形成共同作用的功能。轉(zhuǎn)換主要控制區(qū)域之間的轉(zhuǎn)換，進行功能的切換。移動主要控制的是更加細節(jié)的方向轉(zhuǎn)換。執(zhí)行則是實現(xiàn)最具體的操作步驟的區(qū)域。3結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1移動機構(gòu)圖二移動機構(gòu)所示，該部分的材料主要是由絲杠構(gòu)成，另外還包括杠桿、移動器、轉(zhuǎn)換器、紐扣等材料組成一條紐帶，控制著器材不同方向的移動。圖2移動機構(gòu)前后、左右、上下、三種不同方向的轉(zhuǎn)換中，是由不同的結(jié)構(gòu)所控制的。首先，上下結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換是通過主要材料絲鋼控制的，以移動機構(gòu)中的滑塊為中心，在基本點固定的前提下，兩個開口分別圍繞在實施的室內(nèi)進行固定，一邊是較為扎實的固體，另一面則連接的是電動儀器，在三個部分共同作用的前提下，使其構(gòu)成一個固定的模式，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。左右結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換主要依靠的是杠桿來進行，在杠桿周圍加入部分的滑動塊，與杠桿之間進行左右的移動，同時，摩擦力又在其中起到了緩解速度過快的情況，共同完成移動機構(gòu)的左右移動，在實現(xiàn)基本方向大致趨同的情況下，實現(xiàn)位置的變化。此結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換也是整個操作系統(tǒng)中最為復(fù)雜的一個部分，為了更好地完成物體在左右方向的移動，這部分涉及的材料更為廣泛，操作也更為繁瑣。在前后結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換中，起主導(dǎo)作用的是絲杠，作為整個移動機構(gòu)的主心骨，完全決定著物體位置改變情況，它與螺母等材料利用物體固定在一個方向上，其他部分與電源溝通。3.2換向機構(gòu)該區(qū)域控制整個物體的轉(zhuǎn)換，主要是由器臂、固定盤等零件共同組成，通過轉(zhuǎn)換機構(gòu)，把移動機構(gòu)的不同方向轉(zhuǎn)換匯集在一起完成操作，可以實時控制每個方向之外，也通過舵機控制實施不同的方向轉(zhuǎn)換內(nèi)容上的切換。使產(chǎn)品在清潔過程中達到不同程度的清潔效果。3.3執(zhí)行機構(gòu)該部分主要是通過刷頭與臂體形成結(jié)構(gòu)，通過電流控制臂體到達指定位置，再運用刷頭進行后續(xù)的清潔工作。如圖三換向機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)圖3換向機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)3.4清潔裝置電路3.4.1單片機電路這次運用的主要是深圳宏晶科技的STC89C52RC單片機，抗干擾能力較高，處理速度較快，耗能量低，驅(qū)動能力強，綜合實力高于正常機片的51/52單片機。并且，該機電路增加了EEPROM和看門狗兩種功效，工程實際效果較好。圖4單片機最小系統(tǒng)電路該型號單片機的最小系統(tǒng)電路如圖4所示。目前主要是由四個系統(tǒng)構(gòu)成，分別是時鐘電路、復(fù)位電路、供電電路和接口。供電部分通過一對電容濾除雜波加強電源質(zhì)量。該型號單片機在時鐘的選擇方面可以分為兩個部分，來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，目前采用的是內(nèi)部循環(huán)的時鐘模式，不管是從各個角度來看，都是在實現(xiàn)24V固定電壓的情況下完成系統(tǒng)正常運作的最好形式。首先我們從電路板的設(shè)計上來看，線路設(shè)計較為對稱，由一個主電壓分散到不同的負電壓下，為連接器的連接提供更多的接口，同時也控制內(nèi)振蕩器的輸出電額，另外，通過電容不同比控制電路的生成，使其內(nèi)部形成自動的，可循環(huán)式的電路結(jié)構(gòu)圖。雖然目前也有部分電路采用外部的形式，但情況較為特殊，主要是通過XTAL1接外時鐘源，XTAL2懸空來完成的。STC89C52單片機都是通過全自動的形式實現(xiàn)重新啟動的過程，目前，主要形成了三種模式三種，首先是按鍵的方式，使用者通過按壓按鈕，使電路板形成強壓控制電流，長時間的輸出，控制系統(tǒng)內(nèi)部的按鍵恢復(fù)原位。第二種方式是通過電流恢復(fù)位置，主要指的是連接電源過程中形成的一系列的壓力差，改變按鍵位置形成操作。第三種形式是外部因素導(dǎo)致的恢復(fù)位置。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，在此基礎(chǔ)上加上R2和B1，就實現(xiàn)了按鍵復(fù)位。也是使單片機正常工作，必須保證的前提條件。3.4.2電源轉(zhuǎn)化電路清潔電源主要是通過可移動電源來獲得，其輸出電壓在14.4V上下，通過電壓的轉(zhuǎn)換為單片機和傳感器提供不同數(shù)值的電額，以此來穩(wěn)定電源的趨向，控制不同方向下電流的數(shù)量。不能供給單片機和各傳感器使用，需要進行電壓轉(zhuǎn)換。清潔裝置上單片機和各種傳感器使用＋5V電源，驅(qū)動電機使用＋9V電源，其它電機電池原電壓。目前，輸入電壓在14.4幅上下，會阻止內(nèi)部電路的操內(nèi)部電路的運行，嚴重的時候甚至?xí)淖冸妷?，對后續(xù)的電路板自動恢復(fù)位置產(chǎn)生惡劣的影響，因此能源利用率要求苛刻的清潔裝置系統(tǒng)。后續(xù)的改裝主要是在清潔裝置上+5V電源的供給，這種形式主要通過使用LM2596-5穩(wěn)壓芯片來實現(xiàn)。不僅能夠提供3A的大負載電流，外圍元件也較少，應(yīng)用簡便。同時內(nèi)置有兩級過流保護和過熱保護電路。其典型電路如下圖5所示。圖5LM2596電路共分為五個端口：1腳為直流輸入，2腳為直流輸出，3腳為電源地，4腳為反饋端，5腳為待機端。C1、C2主要是電解電容，33uH的電感由L1表示，D1代表肖特基整流二極管1N5824。操作過程中要注意由于是開關(guān)穩(wěn)壓芯片，各條布線一定要短粗，4腳相連的反饋線要原理電感。由于對電源質(zhì)量要求不是很高，電流在1A以內(nèi)，+9V電源用在清潔裝置上左右兩驅(qū)動電機上，選擇最普通的78系列穩(wěn)壓芯片7809。7809的電路非常簡單，其1腳為直流輸入，2腳為電源地，3腳為+9V直流輸出，加上幾個大的電解電容即可實現(xiàn)電路功能。壓差較大，7809的功耗較大，所以在使用時需要加裝散熱片散熱。圖67809電路整合上述兩部分電路，構(gòu)成圖7電路圖7總電源轉(zhuǎn)換電路在總電源轉(zhuǎn)換電路中加了一個繼電器控制電路，J4連接單片機的一個I/O，當單片機給出一個高電平信號時，三極管T1導(dǎo)通，推動繼電器RL1工作，其常開觸點閉合；當單片機給出低電平信號時，相反繼電器常開觸點斷開。這樣就可以通過單片機控制J3端子處的+5V電源的有無。這部分+5V電源供給各傳感器，實現(xiàn)了對傳感器的一種初步控制，也是對傳感器和LCD復(fù)用I/O端口的一種措施。3.4.3驅(qū)動電路清潔裝置上的左右輪驅(qū)動電機均為直流電機，其型號為RK-370。具體電路見圖8。圖8L298N電機驅(qū)動電路現(xiàn)階段形成的電機驅(qū)動電路主要分向四個方向，其內(nèi)部驅(qū)動性較強，可以支撐較大幅度的電機設(shè)備，除了能夠完成基礎(chǔ)的操作外，也能夠?qū)崿F(xiàn)信息的流暢。不同的出口對應(yīng)著不同的電機接口，一定程度上限制了電流的方向。在內(nèi)部電路驅(qū)動中實現(xiàn)了可控制的局面，幫助通道內(nèi)形成有邏輯的線路流通。清潔機構(gòu)的邊刷電機的結(jié)構(gòu)都是通過電機驅(qū)動電路完成的，當接收器接收到信號時就能夠控制機器完成工作。具體電路見圖9所示，此種驅(qū)動方式簡單實用。圖9清潔機構(gòu)電機驅(qū)動電路與這兩個電機同時串聯(lián)在一起的還有功率電阻R2，取值為10Ω,正常工作時電流約為30mA,根據(jù)歐姆定律，則其兩端電壓為0.3V。當邊刷電機被各種線或其它雜物纏住時，電路工作電流就會增大，R2兩端的電壓也會增大。利用這一特性，采集R2端的電壓與一固定電壓0.4V比較，就可以檢測電機是否工作正常。圖中LM324運放被接成一個比較器，電機正常工有不同的電壓所構(gòu)成，會根據(jù)實時的動態(tài)去判斷不同電壓下工作的狀態(tài)。根據(jù)此信號，單片機就可得知電機的工作狀態(tài)，在電機工作異常時給出控制信號控制繼電器斷開，保護清潔裝置。需要注意的是在邊刷電機M1、M2串聯(lián)接入電路中，因為這兩個電機并不需要很高的電壓和轉(zhuǎn)速，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)串聯(lián)后轉(zhuǎn)速合適。4工作流程4.1控制程序設(shè)計4.1.1驅(qū)動控制程序清潔裝置左右輪分別有一直流電機驅(qū)動，需要實現(xiàn)差速驅(qū)動。邏輯功能如表4-2所列。這樣要實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)就比較簡單了。轉(zhuǎn)速通過PulseWidthModulation調(diào)整，在一定的比例之下，轉(zhuǎn)換不同因素之間的變量關(guān)系。利用公式計算出固定因素變化的情況下，其他因素應(yīng)該轉(zhuǎn)換的情況。兩個驅(qū)動輪的齒輪軸的偏心位置分別安裝有小直徑的磁鋼片，在磁鋼片上方的某個位置安裝有霍爾傳感器，用于檢測電機的轉(zhuǎn)角（或轉(zhuǎn)速）。電機帶動的齒輪箱齒輪軸每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便產(chǎn)生一個高電平脈沖，通過檢測高電平脈沖的個數(shù)，從而就能推知電機的轉(zhuǎn)速和輪子的轉(zhuǎn)角。脈沖的個數(shù)檢測通過計數(shù)器來實現(xiàn)，STC89C52中有三個定時/計數(shù)器：T0、T1和T2。T0已經(jīng)用于系統(tǒng)計時，T1被用于產(chǎn)生PWM波，但我們可以復(fù)用它，限定兩者的工作之間不沖突，這樣T1和T2分別用來計左右輪霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)。4.1.2顯示程序1602液晶模塊組件要是由兩個部分所組成的，首先是外部顯示的部分，包括各種控制設(shè)備，顯示設(shè)備共同構(gòu)成液晶的狀態(tài)。其內(nèi)部主要是由電路板塊構(gòu)成液晶顯示模塊，以此來控制不同變量下確定的不同模式，一切全自動化的處理，使得顯示屏要有更強的反應(yīng)能力，主要以三個接口來完成這一工作，在接收到具體的信息后，及時對內(nèi)容進行處理，得出最終判斷結(jié)果后，一方面，把運行信息傳遞到設(shè)備內(nèi)部進行操作，另一方面，把判斷信息展現(xiàn)在顯示屏幕上。4.2控制流程控制流程主要實現(xiàn)了全自動化，清潔設(shè)備只有在接通電源時才能夠完成一系列的操作。首先，在接入電源后，按下按鈕，設(shè)備進行內(nèi)部電路的檢查，完成之后再進行識別判斷，確定清潔的路線與方案，然后將判斷結(jié)果顯示在屏幕上，與此同時進行一系列的操作。目前主要分為不同的階段進行系統(tǒng)的清潔，主要先通過刷頭對墻體進行細致的清潔，利用上下左右前后不同方向的移動來徹底的打掃。完成基礎(chǔ)的移動后，最后再回歸到地面位置，按照流程進行位置的變動。如圖十，具體展示了墻面工作軌跡，地面工作軌跡兩種工作軌跡。（a）墻面工作軌跡（b）地面工作軌跡圖10工作軌跡5結(jié)語人們對于消費的產(chǎn)品層次要求更高，對物質(zhì)生活的要求也會越來越豐富，只有更具有競爭力和實用性能的高科技含量產(chǎn)品才能在這種大趨勢下不斷發(fā)展下去?，F(xiàn)