掃地機(jī)器人設(shè)計

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1、一、功能綜述1、清掃模式：隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實現(xiàn)全方位立體清掃；2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實現(xiàn)對房間地形的重構(gòu)，自動規(guī)劃清掃路線；3、智能安全監(jiān)控：防撩，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測；4、創(chuàng)新功能：灰塵量識別，實現(xiàn)床底清掃，手機(jī)遙控模式，尖端氣流濾塵技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測與提醒；5、其他基礎(chǔ)功能：自動返冋并充電，灰塵盒安裝檢査，灰塵盒容量探測。二、機(jī)械及系統(tǒng)設(shè)計掃地機(jī)器人機(jī)械設(shè)計如圖1所示。圖1掃地機(jī)器人機(jī)械設(shè)計圖清掃機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)，吸塵機(jī)構(gòu)是本次設(shè)計的重點，也是難點所在。由于機(jī)器人運動部件多，運動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生沖擊和振動。因此，增加

2、機(jī)器人運動平穩(wěn)性，提高機(jī)器人動力學(xué)特性尤為重要。為此，在設(shè)計時應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，盡量減小運動部件的質(zhì)量，并注意運動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心裝配。(1)行走驅(qū)動輪及驅(qū)動電機(jī)該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動。為了保證小車良好的直線性，可采用雙電機(jī)驅(qū)動左右兩輪的方式，且在車體的后端裝有一個不銹鋼萬向滾珠，這樣可以使小車獲取較好的機(jī)動性和靈活性及靈活性。前輪驅(qū)動的好處是：轉(zhuǎn)向性能得到改善。前輪是轉(zhuǎn)向輪，使得轉(zhuǎn)向吋的行駛方向容易控制，不容易出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向安全性也得到提高。(2)清掃機(jī)構(gòu)用電機(jī)帶動兩個清掃刷，使左面清掃刷順時針轉(zhuǎn)動，右面逆時針轉(zhuǎn)動，這樣就可以在清掃灰塵時將灰塵集

3、中于吸風(fēng)U處，為吸塵機(jī)構(gòu)的工作做準(zhǔn)備；清掃刷設(shè)計成可更換型的，可選擇棉質(zhì)紡織品或尼龍等化纖材料的，以適應(yīng)不同的工作環(huán)境。(3)吸塵機(jī)構(gòu)旨在強(qiáng)大的吸力、將灰塵吸入灰塵儲存箱中；這里我們采用尖端氣流濾塵技術(shù)，全方位，多層次將灰塵一網(wǎng)打盡。(4)擦地機(jī)構(gòu)在清掃、吸塵之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦出殘留在地面上的細(xì)小灰塵，同時也能夠擦除地面上的頑固污漬，從而保證清潔工作的質(zhì)量。掃地機(jī)器人功能框圖如圖2所示。圖2掃地機(jī)器人功能框圖三、功能簡介1、清掃模式：清掃模式包括隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點清掃、預(yù)約清婦等。隨機(jī)清掃是指根據(jù)地面狀況在其他兒種清掃模式之中進(jìn)行切換：螺旋式

4、清掃是指繞圈清掃的模式；交叉清掃是指在不同的區(qū)域之間交叉穿梭來清掃，也可以稱為Z字形清掃；沿邊清掃是沿著房間的邊界進(jìn)行清掃；定點清掃是指在指定的位置小范圍內(nèi)清掃；預(yù)約清掃是指每天在指定的時間自動清掃，可以預(yù)約一次和一周內(nèi)任意預(yù)約清掃時間，可以放心上班和出差，也可以自動打掃。2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)掃地機(jī)器人的智能異航實質(zhì)就是路徑自動規(guī)劃。掃地機(jī)器人路徑自動規(guī)劃有兩種方法：：隨機(jī)式全區(qū)域覆蓋和規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋。隨機(jī)式全區(qū)域覆蓋方法控制簡單，不需要很多的硬件，軟件編程也簡單，易于實現(xiàn)。但其缺點是移動機(jī)器人運行軌跡重復(fù)性較大，II運行軌跡不能較快地、充分地覆蓋整個區(qū)域，這種路徑規(guī)劃只考慮完成任務(wù)，沒

5、有考慮到時間消耗和能量消耗情況，因此選擇規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋方法。此設(shè)計屮選擇往返式路徑規(guī)劃方法。往返式路徑規(guī)劃清掃路徑的規(guī)則為當(dāng)掃地機(jī)器人置于室內(nèi)時，可通過超聲波測距傳感器的信息來判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在房屋中間，則先設(shè)為它沿某一方向運動到靠近墻邊的某一點。機(jī)器入就可從墻邊的某一點開始，按順時針方向繞墻運動一周，先對室內(nèi)墻邊地面進(jìn)行一次預(yù)清掃。掃地機(jī)器人在繞完一圈后再向左或向右行走到墻壁的最左端或者最右端，以此來作為它清擋路徑的起始點，也即絕對坐標(biāo)的原點。先假設(shè)室內(nèi)只有一個孤立的障礙物，以房屋左下角O點為起始點。開始清掃時，從O點勢始沿Y軸正方向清掃，遇到墻壁時向右原地旋轉(zhuǎn)90°

6、,向X軸正方向移動一個車身后再向右旋轉(zhuǎn)90",沿Y軸負(fù)方向清掃，以此往復(fù)運動.當(dāng)遇到障礙物時，則按下面的方法進(jìn)行規(guī)劃和避障：當(dāng)清潔機(jī)器人運動到障礙物的最左邊點時，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)和驅(qū)動輪光柵的脈沖數(shù)計算出最左邊點的坐標(biāo)。然P根據(jù)超聲波測距傳感器收到的信息沿著障礙物邊緣行進(jìn)相當(dāng)于X軸方向一個車身的距離，再原地旋轉(zhuǎn)到Y(jié)軸負(fù)方向，沿Y軸負(fù)方向繼續(xù)清掃，這樣一直往返清掃，當(dāng)掃地機(jī)器人在沿障礙物邊緣清掃時超聲波傳感器突然收不到信號即到達(dá)了障礙物的最右端點，掃地機(jī)器人將原地一直向左旋轉(zhuǎn)直到超聲波傳感器再次收到信號為止，然后沿障礙物的上邊沿行進(jìn)到障礙物的最左端點，再沿Y軸方向進(jìn)行往返清掃，行進(jìn)路

7、徑和障礙物下邊沿的行進(jìn)路徑類似。這樣就可以在清掃過程中自動避開障礙物。清掃路徑自動規(guī)劃示意圖如圖3所示。圖3清掃路徑自動規(guī)劃示意圖3、智能安全監(jiān)控3.1防撞掃地機(jī)器人在工作過程中難免遇到各種障礙物，如果不及吋躲避障礙物，將影響掃地機(jī)器人正常工作。因此在掃地機(jī)器人閃部安裝三個超聲波測距傳感器,用來i僉測掃地機(jī)器人行進(jìn)路線上是否有障礙物。超聲波測距傳感器安裝位置如圖4所示。右掃地機(jī)器人頂部右I/IZ傳感器感應(yīng)窗防撞傳感器分布圖5超聲波傳感器測距原理