家居清洁机器人说明书--学位论文.doc

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1、目录第1章绪论1第1.1节课题设计背景1第1.2节国内外相关产品研究21.2.1国外产品研究状况21.2.2国内产品研究状况9第1.3节研究的目的和意义11第1.4节设计难点11第2章家居清洁机器人的结构设计12第2.1节机械结构组成和工作原理122.1.1机械结构组成12第2.2节家居清洁机器人总体设计142.2.1机器人外形设计142.2.2机器人的行走机构设计152.2.3清扫机构的设计152.2.4吸尘机构设计192.2.5垃圾收集处理机构设计19第3章硬件部分设计23第3.1节驱动电机选择23第3.2节清扫机构的电机的选择24第3.3节蜗轮蜗杆的选择25第3.4节清扫机构中蜗杆上轴

2、承的寿命的计算29第3.5节清扫机构中蜗轮轴的校核31第4章控制部分工作原理34第4.1节系统硬件设计354.1.1控制器的选择和应用354.1.2复位电路364.1.3时钟电路38第4.2节传感器模块384.2.1碰撞传感器384.2.2尘仓红外发射和接受电路404.2.3光电编码器414.2.4驱动模块设计424.2.5光电耦合器43第5章展望44总结45参考文献48附录49英文原文52中文译文65致谢72中国矿业大学毕业设计（论文）第1章绪论第1.1节课题设计背景近年来，随着计算机技术与人工智能科学的飞速发展，智能机器人技术逐渐成为现代机器人研究领域的热点。其中，服务机器人开辟了机器人

3、应用的新领域。服务机器人的出现主要有三大原因：一是劳动力成本的上升；二是人类想摆脱枯燥乏味的体力劳动，如清洁、家务、照顾病人等；三是人口的老龄和社会福利制度的完善也为某些服务机器人提供了广泛的市场应用前景。服务机器人区别于工业机器人的一个主要特征就是服务机器人是一种适用于具体的方式、环境及任务过程的机器人系统，其活动空间大，具有在非结构环境下的移动性，因此服务机器人大多数是移动机器人。自动进行房间地面清洁的自主吸尘式家庭服务机器人，集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。自主吸尘机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于20世纪

4、80年代，到目前为止，已经产生了一些概念样机和产品。吸尘机器人的发展，带动了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展本次设计的题目<<家居清洁机器人>>就是在这种背景下提出的,其具体设计要求如下：运行机构形式：轮式最高行走速度：0.5m/s高度：<100mm宽度：<400mm清洁方式：吸尘、刷扫73中国矿业大学毕业设计（论文）第1.2节国内外相关产品研究地面清洁机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于20世纪80年代，到目前为止，已经产生了一些概念样机和产品。吸尘机器人的发展，带动了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术

5、、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展。现结合国内外的文献将清扫机器人及其自动充电技术的发展现状阐述如下。1.2.1国外产品研究状况对于机器人大家可能不会太陌生，工业机器人在很多领域都得到了比较广泛的应用，但是对于家庭机器人我们所了解的却相当的少，而日本，欧美等国家的研究则比较领先，有的都已经投入市场，在实际中投入使用。RC3000是世界上第一台能够自行完成所有家庭地面清洁工作的清洁机器人，如图1-1所示，它有光电传感器和芯片控制，当遇到障碍时，会随机改变一个角度，然后继续直走，直到遇到新的障碍物。内置了四种清洁程序，保证在遇到不同污渍的地面时，可以调整其清洁程序；通过传感器对于地板污渍的

6、判断，选择合适的应用程序。内置光敏传感器，确保在遇到楼梯与台阶时，能够自动避让，不会掉落。扁平的设计使其能够清洁床，沙发，茶几等家具的下部位置。其相应的充电站有红外发射、工作时间设定、工作模式选择、充电、垃圾处理五个功能。充电站一直发射红外定位和导航信号来指引机器人回到充电站完成充电和垃圾处理的任务；同时能够根据用户设定的信息来控制机器人完成相应的操作。如图1-1所示。73中国矿业大学毕业设计（论文）图1-1智能机器人RC3000在日本，东日本铁路公司、Shink电器公司和Howa工业有限公司联合研制了车站地面清扫机器人，机器人可沿墙壁从任何一个位置自动启动，利用不断旋转的刷子将废弃物扫人自

7、带容器中。该机器人可采用“磁导引方式”、“示教方式”或“墙面复制方式”控制。东日本路公司、富士工业有限公司Subaru实验室和JR东方设施管理有限公司联合研制了车站地面擦洗机器人，该机器人工作时一面将清洗液喷洒到地面上，一面用旋转刷不停地擦洗地面，并将脏水吸人所带的容器中。机器人中的感知系统采用光纤陀螺和超声波传感器，自动清洗系统有两种，一种是“面积设定模式”，即将待清洗的面积分为若干个单位面积，按照其存储器