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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.2 1.2.1 国外产品研究状况.2 1.2.2 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.12 2.1.1 机械结构组成.12 第 2.2 节 家居清洁机器人总体设计.14 2.2.1 机器人外形设计.14 2.2.2 机器人的行走机构设计.15 2.2.3 清扫机构的设计.15 2.2.4 吸尘机构设计.19 2.2.5 垃圾收集处理机构设计.19 第 3 章
2、 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.35 4.1.1 控制器的选择和应用.35 4.1.2 复位电路.36 4.1.3 时钟电路.38 第 4.2 节 传感器模块.38 4.2.1 碰撞传感器.38 4.2.2 尘仓红外发射和接受电路.40 4.2.3 光电编码器.41 4.2.4 驱动模块设计.42 4.2.5 光电耦合器.
3、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 第第 1 章章 绪绪 论论 第第 1.1 节节 课题设计背景课题设计背景 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
4、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 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
5、最高行走速度 ： 0.5 m/s 高度：100mm 宽度：400mm 清洁方式：吸尘、刷扫 第第 1.2 节节 国内外相关产品研究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、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
6、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
