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1、上海应用技术学院Shanghai Institute of Technology组长：王文博组员：严格，熊祚强指导教师：周文项目工期：2014 年 6 月 10 日2015 年 6 月 15 日摘要：本项目研发智能家庭监督机器人是基于智能手机平台之下所应用的，在借助于ug三维建模设计，机械设计以传动设计，及嵌入式硬件的插入，成功地实现了人远距离分身控制并监督家庭情况，能够随时随地掌握家庭环境的变化，为家庭安全的保障提供了基础，并且解决了目前市场家政机器人价格昂贵的现象。 前言: 随着物联网，智能家居以及智能手机的兴起，针对国内的市场环境，本项目研发出的一系列四款智能家庭服务机器人，本项目研发的
2、机器人管家是一种远程交互型机器人家政机器人采用低功耗 WIFI 技术连接互联网及手机终端通过强大智能手机及网络云服务器的数据计算处理能力对机器人进行智能化控制，从而降低了机器人的所需硬件成本，使得家政机器人能被国内消费者所接受。此机器人装配了红外，433 射频的家电控制系统，实现了远程家电控制功能，并解决了目前智能家居家电设备接口协议不统一，传统家电难以兼容的问题。此外，机器人本身留有各种传感器接口，通过采用本项目研发的红外热式，温湿度，甲醛以及 PM2.5 传感器机器人能够实现远程家庭环境监控，家居安防的功能。能够解决目前家庭服务类机器人依赖进口，售价高昂的市场现状。正文：（建模方面） 如上
3、图所示，主观三视图，以及大致轮廓视图，外观视图上采取了全新的外观设计，底部以正六棱柱作为底座，并且采用抽壳技术，扩大内部空间，方便内部嵌入传动系统，机械设计等等，并且为以后的硬件电子设施提供了空间基础，上部采用圆弧拉伸，同样扩大内部空间，便于齿轮，马达等传动设施插入，放手机的补位，采用加盖模式，内部设有弹簧等设施，加紧设备。具体如下：一：底轮底轮采用一般的轮胎设计，圆弧效果便于运动，轮胎表面加拉伸效果，增加抓地，增大摩擦，内部增加五角星设计，省材料，增加美观二：转向轮：由于底面为正六棱柱，两个轮子不能稳定行走，并且转向不方便，故在底面加上两个可以自由旋转的转向轮，转向轮采用平常滑板上的轮子，这
4、样的轮，自由性比较大，可以随意转向，而传统的车轮，自由性较低，两者互相结合，既可以自由转向，又可以稳抓底面。建模设计上主要采用了草图拉伸方式。三：滚轴：滚轴设计用了一般的减小摩擦的滚轴，这样能够很好地减小摩擦，与车轮的主轴连接摩擦能够减小到最小化，建模设计方面，主要采用了草图旋转，与实例特征的复制，难度较大。要注意建草图时候的尺寸的方面。四：滚轴卡盘：滚轴卡盘建模设计较简单，此卡盘主要用来卡住滚轴，防止滚轴滑落，卡盘的较粗的一端与车轮相连，并且上面刻的有键槽，与车轮相连的同时又能很好地起到固定作用，防止车轮的打滑。卡盘的较细的一端与底座内的传动轮相连，在马达提供动力的同时又能够很好地传动，中间
5、的两部半径比较大的圆盘就是用来卡位，卡住滚轴，尺寸与底座圆尺寸相同，刚好卡上。五：底座：底座部分建模时就是简单的草图拉伸，不过要注意，尺寸。并且上面的孔之类的尺寸很难把握，底座上两边的圆孔就是用来放滚轴，左侧突出部分，球状的事指示灯，用来指示工作状态，方形的为开关，用来断开工作指令，而底部的上半部分为为电子板，主要的大脑中枢，下半部为电源，提供能量。六：马达建模较简单，用来提供动力，与电源相连，动力中枢。七：传动结构：传动结构与一般的齿轮传动有区别，本传动结构采用了轮带传动，类似于拖拉机上的皮带传动，传动一方面与马达动力结构相连，一方面与车轮的轮轴相连，另外通过电子板的控制能够实现两边的马达差
6、速实现小车的转向，设计富有新意，另外轮轴与马达连接用皮带相连，既能够省材料又能够实现目的，建模方面主要采用草图拉伸功能，但装配约束方面要特别注意传动带与传动轮的约束，尺寸问题更要注意。八：底座盖：底座盖，用来盖住底座空间，防止异物进入底座，影响运作，上部留有穿线孔，用来穿过线路，与上部马达相连接。建模较简单。九：上部主体：此部分建模较困难，要兼顾到建模时的尺寸问题，还要兼顾到装配时的能不能够很好地约束。主体上右边方形孔主要用来放入卡马达的一个方形卡盘，左上边的孔为轴孔，用来固定放手机部位的一个零件，下边的孔主要用来固定上部与下部，防止脱落。十：旋转卡机：此部分采用齿轮加卡盘的结构，左半部分为齿
7、轮建模，右半部分为草图拉伸，齿轮部分与上部主体内的齿轮相连，上部主体内马达提供动力，带动此卡机的旋转，实现放手机的部位可以自由旋转的想法，配合底部轮子的转动，可以实现 360 度无死角，全方位监控与控制，右半部分采用建模中的抽壳技术，可以与与之相应的一部分的卡机机构相扣，牢固固定防止脱落。十一：夹紧结构：夹紧结构，有固定轴，弹簧，按手，上部卡机机构组成，两个按手为下面最长的部分，两个按手与卡盘中心轴固定，并且深入部分留有空隙，弹簧放入进去可以通过两个按手挤压，利用弹簧的伸缩性来控制放上的手机的夹紧，同时上面的弹簧左右两端同样有卡机部分，并且每个卡机左右两端有加长部分，可以有效防止手机型号的不同
8、，防止手机过大或者手机过小放不到卡机上的问题。工作原理:当手用力挤压按手的同时，下部弹簧挤压缩短，同时可以通过带动结构，带动上半部分弹簧伸长，简单地说就是下半部分弹簧缩短，而上半部分弹簧可以伸长，这样的话就能够把位于上部分的卡机做远离中心的运动，从而可以增大两个卡机中间的间隙，当手机放入的时候，松开按手下部弹簧伸长，而上部弹簧收缩，做靠近中心的运动，这样当碰到手几而不能运动的时候就能够很好地固定手机，而此时弹簧又具备弹性，又可以很好地防止手机的滑落。十二：螺钉，螺帽：固定作用。十三：上部传动结构：上部传动结构与下部的不同，上部采用的齿轮传动，右边齿轮通过轴心与马达相连，直接提供动力，通过马达的
9、运动，带动主动轮的旋转，主动轮旋转带动卡机上的从动轮旋转，从而达到可以自由旋转卡机的目的。建模方面较简单，装配的时候要特别注意齿轮的啮合。项目结果：本项目内组员全部自己动手，设计自己的东西，目前本项目设计的结果全部以创新为主题，配合三维建模建出来，以上只是建模方面的设计，具体电子方面的设计见下文。结论总结：心得：通过本项目的创新，发现自己有很多不会的东西，自己想要的结果做不出来，自己仅仅是把 ug 学了一个入门的部分，同时自己负责总体设计，建模尺寸的规划，各个部分（传动结构。夹紧结构.）很累。 。 。 。 。严格与熊祚强负责建模零件虽然这个项目很艰苦的坐了下来，但是收货还是很大很大的，至少有一
10、种满足感，自己能把这个项目坐下来实在不容易。项目包括 73 个零件，172 个约束。很好的巩固了自己以往的知识，并且学到了很多课堂上学不到的东西，收获很大。电子设计，以及应用前景1. 成果综述(成果内容、技术思路、实施过程及创新点) 随着物联网，智能家居以及智能手机的兴起，针对国内的市场环境，本项目研发出的一系列四款智能家庭服务机器人，本项目研发的机器人管家是一种远程交互型机器人家政机器人采用低功耗 WIFI 技术连接互联网及手机终端通过强大智能手机及网络云服务器的数据计算处理能力对机器人进行智能化控制，从而降低了机器人的所需硬件成本，使得家政机器人能被国内消费者所接受。此机器人装配了红外，4
11、33 射频的家电控制系统，实现了远程家电控制功能，并解决了目前智能家居家电设备接口协议不统一，传统家电难以兼容的问题。此外，机器人本身留有各种传感器接口，通过采用本项目研发的红外热式，温湿度，甲醛以及 PM2.5 传感器机器人能够实现远程家庭环境监控，家居安防的功能。能够解决目前家庭服务类机器人依赖进口，售价高昂的市场现状。本项目开发了一种新的不对称即时交互方式，传统的互联网沟通方式使人们直接的感情交互变得越来越快餐化，而采用本项目开发的机器人管家能够做到使用户既能够看到，听到，还能够感受到（传感数据：如温度，湿度，甲醛等） ，以及进行自主移动的方式，相当于创造了一个人的分身，这种不对称视频交
12、互模式接近于面对面交流给人更好的交流沟通体验。从产品需求上来说是为了解决 1 父母外出而又希望多关心下子女生活；2 儿女外出工作，对家中父母放心不下；3 情侣异地而又需要感情交流；4 对生活质量有更高追求的白领人士。为本项目研发的智能宝座机器人管家模型图，该机器具有的功能为：一个可以远程控制的二自由度活动的机器人支架，通过将智能手机作为头部，实现远程视频会议，人脸识别跟随，远程家电控制，安防，家庭环境监控，娱乐等功能。2. 成果意义（潜在应用前景及可能的社会经济效益）随着人们生活节奏加快，追求物质生活的压力变得越来越大，人与人之间的交流与照顾的机会变得越来越匮乏。父母对小孩，情侣之间异地，以及
13、子女对留守在家的老人之间的照顾和关心变得越来越力不从心。很多时候有些人甚至在想如果有一个机器人的自己的分身，能够随时的出现在自己想要照顾的对方身边，任何时间当自己想要关心对方的时候都能够看到对方，能与对方面对面交流，能在对方的家中来去自如，能随时随地了解对方家里的居住环境，甚至能够帮对方调节室内温度，帮对方打开电视，甚至关掉忘记关掉的灯光。机器人系统是涉及多学科的复杂机电系统，通常有多个子系统组成，如决策系统、运动控制系统和通信系统等，开发难度较高。目前，大多机器人系统都是基于开发厂家自己独立、封闭的系统开发的，通常是采用专用的计算机、专用的编程语言及操作系统，费用往往及其昂贵；另一方面，目前
14、机器人控制多是采用键盘、鼠标等控制设备，不够人性化。一种廉价的，友好的机器人系统的研发势在必行。理想的机器人系统应具有友好的人机界面、开放的体系结构和便携性，同时若能在直接控制基础上实现远程控制，无疑将大大提高其控制便利性，也拓宽了其应用范围。本项目采取嵌入式微控制器系统结合 Android 系统，网络云服务器，以及 PC 终端，四大系统搭建出能够集成远程视频交互，家电控制，环境检测，智能安防的多功能机器人管家平台。目前，国内家政机器人还处于起步阶段，而国外技术成熟的家政机器人出口到国内后成本较高，价格昂贵。本项目研发的一系列多款服务型机器人功能强大，成本易于控制，可以很快的让国内消费者接受。本项目研发智能宝座机器人是基于智能手机平台之下所应用的，具有成本低，功能实用强大，可扩展及系统移植性好等优点，机器人结合了安卓开发，嵌入式软硬件系统开发，传感系统，机械设计，物联网云计算等多个技术学科的开发，具有很强市场前景及科学价值。参考文献：现代工程制图第三版。华东理工大学出版社。金玲 张红主编百度查询搜狗查询视频查询。
