扫地机器人设计—开题报告—毕业设计—河北科技大学

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1、毕业设计开题报告题目：学生姓名专 业：指导教师：扫地机器人行走结构设计 学号： 机械设计制造及自动化1 文献综述1.1 研究背景及目的近年来，随着讣算机技术和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。随着长期的发展，服务型机器人开辟了机器人应用的新领域, 机器人技 术越来越接近成熟，服务型机器人也受到了世界各国研究人员的重视。扫地机器人乂称懒人扫地机，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，它是把移动机器人相关技术和吸尘 器技术结 合起来，通过微电脑系统控制，按照人们的意愿完成清扫房间的部分或全部工 作的一

2、种移动 机器人，它可以代替传统繁重的人匸清洁工作，也可以清扫人们不能达到 的部分。随着科学 技术的发展与社会的进步，扫地机器人将融入人们的生活，像汽车一 样即将称为人们生活必 须品，所以扫地机器人的开发和研究不仅有科研上的挑战，在国内又有广阔的市场前景。本次毕业设计准备设计一部能够满足大部分家庭需求而且方便的自动扫地机器人。它可 以代替家庭人工清扫，比国内普通的吸尘器小巧轻便，清洁效率高，更加省时省力, 可以帮助 人们减轻生活压力，让科技更好的服务于人们。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状世界上最先出现的扫地机器人是山瑞典的家电巨头伊莱克斯 1996 年制造的“三叶虫” 扫地机 器

3、人巴“三叶虫”扫地机器人虽然功能上没有那么齐全，但是有现在智能扫地机器人的很多元 素。它釆用无电线装置，利用超音波声呐系统来控制扫地机器人在地面上的运行方向，会自 动避开室内的各种障碍物，因此不会碰撞到地板上或地毯上的任何物品。采用三种设定模 式，可以根据不同的清洁要求，设定清扫速度。图1 “三叶虫”扫地机器人随后，机器人巨头IrObOt公司设计制造自动扫地机器人 ROOmba,不断的升级优化,ROOmba 成为扫地机器人领域的代表产品。该公司最新推出的扫地机器人 ROOmba980 采用AdaPt2.0 视觉实时定位建模技术，在清扫房间的同时能够绘制房间内的地图，并且精准 避开障碍物。ROO

4、mba98O能够精准检测到自己在房间内的具体位置，一方面可以提高清科沃斯扫地机器人是卖的比较火的一款产品，科沃斯在家庭扫地机器人行业站领先地位， 因为每销售三台扫地机器人就有两台是科沃斯的。科沃斯地宝时最常用的扫地机 器人，它适 用于家庭、办公区、及娱乐场所以及其它一些人员不便进入的地方，它是一 个集自动清扫和 智能一体的地面清扫机器人，整个清扫过程不需要人的插手，还有定点清扫、自动清扫、延边 清扫、精扫四种工作形式可选。科沃斯扫地机器人利用蜗轮系统 提高清扫的动力，从而使机 器人打扫房间质量有保障，具有防撞防跌落的功能，及自主充电功能。现已面世的有5 系、6 系、7 系、以及9 系等多种产品

5、，地宝可以工作在如地板、瓷砖、地砖、短毛地毯等任何硬质 地面。1.3.1 整体布局机器人的结构主要山感知机构、移动机构、吸尘机构以及车体组成，机器人的前轮采用 差动式驱动，后轮采用随动轮。基于机构和控制的复杂性，机器人使用圆形状结构, 圆形状结 构的最大优势就是控制起来简单，运动起来不易和障碍物发生碰撞。车体前端 两侧釆用两个 光电传感器，这样就有四种组合方式，也就是有四种状态，这样就可以 识别一切障碍物，不 会有盲点八1.3.2 移动机构 移动系统是由两个伺服电机以及相应的驱动组成，两个伺服电机分别带动两个后轮，而 后轮则采用随动轮，这样就带动吸尘系统前行。后轮采用随动轮，而不是双轮，这样做

6、可以 很好的加强了小车转弯的灵活性。通过改变控制系统输出的PWM占空比，可对两个伺服电 机实现较高精度的调速。对两个伺服电机输出相同频率不同占空比，电机的转速则不同，通 过这样差速方式，实现吸尘器的前进，后退，左转弯，右转弯等功能。这样便可是使扫地机 器人随意转弯.同时转弯的速度可以通过单片机的程序进行调节叭1.3.3 感知机构感知机构山分布在机器人两侧的光电传感器组成。其采用光电元件作为检测元件， 一般 山光源、光学通路和光电元件三部分组成，光电传感器对机器人的位置进行探测， 判断左右 转弯是否可行。1.3.4 控制系统 采用Atnlel公司的ATmega16单片机最小系统，AYR单片机功能

7、强大，能够使得I/O 口资源灵活，是一种处理能力极强的微控制器，同时提供许多控制系统的选择方案何。1.3.5 吸尘系统 吸尘系统采用小型吸尘器，主要山吸道，吸嘴，气泵和吸室组成。1.4 扫地机器人的特点1. 自带电源，小巧轻便，操作简单方便，实用性强。2. 工作环境为有限的封闭空间、平整的地板、瓷砖等硬质地面。3. 任务是清扫地面或地毯，吸收地面的灰尘、纸屑及其它一些小尺寸物体。4. 扫地机器人具有一定的自我保护功能。1.5 设计的重点难点曲于扫地机器人体积不能过大，所以怎么设计和装配好行走机构、扫地机构、吸尘 机构 及储存垃圾机构在这小型机器人中非常重要，也不容易。扫地机器人中清扫机构设 计

8、：応是 本次设讣关键部分也是毕业设计中的重点难点，其外形设计也要考虑清扫后如何 来将储存、 如何处理以及如何布置吸尘装置也是本次毕业设计重要详细考虑的问题，避障功能和防跌落 功能时机器人很重要的功能，也是本次主要涉及的一个难点朗。1.6 结语本章主要阐述了我所选的课题研究背景及Ll的，介绍了扫地机器人国内外的发展状况， 明确了本次设计研究的主题，并对本次设计的重点难点进行了总结。1.7 参考文献1 三叶虫”吸尘器亮相中国国际家电展J.家用电器,2004(06):78.2 赵航,刘玉梅，卜春光，李艳杰，刘博扫地机器人的发展现状及展望J信息与电脑(理论 版),2016(12):167-168.小米

9、发布米家扫地机器人J机器人技术与应用,2016(05):11.4 高华科沃斯全新扫地机器人DJ3独具“慧眼”让清扫更全面J计算机与网络,2018, 44(05):25.5 傅一元扫地机器人:它们正在发展,它们正在壮大J电器,2017(10):32-34.崔瑾娟移动机器人路径规划技术现状与展望J安阳师范学院学报，2013(02):54-56.7 孔德平基于AVR单片机的智能扫地机器人的设计J科技创新与应用,2017(16):81.8 唐益协，周亮，魏泽宇，吴智辉，董清多功能扫地机器人的设计及制作J科技风,2018(19):12.9 王继超基于ARM的家用清洁机器人软件设计与研究D浙江工业大学,2

10、011.10 万军,张郭,杨代强.基于STM32的智能扫地机器人避障系统设计的研究J中国高 新 区,2017(13):22.11 程丽霞智能扫地机器人系统设计J机械工业标准化与质量,2016(09):27-29. 程,2005(03):198-202.12 LiFangyiin.DeSignandSinlUlatiOnOfIntelligentCOntrOnerOfCIeaningRobotA.InStitUteOf ManagenIentSCienCeandIndUStrialEngineenng.ProceedingsOf20186thInternatiOnalCOnferenCeOn M

11、aChinery,Materials and COmPUting TeChnOIOgy(ICMMCT 2018)C.Institute Of Management SCienCe and IndUStrial Engineering: ir算机科学与电子技 术国际学会(COmPUter SCienCe and EIeCtrOniCTeChnOIOgyInternatiOnalSOCiety),2018:5.13 Mi-mi Wang The DeSign Of IntelIigent Cleaning RobotA ReSearCh InStitUte Of ManagementSCienCe

12、andIndUStrialEngineering.ProceedingsOf20172ndInternatiOnalCOnferenCeOn MachineryElectronics and COntrOl SimUIatiOn(MECS 2017)C.Research InStitUte Of Management SCienCe and IndUStrial Engineering: i算机科学与电子技术国际学 会(COmPlIter SCienCeandEIeCtrOniCTeChnOIOgyInternatiOnalSOCiety),2017:5 14 MaO Limin. The C

13、Ieaning COVerage TeSt SyStenl Of SWeePing RobotA. InternatiOnal InfOrmatiOn and Engineering ASSOCiatiOn.Proceedings Of 2018 3rd InternatiOnal COnferenCe On MeChatrOniCS and InfOrmatiOn TeChnOlOgy(ICMIT 2018)C.International InfOrmatiOn and Engineering ASSOCiation:计算机科学与电子技术国际学会 (COInPUter SCienCe and

14、 EIeCtrOniC TeChnOlOgyInternatiOnalSOCiety),2018:8 2 本课题要研究或解决的问题及拟采用的研究手段2.1 预计达到的目标本毕业设计L1标是拟设计一种轮式的小型车辆平台，具备路径规划、障碍物探测及躲 避等基本功能，要求完成一台扫地机器人行走机构的机械和控制系统总体设计，并对其运动 系统进行详细设计，使设计的扫地机器人具备基本的运动及清扫功能。2.2 扫地机器人的组成结构智能扫地扫地机器人一般山机器人和基站两部分组成，机器人主要负责清扫地面， 同 时具有遥控功能，自动避障，自动返回基站充电等功能。扫地机器人山五部分组成：主控制系统部分，驱动电机部分

15、，传感器部分，清扫部 分 和电源部分。电源部分：提供机器所需要的动力系统，是至关重要的一部分； 主控制系统部分：相当于人的大脑，起到连接对肢体的支配： 驱动电机部分：相当于人的肢体，被控制起到协调作业；传感器部分：相当于人的五 官，起到对外界的感知作用； 清扫部分：在智能吸尘器里面嵌入真空吸尘器，吸取朵冬左轮砾尘毛刷电机电机电机电机6扫地机器人结构框图2.3 扫地机器人的工作原理扫地机器人的机身为自动化技术的可移动装置，与有集尘盒的真空吸尘装置，配合机身 设定控制路径，在室内反复行走，如：沿边清扫、集中清扫、随机清扫、直线清扫 等路径打 扫，并辅以边刷、中央主刷旋转、抹布等方式，加强打扫效果，以完成拟人化 家居清洁效果。2.4 拟采用的研究手段和解决途径2.4.1 主要设计指标机身圆盘直径350mm,高度100mm。底盘需要和地面有一定的距离便于毛刷清扫，此距 离不宜过大也不宜过小，过大可能清扫不彻底，过小毛刷旋转被阻碍，因此，规定底盘与地 面80mm。设计轮子大小过程中，轮子直径不能大于80mmo机械部分采用双电机控制两个轮子，驱动轮放在车身中心，与前方