自动扫地机器人

J:温革章大学工程导论题目：自动扫地机器人组 长：史亚龙组 员：董祥军，郝成祥，孔 超，李晓强,李喆人，任杰，王轩，魏剑, 费沈扬，王健级：12FH业：机械工程及自动化 院：机电工程学院入学时间：2012级 指导教师：日 期：2013年1月14日目录1绪论11调查研究 12概念构思23功能与原理设计34 成本核算45营销手段56致谢67附录71绪论自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向。从理论和技术上讲，自动 清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性，从市场前景 角度讲，自动清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、 办公场所和大众家庭。因此开发自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前 景。1调查研究在日本，东日本铁路公司、shinko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入 白带容器中，日本静甲株式会社的清水工厂开发出一种自动清扫机器人，可用于各种工厂的 清扫工作。机器人采用光纤陀螺控制方向，采用编码器和超声波传感器测距，采用光学探 测器探测障碍物 机器人的四周装有橡胶垫，橡胶垫内部装有触觉传感器，一旦机器人与 人接触，触觉传感器信号会使机器人停下来1以保证人的安全Br-3这些应用还都是用于 工业或者公共的场合，真正具有里程碑意义的是2002年9月清洁机器人“Roomba”美国面 市，这是一款面向家庭的机器人。重约2kg直径为762mm，具有高度自主能力，可以游 走于房间各家具缝隙间，灵巧地完成清扫工作，据说这是将用于军事的“躲避地雷的移动 技术，应用到了吸尘器上。“Roomba”的动作有点迟缓，但却能稳定安全地完成任务由 于能够在完成任务后自动切断电源，所以可以在外出期间让“Roomba”在家进行清扫 英 国法国和澳大利亚也都推出过清洁机器人产品在国内，对清洁机器人相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划机器 人控制、电源与电源管理、动力驱动等技术的研究，哈尔滨工业大学、华南理工大学、上 海交通大学等高校，也对清洁机器人进行了大量的研究，并取得了一些成果，这些都为清洁 机器人的研究开发和推广奠定了物质和技术基础。2概念构思总体方案是设计一个自主控机器人，在一个模拟的平面结构内运动，移动机器人本体， 完成自主移动、避障功能。尽快遍历每一个角落，完成任务，这个工作受多个因素的影响。 其中在现实生活中清洁机器人清理的过程中，利用了机器人自身的传感系统、运动控制系统 和自主蔽障系统等。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。采用的技术主要有：1路径规划技术：路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息，按照某种优化指标，在 起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径，并且实现所需清扫区域的合理完全路 径覆盖，其实质就是移动机器人运动过程中的导航和避碰。2多传感器融合技术：为了让吸尘机器人正常工作，必须对机器人位置、姿态、速度和系统 内部状态进行监控，还要感知机器人所处工作环境的静态和动态信息，使得吸尘机器人相应 的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。吸尘机器人采用了4个传感器，有效 地把传感器观测信息进行融合处理，从而使机器人获得最大量的外部环境信息，运用传感器 融合技术对提高移动机器人定位、障碍物识别、环境建模、避障的精度等具有重要作用。3电源技术：移动电源需同时为移动机构提供动力,为控制电路提供稳定的电压，为吸尘操作 模块及传感观测模块提供能源等。电源在放电过程中具备:保持恒定的电压内阻小以便 快速放电可充电;成本低等特点。依托以上关键技术，可实现以下产品功能：1. 定时清扫2.当机器被卡住会自动摆脱3.支持遥控。4.虚拟墙感应5.边角清扫程序。6.不重复清洁、不留死角和楼梯防摔自保功能。3功能与原理设计家用智能清扫机，包括控制器、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开 关等，在清扫机的顶部设有超声波距离传感器；清扫机底部前方边沿安装有接近开关，接近 开关与超声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有直流电机；在清扫机的底 部安装有吸尘器机构。自动清扫机器人的功能是自动完成房间空旷地面尤其是家居空旷地面 的清扫除尘任务，打扫前，要把房间里的物体紧靠四周墙壁，腾出空旷地面。清扫机完成的 主要功能：能自动走遍所以可进入的房间，可以自动清扫吸尘，可在遥控和手控状态下清扫 吸尘。本论文所研究的自动清扫机器人的总体布局方案如图所示，后两轮为驱动轮，前轮为转 向轮。考虑到机器人实际应用的实用性，本驱动系统设计成一个独立的可方便替换的模块， 当机器人驱动系统发生故障时，只需简单步骤就可以对驱动部分进行替换。同时为了机器人 能够灵活的运动，从动轮选用万向轮。下图为该扫地机器人的演示图：万向轮妇；室措尘/清扫电机驱动沦电源吸尘风机系统山路整个吸尘器原理上可以分为五个主要部分：传感器部分、控制器部分、驱动部分、吸尘 部分和电源部分。各部分的原理及具体功能实现如下：1传感器部分(1)超声波测距超声波是一种一定频率范围的声波。它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在 不同媒质的界面处，会产生反射现象。利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之 间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。在扫地机器人中，避障功能的实现正是利用了这一超声波测距的原理。它的传感器部分 由两对(每对包括一个发射探头和一个接收探头)和六个超声波传感头组成。当超声信号向 外发射，该信号遇到障碍物时，产生反射波，这一反射波被接收探头接收后，根据前述测距 的原理，就可以精确地判断障碍物的远近；同时，根据信号的幅值大小，也可以初步确定障 碍物的大小。(2) 探测范围的确定由于每一个超声波探头都有一定的指向性，所以在测量时必然存在盲区。因此，两对传 感器以一定的尺寸分布在吸尘器的前端，从而使传感器测量的范围包含整个吸尘器所必须经 过的空间。2控制器部分自动清扫机器人控制系统硬件主要是以单片机AT89C51作为核心，辅助其外围电路、电 机驱动电路、传感器检测电路以及红外遥控电路等，各模块在单片机的控制下，相互协调工 作，保证自动清扫机器人各种功能的实现。下图为清扫机的硬件系统：3驱动部分采用直流电机对机器人的两后轮进行驱动。后轮驱动的好处是：转向性能得到改善。前 轮是转向轮，使得转向时的行驶方向容易控制，不容易出现过度转向的现象，转向安全性也 得到提高。为了保证小车良好的直线性，可采用双电机驱动左右两轮的方式，且在车体的前 端装有一个不锈钢万向滚珠，这样可以使小车获取较好的机动性和灵活性。底盘采用铝合金 框架，以增大其坚固性，减轻重量通过内置驱动器驱动两主动轮，前端被动轮用于辅助转向， 其三角设计便于保持机器人运行时的稳定。4吸尘部分挡尘板左右上角的起尘刷负责把灰尘或者纸屑推到后面，由清扫电机配合吸尘风机把其 扫入最后的集尘室中，实现废物的清扫。在车身的最后还设计了一个抹地机械手，进一步达到清洁的目的，机械手下带有洒水除 尘装置，机械手上面的水箱带有一个用伺服电机控制的门，用来控制洒水量。(还在设想阶 段)4成本核算通过对各个部分所需要零件的价格统计进行计算得出，该自动扫地机器人成本在800元 一900元之间，相对于目前市场上的其他扫地机器人来说，本产品的成本较低，但是其性价 比还是很高的！5营销手段通过对我们团队设计的产品的研究分析，以及和业内相关产品的比较之后，我们找到了 自己产品的优势所在，即：一：成本低。设计原理简单，零件较少，通过简单的流水线作业即可大规模生产，因此 生产成本相对于进口的机器少之又少。二：垃圾盒容量大。内部结构分配合理，剩下足够的空间来储存垃圾，较市场上类似产 品，提高了一定的竞争力。三：三毛边刷提高了效率。保证了在清扫过程中能够集中清理前方及左右两方的灰尘、 垃圾，清洁效率大大提高。四：驱动部分设置简洁，但不失其功能。仿造坦克转弯原理，设计成可以随意360旋 转清扫灰尘的驱动轮了解了自身产品所具有的优势之后，我们又对自动扫地机器人的市场进行了分析，比如 了解到iRobot Roomba (是由美国iRobot公司生产自动扫地机器人)在国内的市场并 不理想，我们团队分析之后认为，其失败原因有二，一是：其错误的营销策略。二是 其不温不火的推广方式再加上其天价，因此在国内的销量并不出彩。而相对于iRobot Roomba 来说，我们的价格占据绝对优势，产品也不失其智能的功能，因此，我们有绝对的信心在产 品推出后取得良好的市场表现。鉴于产品的以上特点，我们制定了相应的营销策略。营销简单的讲就是：通过某种方式让更多的人了解产品然后产生购买欲望。鉴于产品的 以上特点，我们制定了相应的营销策略。第一步：用尽一切可能方式让人们了解我们的产品。如：1、通过销售地本地的媒体，进行媒体宣传，这包括电视媒体、平面媒体、及网络媒体 等。(1) 电视媒体。广告拍摄成功后投放到当地电视台上边，进行宣传。(2) 平面媒体。主要是当地报刊，这种形式的宣传相对于产品的对象，家庭用户来说， 也不失为一种不错的宣传方式，因为很多中年人都有阅报的习惯。(3) 网络媒体。鉴于产品的营销市场开始时主要为特定地区，因此不必选择如百度推广、 谷歌推广等大媒体。销售地的贴吧招聘贴、销售地官方信息网、作为最佳选择。(4) 广告牌。选择在销售地设立路边广告牌、高立柱广告牌、箱、霓虹灯广告牌、LED 看板等进行宣传。2、销售地进行刷单投放、现场促销。(1) 前期的刷单投放，即宣传单。这种面对面的宣传方式，既减少了宣传成本，又 保证了产品的宣传力度。(2) 现场促销。我们将采用限时折扣、赠品促销、免费试用等促销方式。以此来达 到扩大销售额、推动销售以及增强品牌的潜意识渗透的目的。第二步:订单执行。在吸引了客户之后，接下来要做的就是订单执行，也就是销售了， 这个销售在企业发展的初级阶段，始终是我们的工厂和公司来做，我们不寻找代理商，原因 是我们不了解产品是否会获得市场的认可，这样做可以降低我们的公司的风险。因此，这样 的订单执行就是简单的顾客与我们公司之间的直接交易。第三步：建立各地代理商。这样做建立在市场对我们产品表现良好，也就是销售还可以。第四步：代理商和公司之间进行订单交易，公司不在进行和客户之间的直接交易。第五步：保留客户，培养忠诚。在这个过程中，我们做了以下几点一、机会的辨识。即我们把握了机会，发现了自动扫地机器人的市场还未饱和，因 此我们团队才着手去设计了这款产品。二、新产品的开发。严格按照我们对产品的构思，设计进行了开发。三、对客户的吸引。这是营销过程中尤为重要的一个环节，因此我们也投入了大 量的精力去做。四、建立代理商。这在企业的初级阶段仅仅是一个构想，一旦市场不认可我们的 产品，这个阶段也是没必要去做的。五、保留客户，培养忠诚。这里的客户不仅仅是指终端客户，即消费者。也包括 我们的代理商，处理好企业和代理商之间的关系，也是我们企业以后能够长期稳定发 展的基础。我们也将按照这个过程去进行产品的销售，当然其中也可能会存在一些突发的事 件，这就需要我们去更改、协调我们的营销策略。以便更好的达到预定效果。6致谢感 谢 百 度 文 库 提 供 的 部 分 资 料 (以及参与问卷调查的所有同学和全体组员的辛勤劳动与亲密配合！7附录“智能性”家用扫地机器人调查问卷1.你家中是否使用过同类型产品？A.是B.不是2. 你是否愿意使用此产品？A.愿意B.不愿意3. 你喜欢的此产品的外形？A.圆形B.水滴型C.其他4. 你所认同的制造材料A.铝合金+橡胶B.工程塑料C.其他5. 你所认同的充电方式A.直充B.干电池C.太阳能充电D.其他6. 可接受的承受范围A.100 以下B.300500C.6001000D.1000以上7. 颜色A.红B.橙 C.黄D.绿E.青F.蓝G.紫 H.白T.黑色8. 信息反馈A.显示屏B.指示灯C.声音9. 家中的地板A.木板B.大理石C.水泥10. 你觉得本产品的适用人群A.学生B.80后 C.90后D.老人11. 你需要此产品来清理的主要的垃圾品种A.纸屑B.灰尘C.毛发D.其他12. 持续时间A.1小时 B.2到3小时 C.3到5小时D.5小时以上13. 你认为本产品的优势A.省事B.美观 C.高科技D.实用14. 外形风格A.卡通B.名车 C.简洁大方 D.动物15. 你对此产品的特殊要求（可多选）A.自动报警（低电量）B.自动提示（自己所在方位）C.语音识别D.自行爬楼梯.自动储存垃圾并清空F.虚拟分区G.重量控制H.易携带I.其他感谢您完成这份调查问卷，你的举手之劳给予了我们很大的帮助问卷结果