室内智能扫地机器人的设计

摘 要在科技高速发展、物质生活水平不断提高的 21 世纪，人们不仅仅对自己的要求在提高，在对物质生活的要求上也不同以往。本文是关于市场上的扫地机器人的调查，利用调查结果分析确定模型及制作实物模型的过程分析，主要通过市场调查的网络查询法、观察法及其他方法，针对市场上现有的扫地机器人从功能、类别、造型、使用情况、工作原理、结构、产品的设计要求、限制条件、特点等方面进行调查分析。确定出扫地机器人的具体结构、尺寸、外观造型及三维模型的制作。 本产品以简单、实用 、多功能的设计理念展开设计，对其多方面的影响因素进行分析，使产品成为更加功能化和实用化。关键词：扫地机器人；功能原理；实物模型 ；3d 模型；目 录第一章 扫地机器人的市场调查 .11.1 扫地机器人的定义 .11.2 目前扫地机器人的主要品牌介绍、功能和优缺点 .11.2.1 品牌介绍 .11.2.2 现有功能介绍 .21.2.3. 主要优点 .31.2.4.主要缺点 .31.3 扫地机器人的结构 .41.4 扫地机器人的清扫结构 .5第二章 扫地机器人的模型制作 .72.1 手绘草图 .72.1 模型底板 .82.2 模型的壳体 .82.3 模型的面板 .92.4 最终模型图 .10第三章 三维模型制作 .113.1 三维模型面板 .113.2 三维模型集尘盒 .113.3 三维模型底板 .123.4 三维模型中扫机构 .123.3 三维模型驱动轮 .13第四章 结论 .141第一章 扫地机器人的市场调查1.1 扫地机器人的定义扫地机器人是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间内完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。1.2 目前扫地机器人的主要品牌介绍、功能和优缺点1.2.1 品牌介绍目前的主要品牌有 KV8、福玛特、益节、V-BOT、地贝、夏普、伊莱克斯、凯驰、irobot、三星、飞利浦、ZECO、美菱、宝家丽等。图 1-1 夏普扫地机器人 图 1-2 地贝扫地机器人伊莱克斯 2001 年首推出实用的商品化的自动吸尘系统 Trilobite，美国的irobot 公司凭借其长期在军用机器人方面的积累，于 2002 年推出 roomba。后来其他公司也陆续推出了各自的产品。其最核心的技术，是感知四周的环境，然后规划行走的路径，有效地遍历各个区域，完成各个区域的打扫。目前最先进的有 irobot 公司的 iAdapt 技术为核心的roomba 系列、neatorobotics 公司的 RPS 技术为核心的 neato xv 系列（含德国 vr 系列） ，Evolution Robotics 公司（已于 2012 年 9 月被 irobot 公司收购）的 north star 技术为核心的 mint 系列擦地机。目前（2012 年 10 月）能够实用的扫地机器人有：irobot 公司的 roomba 5 系列、7 系列，mint 系列，scooba 系列；neato 公司的 xv 系列；Proscenic 公司的 902 和2Pro nono。扫地机器人的发展方向，将是更加高级的人工智能带来的更高的清扫效果、更高的清扫效率、更大的清扫面积。1.2.2 现有功能介绍目前基本功能：自动清扫、自动回充、定时清扫、智能防跌落。部分机型新增杀菌抹地功能。图 1-3 智能防跌落紫外灯杀菌功能：对于床底、沙发下以及其他角落会有很多细菌和小昆虫，如果可以杀菌，会提高家庭的环境质量，但是有人在家时不适宜打开紫外灯，因其对人有伤害。图 1-4 UV 杀菌灯3自动充电功能：由于电池电量有限，所以需要充电才能持续工作，但是现在市面上的产品能够自动充电的产品非常少，而且非常贵，采用的方式是配备充电的一套东西，一般采用接触式充电方法，而不是无线充电方式。图 1-5 智能自动回充1.2.3. 主要优点可以实现无线终端控制，它可以用遥控器，或者手机、电脑进行控制，遥控控制范围远，无阻隔，无辐射。扫地机器人装有感应探头，遇到障碍物相触碰后能够改变方向，而且配有橡胶，防止撞击，起到缓冲保护的作用。扫地机器人内部设有杀菌灯管，能够有效杀灭螨虫、细菌和病毒等病菌配有虚拟墙，能够阻隔不需要清扫的区域。1.2.4.主要缺点由于现在的扫地机器人还处在研发初期，很多智能学习与工作方面的能力还有待提高，在满足人们更多需求的能力上，也有很大的拓展空间。扫地机器人的噪音问题也有待解决。由于其工作的特点是吸尘，不可避免的会有风声，还有电机的转动，特别是较差的电机转动的声音比较大，也是要提高的。对家具多的地方、墙角小东西就无能为力了，有时还只会在一个地点打转，打扫不彻底；部分不能自动充电的产品持续工作能力差；产品噪音较大；无法自动扫描，比如某一个地方有一滩墨水，那么机器人扫过后，会污染很多其他地方，只能针对简单需要吸尘的地面。41.3 扫地机器人的结构扫地机器人包括计算机、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开关、操作电位计等，在清扫机的顶部共设有三个超声波距离传感器；清扫机底部前方边沿安装有 5 个接近开关，接近开关与超声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有两台直流电机；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。图 1-6 扫地机器人内部结构图 1-7 扫地机器人的外部结构51.4 扫地机器人的清扫结构目前市面上销售的保洁机器人从底部清扫结构上来看，主要分为两种结构类型：一类是有滚刷三段式清扫结构，另一类则是无滚刷双重清扫结构。图 1-8 两种中扫结构有滚刷的三段式清扫结构由一个位于右侧的边刷、一个位于中前部的胶质滚刷、一个位于中后部的毛质滚刷和吸尘马达共同组成，边刷主要负责将附近的脏物扫入滚刷范围，胶质滚刷以从前往后的旋转方向负责卷起体积稍大的垃圾，而毛质滚刷则以与胶刷相反的方向旋转，在接住胶刷卷起的垃圾的同时卷起地面的毛发和细小灰尘并反向旋转送入集尘盒，最后这些都通过吸尘马达吸附在集尘盒内完成地面清洁工作。在整个三段式清扫结构中，吸尘马达的功率虽然较小，但是由于有滚刷模组的高速旋转带走地面脏物，吸尘马达更多的是充当吸附垃圾的作用，并不直接起到对地表吸尘的作用或者说是主打吸尘的作用。目前三段式有滚刷清扫结构为主流设计。图 1-9 有滚刷的三段式清扫结构6无滚刷结构的保洁机器人一般采用双边刷加吸尘口的双重清扫结构，左右两个边刷负责将附近的脏物扫入机器中央的吸尘口范围内，所有脏物直接由吸尘口用吸力来吸附于集尘盒内，这种结构的保洁机器人由于没有滚刷结构，仅靠吸力远逊于传统吸尘器马达的小型吸尘马达来负责全部地面吸尘工作，显然不可能获得较好的地面清扫效果，特别是当地面有类似饭粒之类的粘性脏物时，无滚刷设计的保洁机器人几乎不可能完成清扫，但是放到三段式清扫结构的产品上则是异常轻松的事情。图 1-10 无滚刷的清扫结构7第二章 扫地机器人的模型制作2.1 手绘草图根据市场调查的情况，设计两种草图，最后通过分析挑选，选择了草图方案一。图 2-1 草图方案一图 2-2 草图方案二82.1 模型底板模型底板是一个纸质的圆盘，上下各有一个方形孔，安装上后，方形孔里装有两个固定的轮子，是机器的驱动轮，可以靠差速来实现机器的转向，右边是个万向轮，主要负责机器的转向和支撑作用，万向轮是靠螺丝固定在底板上。图 2-3 底板正面图 图 2-4 底板背面图2.2 模型的壳体模型壳体的主要材料也是用的硬纸板，一块圆形的的纸板加三块方形的纸板，用胶水和透明胶布连接在一起，壳体上下固定着两个轮子，轮子是用螺丝固定在纸板上，两个长方体形状的纸板用双面胶进行连接的，然后用的透明胶布固定在模型的壳体上。图 2-5 模型壳体的正面图9图 2-6 模型壳体的侧面图2.3 模型的面板模型的面板的主要材料是硬质纸板，面板主要由四个圆形按键、一个液晶显示、四个前部感应器、一个把手。部件与部件的连接都是用的双面胶。图 2-7 面板的主要零件 图 2-8 面板圆台的安装10图 2-9 面板按键的安装图 图 2-10 面板把手的安装2.4 最终模型图图 2-11 最终模型图11第三章 三维模型制作3.1 三维模型面板图 3-1 机器操作面板3.2 三维模型集尘盒图 3-2 机器尾部集尘盒123.3 三维模型底板图 3-3 机器底板3.4 三维模型中扫机构图 3-4 机器的中扫零件13图 3-5 机器的中扫零件图 3-6 机器的中扫零件3.3 三维模型驱动轮图 3-7 机器的驱动轮 图 3-8 机器的软橡皮轮14第四章 结论课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。两个星期的课程设计将要结束了。在这两周的学习中，我学到了很多，也找到了自己身上的不足。感受良多，获益匪浅。在课程设计的第一天我便对这次课程设计进行了规划。在以后的几天中，查阅资料、对资料进行分析，并在这段时间里完成了扫地机器人的模型制作，并最后撰写课程设计报告及个人总结。在课程设计的过程中。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在这个过程，我受到了好多帮助，一句温暖的话语，一杯热热的咖啡，让人有无比的动力和解决问题的决心。其实这次的课程设计我的最大的感受不是知识的获得，而是解决问题和知识综合运用的能力。