小型清扫机器人的移动系统设计与清扫系统的设计说明书

小型清扫机器人的移动系统设计与清扫系统的设计说明书 目录第一章 绪论11.1 清扫机器人的出现背景11.2 清扫机器人的发展历史与现状2第二章 清扫机器人移动系统52.1 清扫机器人的要求62.2 系统方案比较与论证62.3最终方案10第三章机械传动的设计103.1 电动机的选择103.2 减速器的参数设计123.3 轴的设计计算与校核21第四章 清扫装置的设置274.1 清扫装置的基本原理274.2清扫装置的基本结构284.3 清扫装置的配置29第五章 总结与期望295.1 全文总结295.2 论文创新之处295.3 存在的不足与展望30谢辞31参考文献32附录：33第一章 绪论1.1 清扫机器人的出现背景 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：一是劳动力成本上升；二是人类想要摆脱枯燥乏味的体力劳动，如清洁，家务，照顾病人等；三是人口的老龄化和社会福利制度的完善也为某些服务机器人提供了钢钒的市场应用前景。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。1.2 清扫机器人的发展历史与现状 清扫机器人的发展是建立在移动机器人的基础之上的，一个好的清扫机器人就必须有一个好的移动基础。因此，每次移动机器人的飞跃，随之而来的就是清扫机器人的更新换代。1.2.1 国外的清扫机器人的发展与现状 德国Kaercher公司生产的RC3000是世界上第一胎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。它只有50cm长，能够自动清扫地面，自动返回充电站充电，可以在主人外出时独立完成家庭清洁的任务，其扁平的设计使其能够清洁床，沙发，茶几等家具的下部位置，如图1-2所示；它的移动是随机的，当遇到障碍时，随机改变一个角度，然后继续直走，直到遇到新的障碍物；它内置四种清洁程序，根据清洁面积的大小，可以选择合适的程序；内置光敏传感器，在遇到楼梯与台阶时，能够自动避让，不会跌落。 图1-1 RC3000 图1-2 RC30002001年11月著名的家电厂商伊莱克斯在英国推出了吸尘器“三叶虫”，如图1-3所示。它的高度为13mm，直径为35mm，能够自由穿梭清扫，自动设计最佳行走路线；它使用超声波探测器，可以敏捷迅速地觉察出障碍物并绕开；“三叶虫”可分三个档位进行工作：正常，快速和点清理；吸尘器充满垃圾时还会发出灯光警告；为了限制“三叶虫”的活动范围，用户需要在楼梯间或其它没有天然障碍物的地方，贴上特制的可粘式磁带。“三叶虫”是由可充电电池驱动的，每次充电后可以运行60min左右，电量不足时能自动返回充电卡座充电。 图1-3 伊莱克斯“三叶虫”2003年11月，三星公司推出一款三星代号为VC-RP30W的机器人吸尘器，如图1-4所示，主要针对家庭市场。VC-RP30W主要依靠3D地图技术来进行定位，并能灵巧地躲避障碍物，能够快速，高翔地对房间每个角落进行吸尘； 当遇到障碍物或者死角情况，VC-RP30W能轻易地分析出垃圾与其他日常生活用品，同时允许用户定义工作时间及清扫区域；用户还可以通过计算机看安装在机器人前部摄像头内的信息，对其进行远程遥控；整个机器人的电池能维持50min的连续工作，当电量即将耗尽时自动回到充电座补充能源，非常地智能化。 图1-4 三星VC-RP30W 1.2.2 国内清扫机器人的发展和现状 1999年初，浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘机器人的研究，两年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人，与苏 州TEK公司合作研发，到2003年系统在自主能力和工作效率上都有了显著提高，它工作之前，首先进行环境学习，利用超声波测距，与墙保持一定的行走距离，在清洁角落的同时获得房间的尺寸信息，从而决定清扫时间；然后，利用随机与局部遍历规划相结合的算法产生高效的清洁路径；在清扫结束后，自动回到充电座补充动力；系统在的实际家庭环境中，工作10min可以达到90%以上的覆盖率。如图1-5 图1-5 苏州 TEK深圳市银星智能电器有限公司设计研发的KV8保洁机器人（如图1-6）的一些布置如下 1、KV8保洁机器人路径规划原理KV8保洁机器人通过电脑芯片控制机器人的左右轮转速，实现圆弧形清洁路线。当圆弧的半径拓展到7.5m的时候，芯片程序会控制机器人离开当前路线，在7.5m远处再次执行圆弧清洁路线。大量的圆弧对地面实行无缝覆盖，从而达到全面清洁地面的目的。2、KV8保洁机器人自动充电原理 KV8保洁机器人在机器人电量快要耗完时，机器人顶部的红外线发射头发射出无电信号，当充电基座上的两个红外线接收头接收到此信号时，机器人便与充电基座取得了 联系 。通过两个红外线接收头对机器人的引导，使其慢慢靠拢，最终实现对接。 3、KV8保洁机器人防跌落原理 KV8保洁机器人在机器人底部前段，安装了4对红外线感应头，每一对感应头包含一个发射头和一个接收头。红外线发射头发射的红外经地面发射后，被对应的接收头所接收。如果机器人底部距离地面的高度超过5mm，电脑芯片便会控制机器人，使其后退并调整行走方向，从而避免从高空跌落。 4、KV8保洁机器人虚拟墙工作原理KV8保洁机器人虚拟墙在开启之后会在左右各0.5m，向前3.5米处发射红外线，KV8机器人机身上的21个红外感应头在接触到由虚拟墙发射出来的红外线后，就不会继续前进，进入到该区域内打扫。 图1-6 KV8 经过20多年的发展，我国清扫机器人的研究取得了长足的进步，在单体平台和总体技术水平与性能上，已接近或部分超越国际水平，然而与西方发达国家相比，无论是研究规模、投资强度、技术水平还是成果应用程度与效益等方面，都存在明显的差距，因此还有更多的工做需要去做。第二章 清扫机器人移动系统对清扫机器人机械系统的研究涉及机器人的运动学、动力学问题。控制系统的输入量也需要从对机器人运动学、动力学建模分析得到的数学模型计算得出;传感测量系统也是建立在一定结构的机械系统之上。因此，尽管轮式移动机器人发展到今天，机器人机械系统发展已经比较成熟，但针对具体的应用，研究人员的新型结构的开发从未停止。2.1 清扫机器人的要求2.1.1 基本要求（1）需要自带电源，小巧轻便，操作简单，自主性好，实用性强（2）工作环境主要为普通家庭环境，也可以用于机场候机大厅，展览馆，图书馆等公共场所。环境的共同特征为有限的封闭空间，平整的地板以及走动的人员，因此可以归结为负责多变，结构化得动态环境。所以环境适应性是对此类机器人的基本要求。（3）任务主要是清扫地面和地毯，工作的对象是地面的灰尘，纸屑以及其他一些小尺寸物体，而大尺寸物体不作为吸尘机器人的处理对象。考虑到安全因素，吸尘机器人必须对人及家庭物品等不构成任何危害，同时吸尘机器人还必须具备自我保护的能力。（1）设计传动与转动过程中的机械零件 （2）熟悉单片机技术在机器人中的应用 （3）熟练掌握CAD2.1.2 机器人的基本参数（1）路况为平整、坚硬地面，车速不低于0.3m/s（2）车体尺寸不大于LWH=500500500mm（3）车体离地间隙不低于40mm（4）转向系统应灵活可靠（5）相互运动部分应设润滑及密封装置2.2 系统方案比较与论证根据题目要求，本系统主要由控制器系统、电源系统、寻迹传感器系统、电动机、清扫系统及驱动系统等构成。方框图如图2-1 电源系统主控系统键盘显示子系统遥控子系统里程计浮动，过流和边缘检测地面光敏检测传感器系统吸尘子系统行走驱动子系统毛刷电机吸尘电机返回充电站路径规划算法路径覆盖算法碰撞检测尘仓红外检测右轮电机左轮电机执行电机部分传感器部分职能软件部分输入输出部分 图2-1 清扫机器人各部分组成方框图2.2.1 车身设计方案1：购买玩具电动车。购买的玩具电动车具有组装完整的车架车轮、电机及其驱动电路。但是一般的说来，玩具电动车具有如下缺点：首先，这种玩具电动车由于装配紧凑，使得各种所需传感器的安装十分不方便。其次，这种电动车一般都是前轮转向后轮驱动，不能适应该题目的方格地图，不能方便迅速的实现原地保持坐标转90度甚至180度的弯角。再次，玩具电动车的电机多为玩具直流电机，力矩小，空载转速快，负载性能差，不易调速。而且这种电动车一般都价格不扉。因此我们放弃了此方案。 方案2：自己制作电动车。经过反复考虑论证，制定了左右两轮分别驱动，前后万向轮转向的方案。即左右轮分别用两个转速和力矩基本完全相同的直流电机进行驱动，前后装两个万向轮。这样，当两个直流电机转向相反同时转速相同时就可以实现电动车的原地旋转，由此可以轻松的实现小车坐标不变的90度和180度的转弯。 在安装时并不把两个万向轮装在一个平面上。当小车前进时，左右两驱动轮与前万向轮形成了三点结构。这种结构使得小车在前进时比较平稳，可以避免出现前后两轮过低而使左右两驱动轮驱动力不够的情况。为了防止小车重心的偏移，后万向轮起支撑作用。对于车架材料的选择，经过比较选择了铝合金。用铝合金做的车架比塑料车架更加牢固，比铁制小车更轻便，美观。综上考虑，我们选择了方案2.2.2.2 电源系统由于本系统需要电池供电，我们考虑了如下集中方案为系统供电。方案1：采用24V蓄电池为系统供电。蓄电池具有较强的电流驱动能力以及稳定的电压输出性能。但是蓄电池的体积过于庞大，在小型电动车上使用极为不方便。因此我们放弃了此方案。方案2：采用2节12V可充电式锂电池串联共24V给直流电机供电，经过7805的电压变换后为单片机，传感器和舵机供电。经过实验验证，当电池为直流电机供电时，单片机、传感器的工作电压不够，性能不稳定。因此我们放弃了此方案。方案3：采用2节12V可充电式锂电池为直流电机供电，用2节锂电池经过7805的电压变换为单片机和传感器供电。再用2节锂电池经另一套7805电压变换电路为舵机供电。采用此种供电方式后，单片机和传感器工作稳定，舵机直流电机工作互不影响，且电池的体积较小，能够满足系统的要求。综上考虑，选择了方案3。2.2.3 电机本系统为智能电动车，对于电动车来说，其驱动轮的驱动电机的选择就显得十分重要。由于本题要实现对路径的准确定位和精确测量，我们综合考虑了一下两种方案。方案1：采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现小车前进路程和位置的精确定位。虽然采用步进电机有诸多优点，步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低，不适用于小车等有一定速度要求的系统。经综合比较考虑，我们放弃了此方案。方案2：采用直流减速电机。直流减速电机转动力矩大，体积小，重量轻，装配简单，使用方便。由于其内部由高速电动机提供原始动力，带动变速（减速）齿轮组，可以产生大扭力。方案2对小车来说是最佳的选择。2.2.4 电机驱动方案1：采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。方案2：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。因此我们选用了方案1。2.2.5 轮式机构 方案1：二轮移动机构一般驱动轮与电机直接相连, 通过对电机的控制改变两个轮子的速度来达到转向的功能, 左右车轮处于同一平面内, 以此来达到平衡，安装时要确保两驱动轮的轴线处于同一前后位置上, 操作起来很容易, 只要在向驱动轮安装架钻孔时事先做好标记就可以了。 方案2：四轮移动机构：四轮机构和全方位机构的转向比较复杂, 四轮式移动机构是典型的汽车运动的主要构成部分, 一般分为三种转向方式: 它们分别是两前轮驱动转向、两后轮驱动转向和四轮互相配合转向, 车轮的连接比较复杂, 不适合一般的家用机器人移动, 而且造成机器人结构繁琐; 全方位移动机构可以进行任意的定位和定向, 虽然它可以使机器人更加灵活地运动, 有着显著的优越性, 但它同四轮机构一样甚至比四轮机构更具复杂性和难度。 方案3：三轮式移动机构: 三轮式移动机构一般在两轮式的基础上增加一个万向轮或驱动轮, 有两种驱动方式, 它们分别是两后轮驱动, 前轮导向和前轮作为驱动轮, 而两后轮为转向轮, 用一根轴连在一起。当两后轮驱动时, 主动力轮分开置于机体左右两侧, 支撑点处应用万向轮, 但考虑到万向轮自身存在转弯半径, 为了保持在转弯过程中机器人整体的几何中心不会偏移太大, 而造成转弯后丢线, 所以两个支撑轮的自身摩擦阻尼应该足够小, 采用这种转向结构后, 机器人可以做到0 半径(几何中心不变) 的360度自由转向。根据机器人完成指定任务要求, 机器人必须具备转向灵活, 转弯半径尽可能小, 即转向过程中机器人本身几何中心偏移量尽可能小, 因此选择三轮式作为机器人的行走机构, 在转弯的时候, 由左、右轮进行差动转弯。进行两轮反向差动转向可以使机器人几何中心保持不动, 不会影响转弯后的运动轨迹, 完全能达到设计要求。 综合上述三个方案的比较以及清扫机器人的实际工作情况，采用的是方案3的思想，将2个驱动轮放在两侧，前后各有一个万向轮，这样就保证了即使在任何一个轮子发生意外都能保证机器人不会发生翻到的情况发生。2.3最终方案经过反复论证，最终确定了如下的方案(1)车体用铝合金车架手工制作。(2)采用2节12V可充电式锂电池为直流电机供电(3)采用直流电机(4)采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片（5）采用二个驱动轮两侧驱动，前后各置一个万向轮第三章机械传动的设计3.1 电动机的选择3.1.1 整体重量 1）电动机选取ZYT型永磁直流电动机，由表2.1.1.1可知道，其最大质量不超过8kg 2）2节12V可充电式锂电池为直流电机供电，由表2.1.1.2可知道，质量为0.5kg3）机器人的基本骨架都是用锌铝合金，其密度在 壁厚l1=1/6inc=2.541/6=0.42cm,去l1=0.5cm 假设机器人的模型为圆柱形，500500500 mm离地间隙初步估计为50mm 根据壁厚l=1/4inc=2.541/4=0.635cm,取 l=0.7cm取 d=40cm，则 h=15.9cm，取 h=16cm4）存储罐中存储的主要是一些灰尘及纸屑，预估记能存储的杂物质量为10kg5）轴类元件选取材料45刚（调质），预计重量为5kg6）其他电器元件多数为轻质材料，预计重量为20kg综上所述，整个机器人预计总质量m=50kg3.1.2 参数计算车轮直径300mm，速度v0.3m/s,取v=1.5m/s由于摩擦系数，机械效率等随条件的变化不同，所以对电机的相关参数的计算只能是估算。设减速电机输出轮应具有的最高转速为n (r/min)设路面的平均摩擦系数f=0.1，机器人的最大加速度，由于路面的摩擦系数会产生变化及各种原因的影响，设可靠性系数k=1.2则有阻力 转矩 功率查表3-1 表3-1选取110ZYT05型号的电动机3.2 减速器的参数设计 发动机的转速车轮的转速减速系统的总传动比选用展开式二级减减速设置，各级传动比分别为高速级 低速级 电动机输出的功率，转矩及转速经过减速器之后各级数据如下表3-2所示 表3-2-功率p（W）转矩（Nmm）转速r/min传动比效率-入出入出-电动机轴-69-219.653000 7.1 4.420.950.95输入轴6965.55219.691407.46422.54输出轴64.24601407.465791.7395.63.2.1 高速级齿轮传动选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）选择直齿圆柱齿轮传动 2）机器人为一般工作及其，速度不高，故选用7级精度 3）材料选择，小齿轮材料为45刚，硬度为200HBS，大齿轮材料问哦QT500-5，硬度为160HBS，二者材料硬度差为40HBS 4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数按齿面接触强度设计，由（1） 确定供室内的隔计算数值1） 试选动载荷系数2） 计算小齿轮传递的转矩 3） 选取齿宽系数4） 弹性影响系数5） 根据齿面硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限，大齿轮6） 计算应力循环次数（工作5年，每年300天，每天2小时） 7） 取接触疲劳寿命系数8） 计算接触疲劳许用应力 取失效率为1%，安全系数S=1 （2） 计算1） 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的2） 计算圆周速度 3） 计算齿宽b 4） 计算齿宽与齿高之比，b/h模数齿高 5） 计算载荷系数根据v=2m/s，7级精度，动载荷系数，直齿轮使用系数；小齿轮相对支撑对称布置时，由b/h=10.67, ,查得故载荷系数 6） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 7） 计算模数按齿根弯曲强度设计 1）差的小齿轮的玩去疲劳强度极限 2）弯曲疲劳寿命系数 3）计算疲劳许用应力 取疲劳安全系数S=1.4 4）计算载荷系数k 5）查取齿形校正系数 6） 查取应力校正系数 7） 计算大小齿轮，并加以比较 大齿轮的值大（2） 设计计算 mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根玩去疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m大小主要取决于玩去强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算的的模数0.446并就近圆整为标准值m=0.5mm，按接触强度算的的分度圆直径，算出小齿轮齿数 大齿轮齿数 取这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （2） 计算中心距 （3） 计算齿轮宽度 取3.2.2 低速级齿轮传动选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 1）选择直齿圆柱齿轮传动 2）机器人为一般工作及其，速度不高，故选用7级精度 3）材料选择，小齿轮材料为45刚，硬度为200HBS，大齿轮材料问哦QT500-5，硬度为160HBS，二者材料硬度差为40HBS 4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数按齿面接触强度设计由（3） 确定供室内的隔计算数值9） 试选动载荷系数10） 计算小齿轮传递的转矩 11） 选取齿宽系数12） 弹性影响系数13） 根据齿面硬度查得小齿轮的解除疲劳强度极限，大齿轮14） 计算应力循环次数（工作5年，每年300天，每天2小时） 15） 取接触疲劳寿命系数16） 计算接触疲劳许用应力 取失效率为1%，安全系数S=1 （4） 计算8） 计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的9） 计算圆周速度 10） 计算齿宽b 11） 计算齿宽与齿高之比，b/h模数齿高12） 计算载荷系数根据v=2.94m/s，7级精度，动载荷系数，直齿轮使用系数；小齿轮相对支撑对称布置时，由b/h=10.67, ,查得故载荷系数 13） 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 14） 计算模数 按齿根弯曲强度设计 1）差的小齿轮的玩去疲劳强度极限 2）弯曲疲劳寿命系数 3）计算疲劳许用应力 取疲劳安全系数S=1.4 4）计算载荷系数k 5）查取齿形校正系数 6） 查取应力校正系数 7） 计算大小齿轮，并加以比较 大齿轮的值大（3） 设计计算 mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根玩去疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m大小主要取决于玩去强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算的的模数0.446并就近圆整为标准值m=1mm，按接触强度算的的分度圆直径，算出小齿轮齿数 大齿轮齿数这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 （4） 计算中心距 （5） 计算齿轮宽度 取3.3 轴的设计计算与校核 图3-13.3.1 轴的计算(1)求输出轴上的功率由表3-2可知 (2) 求作用在齿轮上的力 因已知低速级大齿轮分度圆直径 而 （3）初步确定轴的最小直径 轴的材料45刚（调质），取 显然最小直径是在输出轴位置上的，而输出轴上安装的是轮胎，故可以假定轮胎设计直径300mm，轴长20mm，轮面20，孔径10mm，重1kg，用螺母固定，有10mm的螺纹所以轴承选用深沟球轴承，6200，故由滚动轴承的安装尺寸，齿轮宽度20mm，在IV-V段长度应略短于轮长度，齿轮左边端采用轴肩定位，轴肩高度h=0.07d=2mm，取h=2mm轴环宽度， 轴的受力分析如图3-2所示 图3-214.5FNV1+117.5FNV2=96Ft14.5+117.5（Ft-FNV1）=96Ft21.5Ft=103FNV1FNVQ=16.11NFNV2=61.08NMR=FNV2117.5=7176.9NmmFNH1+FNH2=Fr28.0914.5FNH1+117.5FNH2=Fr96=2696.6414.5FNH1+117.5(28.09-FNH1)103FNH1=603.935FNH1=5.86FNH2=22.23MH=ym537=2612.025NmmT=637Nmm3.3.2 精确校核疲劳强度（1）判断危险截面 截面A,，B至受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合说引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按钮转强度较为宽裕确定的，所以截面A,，B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面和V处过盈配合引起的应力集中最严重；从截面的情况来看，截面C上的应力最大。截面V的应力集中的影响和截面的相近，但截面V不受扭矩作用，同时轴径也较大，故不必做强度校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），而且这里轴的直径最大，故截面C也不必校核。截面和显然更不必校核。由第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。（2）截面左侧拉弯截面系数W=0.1d3=0.1123=172.8mm3抗扭 WT=0.2d=0.2123=345.6mm3截面上弯 T3=637 Nmm截面上的弯曲应力 扭轴切应力 轴的材料为45钢，调质处理。截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数因r/d=1.0/12=0.083;D/d=16/12=1.3,查的又由轴的材料的敏感性系数故有效应力集中系数 又因为弯曲尺寸系数；扭转尺寸系数轴按磨削加工，表面质量系数为 轴未经过表面强化处理，即，得综合系数为 碳钢的特性系数 于是，计算安全系数 故可知其安全（3）截面IV右侧抗弯截面系数W 抗扭截面系数 弯矩M及弯曲应力 扭矩扭转切应力为 过盈配合处的，于是得 轴按磨削加工，表面质量系数为 故得综合系数为 所以轴载截面IV右侧的安全系数为 故该轴在截面IV右侧的强度也是足够的。因无打的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。第四章 清扫装置的设置4.1 清扫装置的基本原理 通过电动机的高速旋转，在主机内形成真空，利用由此产生的高速气流，从吸入口吸进垃圾。这时气流的速度高达时速240转，虱子等害虫在进入主机之内，便因高速碰撞吸尘管内壁而死掉。 吸入吸尘器的垃圾，被积蓄在布袋机，被过滤网净化过的空气，则边冷却电动机，边被排出吸尘器。电动机是吸尘器的心脏，其性能的好坏，可直接影响吸尘器的可靠性。另外，吸尘器所使用的电动机，每分钟旋转2万转4万转。而如电扇的电动机，其转速为每分钟约18003600转，由此可知吸尘器电动机转速是多么高。正确表示吸尘器性能的单位，不是输入功率（瓦数、或安培数），而是输出功率（吸入功率）。吸入力取决于所产生的风力和真空力的合力，但这两个因素却具有相反的特性。也就是说，风力大时真空力变弱，真空力强时则风力变小。这两者的合力的最大值，即表示该吸尘器能力的吸入功率，吸入功率用瓦（W）表示。这一定义，是国际标准组织（ISO）规定的表示吸尘器性能的国际标准，在世界范围内得以承认。目前，日本、德国等将其作为表示吸尘器性能的单位而使用这一单位，但在其它地区，则直接将输入功率的大小，误解为表示吸尘器性能的单位。关天排气过滤网. 为了不使吸入吸尘器的微小的灰尘泄漏到外边，吸尘器里装有种种过滤网。例如：松下电器的吸尘器里，至少装有2-3个过滤网，另外，布袋或者纸袋，也起着过滤网的作用。这些过滤网，可防止极为微小的灰尘损伤电动机，同时还可起到防止弄脏室内空气的作用。长期使用吸尘器时，会因过滤网网眼的堵塞而致使吸力下降。为了防止吸力下降，应定期用水清洗过滤网以及布袋，洗后在阴凉处晾干再使用，即可恢复吸力。吸尘器的基本配线高速运转的吸尘器电动机一般使用1000瓦以下的电力，故其所产生的热量与电热取暖炉相当。一般的吸尘器中，均装有电流保险丝和热保护器，故即使出现电动机过热，也可及时监测出温度上升，暂时性切断通往电动机的电流，防患于未然。还装有气流保护器，在吸嘴等阻塞、空气停止流动时动作，打开紧急空气吸入口，利用外部凉气来抑制主机的过热。吸尘器使用时，电机启动后根据气流学原理，在滤尘袋箱内形成低气压区，通过内外气压差的作用，灰尘等杂物依次通过地毯地板刷、长接管、弯管、软管、软管接头进入滤尘袋，灰尘等杂物滞留在滤尘袋内，空气经过滤片净化后，由机体尾部排出，因气体经过电机时被加热，所以吸尘器尾部排出的气体是热的。如果滤尘袋内灰尘满了，而又没有及时清理，吸尘器吸力将明显下降；并且电机在这种情况下运转时得不到充分散热，工作时间长了，将造成电机的损坏；同时，由于吸力减弱，容易在地毯地板刷弯曲处、弯管及软管接头处引发堵塞。因此特别提示！在使用吸尘器时，应经常清理清洁滤尘袋和前后过滤片。 4.2清扫装置的基本结构清扫装置的基本结构按功能分为五个部分: 1、动力部分:吸尘器电机和调速器。调速器分手控、机控。 2、过滤系统:尘袋、前过滤片、后过滤片。按过滤材料不同又分:纸质、布质、SMS、海帕。 3、功能性部分:收放线机构、尘满指示、按钮或滑动开关。 4、保护措施:无尘袋保护、真空度过高保护、抗干扰保护(软启动)、过热保护、防静电保护。 5、附件:手柄和软管、接管、地刷、扁吸、圆刷、沙发吸、挂钩、背带其主要零部件如图3-3所示 图3-34.3 清扫装置的配置 由于是智能型的清扫机器人，他的电力供给系统取决于电池，所以针对这样的工作条件，应该满足如下的要求： 1）最低功率不小于10W 2）正常工作电压为24v 3）要求有空气过滤器 4）能拆装换洗 根据这些要求，我们选择了55ZYT55型号的电动机，它的一些性能参数如表3-2 表3-2型号转矩（mNm）转速（r/min）功率（W）电压（V）电流（A）55ZYT5579.66000 50 24 3.45 空气过滤器的型号为K-C1-P-K-0.8-H,粗效平板可换洗额定风量8000/h防火。第五章 总结与期望5.1 全文总结 清扫机器人融合了计算机、控制学、机构学、信息和传感技术、人工智能等多学科领域的研究结果，目前在服务业、物流业得到了广泛的应用，逐步替代人类去完成一些无法或者不能去从事的工作。机械系统是清扫机器人研究的基础，其涉及到运动学、动力学，是对清扫机器人进一步精确控制的基础;一定设计用途的机器人总是建立在具体机械结构之上，因此清扫机器人的移动性能直接影响到机器人功能表现。5.2 论文创新之处 1）对机器人的移动做出了改进，取消了传统的转向轮的设计，取而代之的是利用单片机对驱动轮的转向及转速来进行控制，以达到利用差速来达到转向的目的。这样做的好处是减轻了机器人转向时对于机械结构的依赖性。使得整体机械零件数量明显的减少，达到优化的目的。 2）在清扫装置上采用的是清扫装置与机器人分离的配置，这样做使得机器人在面对不同的工作环境中搭配不同的清扫系统，达到一机多用的目的。甚至可以选择悬挂其他的设施，如除草、援救、排险等工作。5.3 存在的不足与展望 清扫机器人研究牵涉的学科门类很多，作为工程应用研究，清扫机器人应该能够很好地结合工程实际作业环境，本论文将研究重点集中在移动机器人的移动性能方面，以期望所开发的清扫机器人在运行中有良好表现，因此在设计开发过程中尽量去体现作者在这一方面所认知的想法和思路，但关于清扫机器人移动性能需要研究的方面很多，比如驱动电机和动力学约束就是其中一种，这种约束的影响可以体现在对机器人的控制上，也可以体现在对曲线路径的跟踪方面。尽管这次的设计仅仅是一个本科生的毕业设计，但是我希望在以后的学习工作中，能在进一步的完善我的设计。现代社会是一个以人为本的社会，机器人服务于人类，能够代替人类去从事一些具有危险性、或者重复性很高的工作，随着传感器技术、计算机技术和人工智能学科的日益发展，机器人必将更广发地应用到人类生活中，为人类提供全方位的服务，对机器人研究者来说，这是一个挑战，也是一个契机。谢辞我的毕业设计课程即将随着大学的结业而结课，作为我大学中最后的一门课程，我投入了最大的努力。在毕业设计的过程中，我不仅再一次复习了以前所学的知识，并从中学到了新的内容，更加巩固了我机械方面的基础知识和对汽车构造方面的认识，为我今后的工作和学习提供了极大的帮助。在我毕业设计的进程中，我特别要感谢我的指导老师，他不仅为我提供了详实的参考资料，还给了我很多意见和建议。每周两次的毕设辅导，老师都认认真真为我指出毕设中的问题并告诉我如何修改，同时对于我提出的疑问，老师也是耐心解答，这让我又学到许多东西，做学问就要踏踏实实，一丝不苟，老师认真细致的作风和丰富的经验也给我留下了很深的印象。在这里，我要衷心的感谢学校为我们提供了一个良好的学习环境和许多学习知识的平台，感谢老师们辛勤的付出，感谢同学们热心的关照，感谢大学四年里给于过我帮助的所有人，正是在他们的关照下，我才顺利完成最后的毕业设计和四年的学业。 参考文献【1】 李瑞峰，孙笛声等。移动式作业型智能服务机器人的研制，机器人技术与应用。2003，（1）：27【2】 胡跃明，丁维中，吴忻生，吸尘机器人的研究现状与展望，计算机测量与控制。2002，10（10）：631633【3】 李金山，李林，谭定忠，清洁机器人概述。中国科技信息。2005，5：18【4】 林红，翁桂荣。地面清扫机器人的研究。基础自动化。2000，7（4）：2931【5】 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主动齿轮节圆处的曲率半径 mm 从动齿轮节圆处的曲率半径 mm 扭转切应力 MPa 轴的抗扭截面系数 轴截面的极惯性矩 垂直面内的挠度 mm 水平面内的挠度 mm 转角 rad 抗弯截面系数 垂直面内的支反力 N 水平面内的支反力 N 垂直面内的弯矩 Nm 水平面内的弯矩 Nm第 35 页 共 35 页