清潔機器人的機械設計

王宇欣 岑強

摘 要：本課題研究的主要目的就是開發出來結構類型緊湊，使用靈活方便、控制起來較為容易、不同功能之間的切換較為容易實現、更重要的是他能夠完成自動移動、規避障礙物、合理規劃路徑等，另外此機器人的設計主要有控制系統和機械運動兩大系統。對機械性能有一定的要求，外殼一定要有高強度的柔性，底盤應該有一定的穩定性，需要對其配備兩個驅動輪和一個從動輪用來實現移動功能。最后就是吸塵器吸入點口徑的大小、電池能量系統、整個動力控制系統、清潔刷的清潔系統等。

關鍵詞：機械結構;工作原理;總體設計

一、機械結構組成

其由接著來要討論的三部分構成：

（1）行走驅動輪及驅動電機。有了這兩種結構的支持，使得機器人能夠靈活自如的在工作區域內進行移動。為了防止用于碰撞檢測的傳感器的脫落，所以在機體的底部安裝了三個紅外開關。另外為了實現對輪速的檢測和監控，在驅動輪上安裝有可以實現路徑規劃和定位的光電編碼器。另外精確定位功能也可以在超聲波傳感器上實現。

（2）清掃機構。此機構主要依賴于兩個清潔刷，動力來源為電機驅動。有兩種方向的運動，一個是清潔刷向右側進行逆時針旋轉，與此對應的是反方向的進行逆時針向左側進行旋轉運動。這種結構的設計初衷就是為了使吸塵器機器人清理的灰塵進行集中處理。

（3）吸塵機構。由強大的電機系統提供動力以得到強大的吸塵能力?；覊m全部吹進存儲盒予以排出。

這種機器人主要有三種不同類型，他們主要以輪子數量進行區別，分別為3、4、6個輪子。三輪機構是應用最為廣泛的一種，它的結構較為簡單，使用起來也是相當的方便。四輪結構是三種里最為復雜的，但是其承重能力比較強。六輪機構較四輪有更強的穩定性。本課題的設計中使用三輪機構就能滿足要求。

通過上文的陳述，我們可以精準的對步進電機進行速度上的控制，這建立在多種頻率脈沖信號從步進電機上發射出來的前提下。同時，如果兩個電機上得到了不同的脈沖信號時，吸塵器的六自由度的功能實現主要依賴于兩個驅動輪的驅動電機之間的差動。也就是位于兩個驅動輪上的驅動電機同時以不同轉速實現此差動功能的。這種方法相對來說比較容易精準的控制機器人的移動方向和狀態。

二、工作原理

多個不同功能之間的配合是一個智能機器人應該具有的最基本特點。不同模塊之間的工作原理就是：CPU作為智能機器人的核心，主要對各個不同模塊起到協調支配的作用。信息采集模塊，他的存在就是將機器人運動過程中遇到的障礙物信息、路徑信息，通過位置傳感器和光傳感器、超聲波傳感器等傳遞的信息進行收集整理。最后由信息采集模塊將匯總好的信息一塊發送給CPU進行計算分析。CPU通過運算會將計算結果再傳遞給執行機構讓機器人按照對應的指令進行工作。有時候機器人正常工作的過程中，各個不同模塊之間的工作狀態會在LED顯示模塊上予以實時顯示。機器人工作的流程如下：

（1）首先機器人是否需要開始工作，我們可以通過遙控器或者是電腦鍵盤對其予以控制操作。

（2）當機器人開始工作，控制清掃機構進行清潔、吸塵機構開始抽塵。

（3）機器人正常工作狀態開啟時，傳感器模塊會將從周圍獲取的信息進行收集整理并最終發送至CPU處供其進行分析計算決定機器人接下來要走的路徑。

（4）由強大的電機系統提供動力以得到強大的吸塵能力?；覊m全部吹進存儲盒予以排出。

在各種類型傳感器的配合下，機器人會將其各種信息進行收集整理最終分析出機器人所處的工作環境和路徑狀態。周圍環境主要就是障礙物的大小、形狀、位置等一些基本信息。最后將這些信息反饋給主機并進行分析給出一個合理的路徑線路圖，使得機器人能夠避免與障礙物撞到。進行接下來的正常工作。

三、清潔機器人總體設計

3.1機器人外形設計

機器人之所以被設計成有限的體積在直徑為400和高度100的圓中，可以留出放電池，控制中心和觀察中心的地方，可是如果選用它，就必將會占用大量的空間，所以其他一些單元將放置不下，這就超過了設計的大小，所以就否定了這種方案，機器人的外形最終設計為圓盤形狀

3.2機器人的行走機構設計

如果想實現智能清潔機器人的轉彎半徑為零，智能機器人正常工作時對其移動機構中就需要選用兩輪獨立驅動的方式，并且二者成對稱位置布置在兩個驅動輪位置。機器人在運動過程中轉動時會對電機前進裝置進行控制以實現兩個電機分別以不同轉速的方式運作。這樣對于機器人的清潔效果能起到很好的作用。差速運動如果能夠實現轉彎半徑為零，這樣的話車輪的運動方向也能得到控制。

3.3 清掃機構的設計

斜齒輪1由電機進行直接控制、再對斜齒輪2進行控制操作、最后斜齒輪3在齒輪2的帶動下實現軸和滾刷的連接從而間接實現清潔功能;錐齒輪1通過電機進行動力傳動，再進一步將動力傳遞給錐齒輪2，進一步使錐齒輪2的軸與滾刷進行連接達到清潔的功能;蝸桿在電機的驅動下，兩端與渦輪機相連接，渦輪機軸與刷子進行連接從而實現對臟污地面的清潔功能;蝸桿在電機的驅動下與渦輪進行連接，然后再與皮帶輪和其軸與刷子相連接實現清潔功能操作。

3.4吸塵機構設計

對智能機器人吸塵機構進行設計時，需要注意的是風扇應該位于垃圾儲存盒的上方位置，另外在風扇的上蓋位置應該留一個薄壁腔并且在其上邊開一圓孔，這樣做的目的主要是為了將內部空氣排除干凈。另外在儲存盒的上方應該加上一個防塵的裝置，此裝置旁邊還需留兩個方形孔，儲存盒位置有小風扇，小風扇運動起來可以帶動周圍的空氣這樣就形成了一個壓力差。清潔空氣可以通過這樣一個壓力差排除儲存盒，外界的灰塵就被壓了進來，從而達到吸塵目的。

參考文獻

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