自動(dòng)貼壁紙的小型機(jī)器人

孟冠

（臨沂第四中學(xué)，山東 臨沂276000）

1 緒論

1.1 設(shè)計(jì)背景

隨著科技的迅速發(fā)展,人們的生活水平日益提高,可以說現(xiàn)代技術(shù)已無時(shí)無刻不在改變著我們的日常生活。小到平日的衣食住行大到機(jī)械工程科學(xué)技術(shù)正在朝著給人們的生活帶來無限便利從而解放人們的雙手的方向發(fā)展。自動(dòng)貼壁紙機(jī)正是由此理念的啟發(fā)設(shè)計(jì)而出。人工貼壁紙是一個(gè)繁瑣重復(fù)同時(shí)具有很高危險(xiǎn)性的工作,自動(dòng)貼壁紙機(jī)的產(chǎn)生,不僅提高了貼壁紙的工作效率,同時(shí)避免了工作的危險(xiǎn)性。

1.2 設(shè)計(jì)方案

1.2.1 方案論證

自動(dòng)貼壁紙機(jī)主要由動(dòng)力系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)貼壁紙及自動(dòng)卷壁紙五個(gè)部分組成。

動(dòng)力系統(tǒng)即在L298N 的控制下實(shí)現(xiàn)整個(gè)壁紙機(jī)的正常工作。

升降系統(tǒng)主要由電機(jī)、光軸、定滑輪、皮帶等部件得的協(xié)調(diào)運(yùn)作下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)貼壁紙機(jī)正常的升降, 即升降系統(tǒng)是自動(dòng)貼壁紙機(jī)能夠正常工作的一大重要基礎(chǔ)系統(tǒng)。

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)其主要功能為實(shí)現(xiàn)壁紙機(jī)在一次工作后,按照預(yù)設(shè)軌跡橫向運(yùn)動(dòng)以到達(dá)新的工作位置開始下一次的重復(fù)性工作。

自動(dòng)貼壁紙部分隨著升降系統(tǒng)的工作滾軸運(yùn)作,壁紙成功貼于墻壁之上,并在軟性掛刷的作用下與墻壁實(shí)現(xiàn)貼合。接近墻頂時(shí),舵機(jī)工作以實(shí)現(xiàn)壁紙能夠全部覆蓋于墻面,刀片在墻頂處將壁紙切斷,自動(dòng)貼壁紙機(jī)一次工作結(jié)束。

自動(dòng)卷壁紙部分即將貼壁紙后余留的貼紙回收,便于貼紙回收。

1.2.2 最終方案

本作品應(yīng)用的是開發(fā)板STM32F103ZET6,L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)并結(jié)合升降系統(tǒng),降壓模塊等各個(gè)部分的相協(xié)調(diào)完成工作

1.3 設(shè)計(jì)目的

隨著科技的不斷發(fā)展,各個(gè)行業(yè)迫切需要性能好、使用方便的機(jī)械智能產(chǎn)品來提高工作效率。就目前言, 越來越多的人們?cè)谘b修新家時(shí)選擇用壁紙代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粉刷墻面, 不僅美觀并且相對(duì)便于更換。但是壁紙的黏貼卻要耗費(fèi)大量的時(shí)間精力,由此我們而設(shè)計(jì)了這款自動(dòng)貼壁紙機(jī), 在其幫助下輕而易舉便能將墻面煥然一新。提高了效率,保證了作業(yè)時(shí)的安全。

1.4 創(chuàng)新性

自動(dòng)貼壁紙機(jī)的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

第一個(gè)便是其功能的創(chuàng)新性。目前市場(chǎng)上的壁紙大多都是由人工黏貼與墻上, 而自動(dòng)貼壁紙機(jī)通過智能及機(jī)械等技術(shù)的配合,實(shí)現(xiàn)了解放人們雙手,自動(dòng)貼壁紙的功能。

第二個(gè)便是理念的創(chuàng)新性。生活在快節(jié)奏的今天,人們對(duì)人工智能方面的追求越來越高,智能也在各個(gè)方面得到應(yīng)用,市場(chǎng)上有自動(dòng)擦地機(jī)器人、有自動(dòng)刷墻機(jī)器人但是在貼壁紙方面卻基本上還是空白, 自動(dòng)貼壁紙機(jī)實(shí)現(xiàn)了利用機(jī)械智能來實(shí)現(xiàn)貼壁紙的功能。

1.5 市場(chǎng)應(yīng)用性

自動(dòng)貼壁紙機(jī)顧名思義其在市場(chǎng)上最大的應(yīng)用便是自動(dòng)貼壁紙,彌補(bǔ)了市場(chǎng)上在智能貼壁紙方面的空白,具有較大的市場(chǎng)空間。

另一個(gè)方面, 自動(dòng)貼壁紙機(jī)其他技術(shù)可應(yīng)用于其他的新型機(jī)械,例如可改良刷墻機(jī)使工作效率更加高。

2 作品設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

由L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流電機(jī)致使整個(gè)結(jié)構(gòu)能夠正常工作。基于STM32 開發(fā)板并結(jié)合與舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及直流電機(jī)等部分相配合共同完成整個(gè)活動(dòng)。

2.2 模塊介紹

2.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

采用L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)一般采用H 橋式驅(qū)動(dòng)電路,L298N 內(nèi)部集成了H 橋式驅(qū)動(dòng)電路,從而可以采用L298N電路來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過單片機(jī)給予L298N 電路PWM信號(hào)來控制小車的速度,啟停。

2.2.2 STM32

STM32 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM CortexR-M0,M0+,M3, M4 和M7 內(nèi)核。在STM32F105 和STM32F107 互連型系列微控制器之前,意法半導(dǎo)體已經(jīng)推出STM32 基本型系列、增強(qiáng)型系列、USB 基本型系列、互補(bǔ)型系列；新系列產(chǎn)品沿用增強(qiáng)型系列的72MHz 處理頻率。內(nèi)存包括64KB 到256KB 閃存和20KB 到64KB 嵌入式SRAM。新系列采用LQFP64、LQFP100 和LFBGA100 三種封裝,不同的封裝保持引腳排列一致性,結(jié)合STM32 平臺(tái)的設(shè)計(jì)理念,開發(fā)人員通過選擇產(chǎn)品可重新優(yōu)化功能、存儲(chǔ)器、性能和引腳數(shù)量,以最小的硬件變化來滿足個(gè)性化的應(yīng)用需求。

圖1

2.2.3 舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

舵機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是一種位置(角度)伺服的驅(qū)動(dòng)器,適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。舵機(jī)主要是由外殼、電路板、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、減速器與位置檢測(cè)元件所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī),經(jīng)由電路板上的IC 驅(qū)動(dòng)無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動(dòng),透過減速齒輪將動(dòng)舵機(jī)將動(dòng)力傳至擺臂,同時(shí)由位置檢測(cè)器送回訊號(hào),判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。位置檢測(cè)器其實(shí)就是可變電阻,當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電阻值也會(huì)隨之改變,藉由檢測(cè)電阻值便可知轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。