智能瓷磚美縫機(jī)器人的設(shè)計

王洋 李闖 黃群峰

摘要：本文設(shè)計并制作了一款智能瓷磚美縫機(jī)。針對家庭裝修中涉及到的瓷磚美縫場景，擬設(shè)計智能化的瓷磚美縫機(jī)器人代替人工實(shí)施美縫工作。該機(jī)器人采用模塊化設(shè)計，分為循跡行駛底盤和車載打膠機(jī)兩個獨(dú)立的模塊。在對地磚美縫時，除了人為添加美縫劑外，其余的均可由美縫機(jī)器人獨(dú)立完成。

關(guān)鍵詞：瓷磚美縫;單片機(jī);麥克納姆輪

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0003-02

0 概述

家庭裝修中，為避免瓷磚縫隙堆積塵土滋生細(xì)菌，人們通常會選擇對瓷磚進(jìn)行美縫處理。目前瓷磚美縫的施工過程大多依靠手工操作，工作程序繁瑣、工作量大、成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定。

針對上述情況，擬設(shè)計一款瓷磚美縫機(jī)器人，該設(shè)備具有瓷磚縫隙的循跡行駛功能，依靠載有的電動打膠機(jī)實(shí)現(xiàn)自動打膠注劑，并且完成后續(xù)的壓縫工序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動美縫，完全可以勝任家庭裝修中地面瓷磚美縫任務(wù)。

如圖1所示，該系統(tǒng)由6部分組成。分別是數(shù)碼管顯示模塊、按鍵輸入模塊、攝像頭信息采集模塊、打膠吸塵開槽模塊和底盤電機(jī)驅(qū)動模塊。分模塊制作調(diào)試，最后組裝，進(jìn)行最終調(diào)試[1]。

1 攝像頭信息采集模塊

攝像頭信息采集模塊采用星瞳科技研發(fā)的Openmv攝像頭模塊，這是一款低價可擴(kuò)展，支持python的機(jī)器視覺模塊。模塊利用攝像頭采集磚縫圖像，將磚縫擬合成直線，計算出系統(tǒng)行駛路徑與擬合的磚縫直線之間的斜率，從而調(diào)整系統(tǒng)的行駛姿態(tài)。模塊還可通過斜率判斷兩直線是否垂直從而檢測磚縫是否為十字，即磚縫相交，并傳回主控芯片，幫助主控芯片分析規(guī)劃行駛路徑[2]。

2 打膠開槽吸塵模塊

該部分主要由三個電機(jī)組成，分別控制開槽、打膠和吸塵。前端設(shè)置有小滾輪狀微調(diào)開關(guān)，使其貼合磚縫，當(dāng)磚縫與小滾輪未貼合時，反饋給系統(tǒng)，幫助其更精準(zhǔn)檢測磚縫位置[3]。隨后由步進(jìn)電機(jī)控制開槽，轉(zhuǎn)向或者軌跡偏離時，收縮開槽片，以防開槽時，對瓷磚有所損壞。開槽后，所產(chǎn)生的垃圾與灰塵，由吸塵器迅速清理干凈，以防影響瓷磚美縫質(zhì)量。再由電動膠槍打膠，保證美縫質(zhì)量均勻美觀。系統(tǒng)的整體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 底盤電機(jī)模塊

底盤由四個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行移動，由于需要精準(zhǔn)控制轉(zhuǎn)向、位置與角度，輪子采用瑞典麥克納姆公司的專利麥克納姆輪，并搭配上電機(jī)編碼器，以獲取電機(jī)的精確轉(zhuǎn)速。主控芯片結(jié)合電機(jī)編碼器的反饋信號，調(diào)節(jié)輸出的PWM信號，來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。由于該輪的特殊結(jié)構(gòu)，使整個系統(tǒng)具備全方位移動的特點(diǎn)，保證了打膠的精準(zhǔn)度，對于某些特殊場景，該款機(jī)器亦可勝任。

4 結(jié)語

從實(shí)用角度出發(fā)，介紹了新款瓷磚美縫機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)與功能實(shí)現(xiàn)。該機(jī)器結(jié)構(gòu)清晰，思路明了，功能全面，對實(shí)際美縫作業(yè)技術(shù)具有一定改良作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 林秀君，林怡青，謝宋良，等.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計——基于Solidworks的實(shí)現(xiàn)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019.

[2] 孫全勝.基于STM32單片機(jī)的麥克納姆輪小車設(shè)計[J].現(xiàn)代信息科技技，2019，3（22）：174-178.

[3] 黃勤.單片機(jī)原理及應(yīng)用——嵌入式技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.