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1、,自動清掃機器人的設(shè)計,答辯學(xué)生：,研究內(nèi)容,1.,自動清掃機器人的工作原理和流程；,2.,自動清掃機器人的整機方案；,3.,自動清掃機器人的機械系統(tǒng)設(shè)計；,4.,自動清掃機器人的控制系統(tǒng)設(shè)計；,工作原理,驅(qū)動工作原理：電機帶動動力輪運動，實現(xiàn)機器人的移動。,清掃工作原理：機器人側(cè)前方旋轉(zhuǎn)的邊刷將垃圾清理至滾動主刷的工作范圍內(nèi)，主刷高速旋轉(zhuǎn)，帶動空氣高速運動，進而將垃圾掃入垃圾箱內(nèi)部。,工作原理,工作流程,第一點,通過鍵盤或者遙控器啟動機器人，開始清掃工作；,第二點,機器人工作時，清掃系統(tǒng)開始清掃工作，吸塵系統(tǒng)開始吸掃；,第三點,控制系統(tǒng)傳感模塊采集外部信息，處理器分析和決策行走路線，行走方向

2、控制動力輪差速調(diào)節(jié)。,整機方案設(shè)計,整機設(shè)計,1.,整機采用成本低廉且經(jīng)久耐用的塑料作為材料，并進行噴漆噴塑處理；,2.,為了避免與障礙物產(chǎn)生棱角碰撞，機器人外形設(shè)計則考慮為圓盤形。,整機方案設(shè)計,機器人：機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)三大部分。,機械系統(tǒng),清掃系統(tǒng),電機的軸上有錐齒輪和清掃刷，電機軸轉(zhuǎn)動，清掃刷和錐齒輪轉(zhuǎn)動，滾刷的錐齒輪帶動另一個錐齒輪轉(zhuǎn)動，帶動吸塵毛刷轉(zhuǎn)動,機械系統(tǒng),清掃系統(tǒng),1.,電機帶動斜齒輪,1,，斜齒輪,1,帶動斜齒輪,2,，斜齒輪,2,帶動斜齒輪,3,，斜齒輪,3,上的軸連接滾刷，實現(xiàn)垃圾清掃。,2.,電機帶動錐齒輪,1,，錐齒輪,1,帶動錐齒輪,2,，錐齒輪,2,

3、上的軸連接滾刷，實現(xiàn)垃圾清掃。,機械系統(tǒng),清掃系統(tǒng),3.,電機帶動蝸桿，蝸桿兩端連接渦輪，兩個渦輪的軸上分別連接刷子，從而實現(xiàn)清掃。,機械系統(tǒng),清掃系統(tǒng)電機,選用永磁直流無刷電機，特點：功率大,;,效率高,;,體積?。挥勉~量少等特點。適用于小型機器人，電動摩托車等。,機械系統(tǒng),吸塵系統(tǒng),滾刷的旋轉(zhuǎn)帶動垃圾儲藏室內(nèi)的空氣流動，又通過儲藏室內(nèi)的管腔將刷子清掃引起的塵土吸附進來，帶塵土的空氣通過防塵罩將塵土擋到垃圾儲物室內(nèi)，較干凈的空氣則通過吸塵室上壁腔的圓孔排帶大氣中去，從而實現(xiàn)吸塵的目的。,機械系統(tǒng),吸塵系統(tǒng),吸塵系統(tǒng)的設(shè)計中將風(fēng)扇固定在垃圾儲藏室上壁，在風(fēng)扇上罩一個薄壁腔。在薄壁腔上方開一個圓

4、孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲藏室上壁開兩個小長方孔，在方孔下加上一個隔塵罩。,機械系統(tǒng),移動系統(tǒng),清潔機器人，三點確定一個平面，三輪結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，重心低，載荷穩(wěn)定且中心位置不發(fā)生變化。,機器人的行走機構(gòu)采用兩輪驅(qū)動，對稱分布在清掃機構(gòu)的后方。,兩個輪子和刷子支撐機體，既節(jié)省材料，又可以使刷子和地面全面的接觸，從而清掃。在機器人轉(zhuǎn)彎時，通過控制行走機構(gòu)的兩個電機的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進而控制兩個輪子，通過輪子的前后差速運動實現(xiàn)機體的轉(zhuǎn)彎半徑為,0,。,機械系統(tǒng),移動系統(tǒng),三輪結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向裝置通常有兩種：,（,1,）,鉸軸轉(zhuǎn)向式,：轉(zhuǎn)向輪裝在轉(zhuǎn)向鉸軸上，轉(zhuǎn)自電機通過減速器和機械連桿機構(gòu)控制鉸軸從而控制轉(zhuǎn)向輪

5、的轉(zhuǎn)向。,（,2,）,同步轉(zhuǎn)向式,：在機器人的左右輪上分別裝有兩個驅(qū)動電機，控制左右輪的速度比實現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向。,清掃機器人在控制方式上所以采用差動輪轉(zhuǎn)向式合理，運動轉(zhuǎn)向的精度高，該清掃機器人采用三輪同步轉(zhuǎn)向式結(jié)構(gòu),。,機械系統(tǒng),GM27320,1.,微型直流減速電機，低轉(zhuǎn)速，大扭力。,2.符合歐盟環(huán)保節(jié)能功耗要求，最小電流可至100mA,3.軍品設(shè)計要求，超低靜音，最低噪音可至40dB,控制系統(tǒng),傳感器分布,紅外傳感器在使用過程中容易受障礙物表面特性影響，表面顏色深的障礙物，檢測距離會縮短，單個超聲波覆蓋范圍有限，存在較大的盲區(qū)。故周圍布置多個紅外和超聲波傳感器來避障。,但由于傳感器的本身特性

6、，為避免因傳感器盲區(qū)而引起的碰掛問題，在機器人正前方另安裝一碰掛擋板和限位開關(guān)。當(dāng)發(fā)生碰撞時，碰撞擋板在撞擊力作用下向機器人車體方向移動，進而觸發(fā)限位開關(guān)動作，機器人接收到限位開關(guān)信號便停止運動。,控制系統(tǒng),總體流程圖,(1),啟動清掃機電源，使各模塊持續(xù)供電。,(2),啟動各電路模塊，啟動液晶顯示系統(tǒng)，以便顯示清掃機行進速度及運行時間。,(3),當(dāng)接收到前進指令時，啟動驅(qū)動系統(tǒng)。,(4),當(dāng)遇到障礙時啟動清掃系統(tǒng)及避障系統(tǒng)，此過程是整個清掃系統(tǒng)的關(guān)鍵，此過程包括清掃命令接收判斷及是否遇到障礙物判斷。,控制系統(tǒng),驅(qū)動流程圖,1.,設(shè)置寄存器、配置,GPIO,、定時器、,A/D,轉(zhuǎn)換器和外部中斷

7、、啟動,A/D,轉(zhuǎn)換。,2.,檢測,GPIO,有沒有啟動信號,檢測到啟動信號后,從另一個,GPIO,發(fā)出控制信號給直流電機加電。,3.,讀取電流信號數(shù)據(jù),求平均值得到電機的電流值，對輸出數(shù)據(jù)進行,FFT,變換,求出基波的頻率，再根據(jù)電機的具體型號乘以一個系數(shù)得到電機的轉(zhuǎn)速。,4.,把測試電流和轉(zhuǎn)速送給液晶顯示系統(tǒng)顯示清掃機行進速度。,5.,啟動總線傳輸，把測試結(jié)果傳輸?shù)絾纹瑱C,以對數(shù)據(jù)進行保存和分析。,控制系統(tǒng),清掃流程圖,(1),紅外發(fā)光管發(fā)射紅外光，光波在遇到障礙物后反射，被紅外接收管接收，產(chǎn)生對應(yīng)電流，放大后輸出模擬電壓，轉(zhuǎn)換后輸入單片機。,(2),接觸傳感器，判斷其是否是清掃。若可清掃則單片機向清掃電機發(fā)出清掃指令，執(zhí)行清掃命令，若不可清掃，判斷其為墻角類障礙，此時累加器累加判斷為墻角的次數(shù)。,(3),判斷墻角累加次數(shù)的奇偶，若為奇數(shù)則通過控制電機調(diào)速模塊來控制左右輪速度，控制清掃機行進方向，使其左后轉(zhuǎn)行進。若判斷為偶數(shù)，則使其右后轉(zhuǎn)行進。,鉛酸電池,特點：,鉛酸電池是一種比較好的機器人能源，電壓高、壽命長、可高比率放電、價格低、結(jié)構(gòu)簡單可靠、工藝成熟，可降低制造家庭清潔機器人的總成本，因而本次設(shè)計選用兩組鉛酸電池作為機器人的能量來源。,鉛酸電池,敬請各位老師批評指正,TAHNK YOU FOR WATCHING,