智能楼梯清洁机器人

智能楼梯清洁机器人总结报告

一、项目简介

随着生活和科技水平的日益提高，自动清洁机器人已经成为社会关注的焦点之一。本作品是一种楼梯智能的清洁机器人。该机器人采用一种全新的、高效的三叶型轮主驱动外加履带驱动方式，清洁机器人能够自如灵活的完成攀爬楼梯、楼梯清洁、跨越门槛等障碍、以及在楼梯台阶和平地上横向运动、清洁等动作。在机器作业时三叶型履带轮的转动使机器人能够攀爬台阶，履带驱动能调节机器人在台阶上的位置；三个横向驱动轮在升降装置的作用下能够使十字履带轮脱离地面，然后使整车横向运动，进行移动清洁工作。清洁部分采用喷水、清洁盘强力洗刷、吸水胶条汲取污水为一体的装置。此外该机器人采用选用了高性能、低成本、低功耗的STM32单片机作为控制器，并带有光电、超声波等传感器实现智能清扫，并有主要由TFT触摸屏组成的人机交互界面可以通过设定需要清洁的层数后，由机器人自己完成清洁动作。该机器人能进行长时间，大面积清洁工作，减少人力劳动强度。

二、主要工作原理：

整体装置：车体、三叶型履带轮、升降横向行走机构、洗刷装置、传动部分和电控部分等。

1.车体：车体主要用铝材和钢材连结。

2.三叶型履带轮：履带轮由三叶骨架、传动轴、齿轮、履带等构成。该设计主要为了能稳定地攀爬楼梯，及在地面上行走。三叶轮由两个电机单独驱动：整轮可在链条的驱动下，在楼梯上进行翻转运动；外面附着履带可以在内驱动轴驱动齿轮的作用下，沿着三叶骨架表面运动。履带不仅可增大地面摩擦力，还起到在楼梯上进行微小的位置调整得作用。

3.升降横走机构

该机构主要由电动推杆，横向轮及驱动齿轮

构成，可实现在楼梯台阶及地面上横向行走的目

的。

4.洗刷装置

洗刷装置主要由壳体、滚刷（3个），密封橡胶皮，过滤装置及传动装置构成。两滚刷之间会积存一些水，可以湿润滚刷。滚刷在齿轮的驱动下在地面上清洁污渍，并在壳体内被另一毛滚刷清洗表面，被带进壳体内的小碎屑会被过滤网拦截，过滤网可拆卸并清理污物。

5.传动部分

传动部分主要由链条、链轮驱动。三叶轮整体由一个减速器输出的动力驱动；内驱动轴左右各用一个蜗轮蜗杆电机驱动，以实现差速转向。每个洗刷用一个电机驱动。

三、电路控制部分

本机器人采用嵌入式智能控制技术,电控部分搭载在stm32平台上，运用人机交互界面和自动控制原理，实现机器人的基本运行。利用触碰开关，超声波传感器，红外传感器来保证机器人的安全准确操作。

传感器

1、加速度传感器

采用14脚封装形式。ADXL345是ADI公司的三轴数字加速度传感器 ,最大可感知土16g 的加速度,感应精度可达 /LSB,倾角测量典型误差小于1°，传感器采样速度在~3 200 Hz之间可调。通过加速度传感器测得（3叶拿东西的反转角度）。

2. 双超声波传感器

采用双超声波传感器，探测范围2cm-450cm，精度优于2mm的超声波传感器测量机体的偏斜程度，以及在楼梯的上的相对位置，从而判断机器人的运动方式，及平动距离。

如图示1所示，在攀爬楼梯时首先使用超声发射器3、4发射超声波，实施对车体的定位，然后根据反馈调整车体到达工作位置；设置两个传感器的好处是可以检测车体是否发生偏斜；

车体在楼梯上左右移动时，用超声发射器1、2对墙壁进行测距，从而达到横向清扫楼梯的目的；

在楼梯的末端（转弯处的平面）首先使车体到达墙角处，然后放下洗刷，开始工作，利用超声探测器5到达另一墙壁时，向后退一个洗刷的距离后，继续反向工作，如此循环。

四、主要创新点：

1、三叶型驱动轮，实现机器人自动攀爬；外加履带驱动，极大的提高了机器人运动灵活稳定性，并且加工简单，易于实现。

2、采用双滚刷浸润设计，在两滚刷之间形成一条水沟渠，使滚刷表面湿润，且水渠内的水可在壳体与水箱之间循环流动，可以提高清洁速度及质量；

3、横向升降行走结构，有效的避免了清洁死角，能够全面覆盖楼梯的各个角落，并且适用于各种环境。

4、采用高性价比、低功耗的设计电路。

5、拥有智能化的控制系统，能供实现自动清扫。

五、项目研究成果：

1．本项目设计并制作出一台以三叶型驱动轮为特色的楼梯智能清洁机器人，可实现完全自动化清洁楼梯的作业等一系列动作，可以进行楼梯识别、位置定位、清洁表面等简单任务，具有一定的推广与使用价值。我们将设计制作好的一台智能楼梯清洁机器人应用在学校多出

超声发射器1

超声发射器3、4

墙壁

扶手

车体

超声发射器2

超声发射器5

图示1

楼梯场所，由测试得到的各项数据分析显示，我们的作品的实际效果与最初的设计预想相符，具有很好的应用前景。

2.代表燕山大学参加了第二届大学生机械创新设计大赛，荣获一等奖，第五届全国大学生机械创新设计大赛，荣获河北省二等奖和全国二等奖。

六、实物照片