智能扫地机

机电方向课程设计说明书

智能扫地机

院（系）

专业

班级

学生

指导老师

2012 年 12月 31日

机电方向课程设计任务书

兹发给班学生设计任务书，内容如下：

1．设计题目：智能扫地机

2．应完成的项目：

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）编写20页左右的详细说明书

3．参考资料以及说明：

4．本设计任务书于2012年11 月30日发出，应于2012年12月21日前完成，然后进行答辩。

指导教师签发2012 年11 月30 日课程设计评语：

课程设计总评成绩：

指导教师签字：

年月日

目录

附件 0

摘要 (1)

第一章绪论 (2)

第二章主题设计 (2)

第三章结论与展望 (6)

参考文献 (7)

参考文献

附件

摘要

随着社会的进步和发展，人们的学习、工作越来越繁忙，于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事物中解脱出来，就成了新一代家电所追求的目标，而智能化正是这一目标的集中体现。本文介绍的智能吸尘器初步实现了无人情况下的自主工作方式。很大程度地提高了产品的自动化水平。

关键词：扫地机器人

第一章绪论

清洁机器人系统的基本结构一般包括四部分，控制系统、移动机构、感知系统、清洁系统。随着计算机技术、人工智能技术、传感器技术、移动机器人技术的飞速发展 为清洁机器人的控制系统的研究和开发打下坚实的理论与技术基础以及美好的未来发展蓝图，感知系统依赖于传感器技术，一般常用的传感器有CCD 摄像机、超声波传感器、红外传感器、接近传感器和碰撞传感器等 感知外部的环境信息，移动机构是清洁机器人的本体，一般的结构有轮式、履带式、步进式或其他方式、轮式和履带式适合移动在平整的地面上、步进式适合与条件较差的路面移动。清扫系统一般有喷水器、地刷和吸尘器、喷水器向地面喷洒清水、地刷用于强力清扫地板上的吸附物、吸尘器吸取地板上较小的物体。近年来快速发展、深刻影响着清洁机器人进步的关键技术有路径规划技术、传感器技术、吸尘技术、控制技术、电源技术。

第二章主题设计

1、选题的背景和意义：

自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向。从理论和技术上讲，自动清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术 具有较强的代表性，从市场前景角度讲，自动清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、办公场所和大众家庭。因此开发自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。

2、总体原理：

主要经过4个接近传感器的感应，在机器和周围墙体靠近的时候，通过plc 对步进电机的控制之下进行合适的转弯。在完成整个房间的打扫之后停下来。

在整个过程中，小车身上的吸尘器和扫地部件会全程对房间打扫。

3、功能实现：

如下图可视：红点为传感器，该小车的前轮是万向轮，可以配合后轮不同转速实现转弯功能，接近传感器可以为扫地机提供转弯需要信号以及障碍物信号。

同时在行走的同时，起尘器和扫地机构也在旋转，洗尘部分也同时在运行，确保垃圾能够清理干净。

整个机器从原理部分可以分为五个部分：传感器部分、驱动部分、控制器部分、洗尘部分。

4、机构设计：

自动扫地机器人车厢采用框架式结构，从上到下一共分为3个空间，第一层是装配各运动的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾储存空间，第三层装配机器控制系统plc、驱动板、电源、开关等等。

驱动部分是由两个四相步进电机以及相应的驱动机构组成的，步进电机带动两驱动轮（后轮）从而推动吸尘器运动，前轮不再采用传统的双轮结构，而采用万向轮。这既减小了结构复杂度，又提高了转弯的灵活性，通过改变作用于步进电机的脉冲信号的频率，可以对步进电机实现较高精度的调速。同时在对两电机分别施加相同或不同脉冲信号时，通过差速方式，可以方便的实现吸尘器前进、左转、右转、后退、调头等功能。这一设计的最大优点是吸尘器能够在任意半径下，以任意速度实现转弯，甚至当两后轮相互反向运动时，实现零转弯半径，即绕轴中点原地施转，同时转弯的速度可通过改变plc的程序来调节。

以下两幅图为扫地机器人的外形设计以及器件分布：

4、电路设计：

如下图所示：右下角为plc和外部电路的连接。其余部分为步进电机的驱动电路。由于步进电机需要脉冲的输入，plc虽然可以输出脉冲，但是需要将脉冲转换为步进电机能识别的信号，必须经过驱动电路的转换，才能让步进电机识别。

步进电机作为执行元件，广泛应用于各种自动化设备中。步进电机和普通电动机不同之处在于它是一种可以将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，工作中传递转矩的同时还可以控制角位移或速度。本研究中采用两台步进电机分别驱动两个驱动轮，通过通电方式的不同使自动清扫机器人的行走机构达到前进、后退、左转、右转的运动姿态。

5、行程的设计：

行程的设计一共有三种走法：

1）、当扫地机放左边墙的时候，车先往前走，当走到最前段的时候，车的一个轮子有脉冲，一个没脉冲，这样实现左转弯，当后信号有的时候，两个轮子以相同的速度同时继续往前走，到尽头的时候再右转弯，一直循环，直到终点

2）、当扫地机放在右边墙时，车也是往前走，走到最前段的时候，和第一种方法差不多，实现右转，然后直走，再左转，一直循环，直到终点。

3）、当扫地机放在不靠墙的时候，扫地机先往前走，等到前信号同了之后再右转，然后等前信号再有再右转。然后执行第一钟走法。

扫地机的初始位置如何安放,基本上也可以依靠这三种路线实现对扫地的完成。不过前提是必须先把家具搬到一旁，把空间腾出来，以免由于不必要的阻挡，致使有些地方清扫不了。同时，若是前、左、右同时有信号则走入死胡同，扫地机先倒退一定距离，然后再进行转弯，继续扫地。把意外排开。

6、转弯方法设计

车体的前轮为万向轮，可以确保后面两个轮子以不同速度运行的时候实现转弯功能。在扫地机检测到前方有障碍物或墙体的时候，在需要左转的时候，左轮不动，右轮以正常速度继续前进，等到后信号开启，左轮和右轮速度相等。

在扫地机检测到前方有障碍物或墙体的时候，在需要右转的时候，右轮不动，左轮以正常速度继续前进，等到后信号开启，左轮和右轮速度相等。

7、电源部分

考虑到考虑到步进电机使用的比较多、电量消耗比较大、清扫地方大、充电速度慢等等的条件，所以选择了plc作为核心。使用交流220v电源，同时由于步进电机使用的是24v电源，所以在扫地机上也安装一个电压转换，将电压转为步进电机能使用的电压。

8、清理部分

在行走的过程中，起尘刷、扫地部分以及洗尘部分一直在工作，其中吸尘功能是由封闭在壳体中的小型吸尘器完成的，包括气泵、吸室、吸道和吸嘴，在吸尘器爬行的过程中，通过底盘上开的吸嘴将扫过的地面上的灰尘吸入吸室。

第三章结论与展望

虽然当前的吸尘器是物美价廉，能给人们枯燥乏味的家庭清洁的琐碎工作提供了诸多方便，可是一些缺点仍旧困扰着人们，比如较大的噪声依然让多数的家庭使用者望而却步。在现有的服务机器人领域里，吸尘机器人可以说是一种新型