自動智能掃地機器人設(shè)計

1、畢業(yè)披廿（憂文）任務(wù)書機電工程學(xué)院機械電子工程專業(yè)1418 «學(xué)生：fig：自動掃地機器人設(shè)it畢業(yè)按it （掄文）U2011年$月5日起到2018年6月11日課題的意義及培養(yǎng)目標：自動扛地機器人丄是置能家M.1I的二JL能憑倘二定的人工置能-自地版萌1工JL二股采用刷扛方.式-將地血雜一那扛址人自 身的垃圾收級盒，從頁垸.成地頂隨理.KJJ.P.-1.來說丄A完成流比 吸塵的機器人亠也筑二1為掃tL«L器人©J青掃機器的地身為無線機器- 以凰盤塑為見便J逸電電泄運也埋作方貳以遙徑髄或是札蠱上虹 操隹血扳4二股能股癥肚冋預(yù)紐扌I扛，前方有設(shè)置感1 -如強到疑璧或其

2、地履養(yǎng)JL會自丑藏彎上通過怎次瑕址堆應(yīng)學(xué)機械. MA電氣規(guī)識進伉紅鴿艮it此滿足要求的機.電二依北敢自効扛扯機. 器人。按廿（掄文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料：1-扛地機器人tM.乙扛地J麗人肉工隹廈理亠工作JL程3. .10.的買現(xiàn)方貳鐵瀛扛區(qū)域的股S.5. JJ,J.真的-買現(xiàn)方一法.課題的主要任務(wù)（需附有技術(shù)指標分林）：1在充分理麗澱題任務(wù)的基肚上,.JL址自tfi.Mll.人敢盤儺方案丄區(qū) 出掃地機器人的總覽機械-紅構(gòu)一圖也.2很掘總儺方棗對芻亂分就仕設(shè)丸區(qū)出芻噩分的統(tǒng)構(gòu)圖.O.M.P. 3.1.O.能要逑一設(shè)置檢激控刖系翁住理的J1擇元器JLJI粗控制原 理圖一接纜圖亠.4用矗iL編亙

3、讖憊反隨此注控劇臭屁.3.用強eu§址尬IL真碉試丄控制系筑全部功能需黑在貳件上碉誠通JL眾性可l.W.ft.a表現(xiàn)出淸3機器人的佳J1程-L捱亙丄3貞二2JL字里業(yè)毀辻說明血按廿（論文）進度安排及完成的相關(guān)任務(wù)（以教學(xué)周為單位h周次披廿（堆文）任務(wù)及要求第1周製悉、理解畢業(yè)設(shè)iiSBl,査找、借闔各種參考資料第2、3周畢業(yè)'實習(xí)收資，地壩搜集與設(shè)劉課題有關(guān)的索林，整理書寫實習(xí)報告第4-6周掃地機器人的總體結(jié)構(gòu)示恿圖第7-9周各部分的機植給構(gòu)圖第10-11周檢測技制系統(tǒng)設(shè)計，畫出控制原理圖、接裁圖第12-13周編寫技制程序并調(diào)試第14周整理書寫畢業(yè)設(shè)廿說明書第15周笞辯準備及

4、預(yù)答瓣學(xué)生簽名：指導(dǎo)教師:教研室主任：自動掃地機器人設(shè)廿I®著科技和it會的不斷進步和發(fā)展，機器人的應(yīng)用從工業(yè)領(lǐng)域逐步擴展到了其他領(lǐng) Mo尤其是服務(wù)機器人，已經(jīng)滲透了我們的生活、工作和經(jīng)濟各方面，并冃起到了很大 的作用。掃地機器人是目前SKifi人類的機器人，它能服代替人完成家庭地面的清理， 最有可能進人干家II戶成為家庭生活的一部分。它涉及到機械、電子利廿算機等相關(guān)知 識，是將務(wù)動機器人技術(shù)和清潔技術(shù)融為一體，自動甘地機器人技術(shù)的研究與實現(xiàn)旨在 于,通過科技改變?nèi)藗兊目诔Ｉ?。它已?jīng)成為目前家用電器領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的熱門研 發(fā)課題。本文主要介紹了自動掃地機器人的機棟結(jié)構(gòu)設(shè)廿和控斟系統(tǒng)

5、設(shè)廿，整體外形釆 用冏併狀，運動機構(gòu)采用三輪HI構(gòu)，前輪牙向輪后輪釆用兩f電機分別驅(qū)動，清掃機構(gòu) 呆用鵬桿傳動和帶輪配合的傳動方案，腔制部分呆用開關(guān)電路啟動毛刷電機，釆用L298 電機驅(qū)動模決控制驅(qū)動電機,用紅外傳感器和光電傳感器將信號傳給AT89C51單片機完 成了機器人的自動避障和航跌落助能，在相關(guān)機械結(jié)構(gòu)的配合下能夠有效地完成渭甘工 作。關(guān)理詞：掃地機器人，智能化，傳感器，單片機，避障Design of Automatic Sweeping RobotABSTRACTWith the continuous progress and development of technology an

6、d society, the application of robots has expanded from industry to other fields. In particular, service robots have penetrated our lives, work and economic aspects, and have played a great role. The sweeper 可修編.robot is the most close to the human robot, it can replace people to plete the cleaning o

7、f the family ground, most likely to enter thousands of families to bee part of the family life. It involves mechanical, electronic and puter related knowledge. It integrates mobile robot technology and cleaning technology into one. The research and Realization of automatic sweeping robot technology

8、is aimed at changing people's life through technology. It has bee the most challenging research topic in the field of household appliances. This paper mainly introduces the mechanical structure design and control system design of the automatic sweeping robot. The whole shape uses round cake, the

9、 motion mechanism adopts three wheels, and the rear wheel of the front wheel is driven by two motors respectively. The cleaning mechanism adopts the transmission scheme of the worm drive and the belt wheel, and the control part adopts the switch circuit. Starting brush motorjhe drive motor is contro

10、lled by the L298 motor drive module.using infrared sensor and photoelectric sensor to transmit the signal to AT89C51 single chip microputer to plete the automatic obstacle avoidance and fall prevention function of the robot. It can effectively plete the cleaning work under the coordination of the re

11、lated mechanical structure.Keyword:Sweeping robotjntelligentization, Sensor, Singlechip, Dodge obstacles可修編.目錄摘要IABSTRACTI1前言11.1設(shè)it要求21.2課題國外的研究現(xiàn)狀21.2.1課題國外研究現(xiàn)狀21.2.2課題國研究現(xiàn)狀41.3戲廿的目的和意義51.4設(shè)i1的重點難點51.5本章小結(jié)52機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)廿62.1機械結(jié)構(gòu)組成62.2機械結(jié)枸設(shè)計選擇62.2.1機器人外形設(shè)計62.2.2機器人運動機構(gòu)選擇72.2.3渭掃機構(gòu)的設(shè)it 82.3本章小結(jié)錯娛!未定義書簽。

12、3機械部分設(shè)廿廿算措娛!未定義書簽。3.1驅(qū)動電機的選擇錯鍥!未定義書簽。3.2清掃機構(gòu)電機的選擇循娛!未定義書簽。3.3貼輪蜩桿的設(shè)廿廿算鑄蹊!未定義書簽。3.4各個軸的設(shè)計計算錯鍥!未定義書簽。3.4.1鵬桿軸結(jié)溝設(shè)計廿算措娛!未定義書簽。3.4.2鵬桿軸結(jié)梅設(shè)廿廿算錯溟!未定義書簽。3.4.3清掃軸結(jié)溝設(shè)計廿算鑄娛!未定義書簽。3.5軸的強度校核措蹊!未定義書簽。3.6本章小結(jié)錯鍥!未定義書簽。4機器人的腔制系貌設(shè)廿豬娛!未定義書簽。4.1單片機簡介錯娛!未定義書簽。4.2單片機的選擇及I/O 口設(shè)廿錯娛!未定義書簽。4.2.1 AT89C51單片機簡介措娛!未定義書簽。4.2.2 I/

13、O 口定義錯蹊!未定義書簽。4.3控制電路的設(shè)廿箔蹊!未定義書簽。4.3.1 SEK晶振電路設(shè)廿措渓!未定義書簽。4.3.2驅(qū)動輪腔制電路設(shè)廿箔蹊!未定義書簽。4.3.3毛刷電機驅(qū)動控翎電路設(shè)itS$未定義書簽。4.3.4避障腔制電路設(shè)廿簫蹊!未定義書簽。4.3.5骯跌落控制電路設(shè)itSI未定義書簽。4.4本章小結(jié)錯娛!未定義書簽。5系貌程序的設(shè)廿及仿真猜蹊!未定義書簽。5.1 Cg言與匯編培言比較欝娛!未定義書簽。5.2腔制程序設(shè)廿錯娛!未定義書簽。5.2.1避障程序設(shè)廿筠娛!未定義書簽。5.2.1航跌落程序設(shè)廿措娛!未定義書簽。5.3 Proteus模«1仿真錯娛!未定義書簽。5

14、.3.1 Proteus簡介鑄俁!未定義書簽。5.3.2仿真調(diào)試貓娛!未定義書簽。5.4本章小結(jié)錯溟!未定義節(jié)簽。6總結(jié)與展望鑄娛!未定義書簽。6.1總結(jié)錯蹊!未定義書簽。6.2展望錯娛!未定義書簽。致錯娛!未定義書簽。 參考文獻策蹊!未定義書簽。 附錄錯蹊!未定義書簽。01程序仿真1說明書摩寫稿3外垃就 4文舲述 電子母版1. mp42. mp4開鬆報盍doc2018/6/19 1 ;112013/8/23 8:14文氓2018/6/19 1:19文氓2013/6/19 1:202018/6/19 1:20文磁2013/6/19 1:22文停2018/6/12 18:42MP4文件78,22

15、4 Ki2018/6/13 9:48MP4文件74,455 KI2018/6/13 0:31Microsoft Power.30,435 KI2018/3/27 23:58Microsoft Word .712 KI2013/5/2 18:40Microsoft Power.2,494- KIl（Sat%HSA）AO.dwgDWG立件152 KB3 朗）A2dwgDWG文件233 KB5（溟籠軸）A2dwgDWG文件175 KB7 （毛氣*題同A2dwg DWG文件81.1 KB2lem）Al.bak BAK文件 236 KB4）A3.bakBAK文件88.5 KB6（!MiA2.bakBAK

16、文件156 KB8慮亙厲茨§題同A3.bakBAK文件2（清掃機梅底盤lAl.dwg DWG如229 KB4 酒）A3dv,gDWG文件89.2 KB6（毛拍）42dwgDWG文件128 KB8慮迫、防琳題園）A3.dwgDWG文件9曲制流性El）A3clwgDWG文件28.2 KB需要全套資料JU QQ1270699904微信 zxisl 99506281.1設(shè)廿要求自動掃地機器人，它揚于智能家用電器，能夠依靠人工智能，通過設(shè)置就能自動的 在所規(guī)定的區(qū)域完成清甘工作。一股都采用毛刷甘地和吸塵方式，把地面雜物用毛刷聚 集然后吸人機U的垃圾Hi存盒，就能完成地面清掃的功能。一般來說，把

17、能夠完成清掃 員吸塵的機器人，都貌一稱為掃地機器人。甘地Hl器人的Hl身全都是無線機器，整依幾 平都是冏盤塑。使用充電電池用于機體運作，操作方式不僅可以用遙控器，2可以是機 器人上的操作面極。一般都能設(shè)定時間來預(yù)約打甘，自行返回充電。機體前方有傳感器, 可探測障礙物，如感應(yīng)到墻壁或別的障礙物,就會自行轉(zhuǎn)彎。通過本次畢業(yè)設(shè)廿將所學(xué) 機械知識和電氣知識巧妙結(jié)合，設(shè)計岀滿足要求的機電一體化自動掃地機器人。1.2課題國外的研究規(guī)狀自動掃地機器人作為智能楊動機器人對其的研究開始于20世紀，到現(xiàn)在為止迅速 發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，使服務(wù)塑機器人満淅出現(xiàn)在大眾市場,為人們的智能化和科枝化 生活提供了許多便利。掃

18、地機器人已經(jīng)成為了一款必不可缺的智能家居,具有一定化的 人工智能，能夠不依靠人自己地工作，從而解放了人們的雙手,提高了人們的工 作效率。掃地機器人的快速發(fā)展帶動了家庭服務(wù)fit HI器人的快速發(fā)展,機器 人技術(shù)中圖像及1S音識別、傳感器等有關(guān)技術(shù)的發(fā)展。因此設(shè)廿_個合理掃地機器人具 有很大研究意義。通過改造甘地機器人的部分機械結(jié)構(gòu)及怎樣使用合理的控制系筑，將 對掃地機器人的II能改進具有很大的提高。現(xiàn)把自動甘地機器人的國外研究的現(xiàn)狀分橋 如下：1.2.1課題國外研究現(xiàn)狀世界上最先岀現(xiàn)的掃地機器人是由瑞腆的家電巨頭何萊克斯1996年制造的，它被 叫做“三葉蟲”甘地機器人，“三葉蟲”有現(xiàn)在智能掃地

19、機器人的很多元素,只是功能 沒有冊沒齊全。外觀設(shè)計上，它采用EI餅形設(shè)計，塑料外殼，高度只有13cm, 1徑35cm, 它可以站到桌子和床16下等人們難以清掃的獲小空間渭理;在導(dǎo)航上,三葉蟲”掃地機 器人是通過制聲液探酒躲避障礙、定位及規(guī)則胳徑；避障上,第一代“三葉蟲”掃地機 器人助能不昵完善不能很好躲避障礙物，雖然第二代機器人安裝了了紅外傳感器，但是 還是沒有下視探頭，所以只能在水平方向上躲避障礙物，在需要通il在有樓檢盡頭和門 口岀站上儲條作為虛fflttl®止機器人跌落?！叭~蟲”掃地機器人充電后«IUI作近 60min,它分三個檔位進行工作：正常、快速及點清理，當機

20、器人的存塵盒充滿垃圾時 就會發(fā)岀燈光警告。一直到2001年“三葉蟲”清甘機器人才實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，各種性可修編.能也得到了優(yōu)化反應(yīng)速度有所提高,“三葉蟲”的出現(xiàn)1ST人們対掃地的簡念，但是 當時非常柿有，所以“三葉蟲”價格非常昂貴。圖i-i “三葉蟲”掃地機器人師后,iRobot公司設(shè)il制造自動甘地機器人Roomba,不斷的升級優(yōu)ft, Roomba 成為掃地機器人領(lǐng)域的代表產(chǎn)晶。最值得提岀來的是iRobot公司的Roomba780智能掃 地機器人2012年則作為Roomba系列機器人產(chǎn)品的最高級98 S號，以-浦的創(chuàng)意贏 得了評委的一致從可,奪得“紅自設(shè)it榮譽提名獎”(Red dot de

21、sign honorary nomination Award), Hl器人用光學(xué)和聲學(xué)兩個系統(tǒng)來探測垃圾，就像人的昕覺及視覺感官系統(tǒng)清圖1-2 Roomba780自動掃地機器人掃地面各種1細垃圾?？梢晕⌒∮?.3pm的細小¥0粒，能吸除家中最常見的粉塵和雜 質(zhì)粒子等攢小的顆粒。HI體前端裝有軟性肪撞帶，用來肪止機器人在運動過程中對家中 物晶的碰撞，保證墻壁、家具及其它用品不祓碰撞，機體裝有兀個肪跌落感應(yīng)器，通11 傳感器感應(yīng)周圍高度，肪止機It跌落。Roomba系列的甘地機器人早U 2002年開始不Bfi 發(fā)展,經(jīng)丙十幾年的優(yōu)化改進，Roomba系列甘地機器人成為最智能的家用機器人

22、，不 管是第一代還是Roomba500以員目前最智能的Roomba980都具有很好自主能力，可以 穿校于借間中各家具縫隙間，快速完作，據(jù)傳言迪是把用在軍事的“躲避地窗 技術(shù)”用到了 Hl器人上。所以Roomba系列當之無愧是自動掃地機器人領(lǐng)域的代表產(chǎn)品。國0 ttoro fi地機器人，可以說是“甘地機中的戰(zhàn)斗機”，相當特殊，在機體充電械 上配有一個激光投影儀器，激光在房間天花板不同地方投影出不同圖案用作定位。機器 人的正前方有兩個攝像頭用來觀察正前方的悄況，當遇到腎礙物時自動繞過腎礙物進行 清掃。Ottoro股有用常用的毛刷掃和吸取結(jié)合方案,它裝配了-個強力的真空吸塵器。 Roomba780需

23、要30分抑打掃的區(qū)域，Ottoro只要十名分鉀。Ottoro Hl器人的實現(xiàn)在軟件 及碩件上制有很高的要求，所以價18相對非常昂貴，一臺Ottoro的價招一般悄況可以買 10 f Roomba,因此Ottoro還是極少數(shù)人使用。1.2.2 j果題國研究現(xiàn)狀在國一些大學(xué)對掃地機器人進行了許名的研究并冃取得了不少成果，對甘地機器人 一些技術(shù)比如機器人定位、驅(qū)動、胳徑規(guī)劃、機器人感應(yīng)等技術(shù)的研究更深更名，部為 掃地機器人的研究發(fā)展鑒定技術(shù)基礎(chǔ)。工業(yè)大學(xué)目前一直致力于掃地機器人這方面的研究，與中文大學(xué)聯(lián)合，開發(fā)岀了一 種全方自主位移動掃地機器人。大學(xué)T 1999年開始進行智能甘地機器人的研究，經(jīng)il

24、兩年畀力成功設(shè)計國第一個能跟初步自主掃地的機器人。國產(chǎn)服務(wù)機器人方面，小米公司掃地機器人、科沃斯、地貝地貝等產(chǎn)品水平已經(jīng)與 Roomba fl地機器人相近，其產(chǎn)品包含了機器人定位、機器人感應(yīng)、驅(qū)動、路徑規(guī)劃等 關(guān)罐技術(shù)。而還有許名其他國產(chǎn)自動甘地機在技術(shù)較差，是市場低端產(chǎn)品，勉強混進國 低竭產(chǎn)晶市場。一方面，這是因為國的機器人枝術(shù)起步比國外晚很名；另一方面由干大 部分地區(qū)消費水平限制使得自動掃地機在中國的市場接受度還不高?？茮Q斯甘地機器人是賣得比較火的一款產(chǎn)品，科決斯在家庭掃地機器人行業(yè)占領(lǐng)先 地位，因為每5S售三臺掃地機器人就有兩臺是科沃斯的?？莆炙沟貙毷亲畛Ｓ玫膾叩貦C圖1-3科沃斯地寶朵朵

25、器人。它適用于家庭、辦公區(qū)及娛樂場所，以及其它一些人員不便進人的地方。它是一 個集自9ilia和智能一體的地面清掃機器人，整個iilSil程不需人的插手，II有定貞清 掃、自動清甘、沿邊、精掃四種工作形式可選，is庭替代人們的雙手。科沃斯甘地機器 人利用渦輪系貌來提高清掃的動力，u而是機器人打甘房間質(zhì)量有保障，具有肪撞和肪 跌落的助能，及自主充電功能?，F(xiàn)已面市的有5系、6系、7系、以及9系等多種產(chǎn)品。 地寶可以工作在如地極、瓷磚、地磚、姬毛地毯等任河碩地面。1.3設(shè)廿的目的和意義掃地機器人是把楊動機器人相關(guān)技術(shù)和吸塵器技術(shù)結(jié)合起來，是一種自動甘地并吸 塵的工具,機體裝KTfii電Bi系統(tǒng),按照

26、人*1的意愿完成渭掃屏同部分或者全部，代替 傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作以及可以清掃人們不能到這的部分。長期的發(fā)展，工業(yè)機器人 技術(shù)已經(jīng)接近成熟，服務(wù)機器人也受到世界各國的研究人員重視。應(yīng)用最為廣泛的就是 家庭清潔機器人，人類也已經(jīng)血人了機器人時代的大門，所以服務(wù)機器人將融入人們的 生活，像汽車一樣即將成為人們生活吩需品。所以，自動H地機器人開發(fā)和研究不僅有 科研上的挑故，在國Q有廣闊的市場前景。自動甘地機器人比普通吸塵器有點主要在，省力省時以及清潔11程一般不需要人們 的干預(yù)，比蝶音吸塵器小很多，清潔效率高，小15輕便無死舟，總之甘地機器人各方面 都優(yōu)于普通的吸塵器。現(xiàn)在社會發(fā)展迅速，生活節(jié)奏快，

27、人們壓力極來極大，服務(wù)機器 人可以幫助然們減輕壓力，它就是結(jié)合傳感器和HI器人領(lǐng)域的技術(shù)，本次畢業(yè)設(shè)it準備 設(shè)計一部能夠滿足大部分家庭家庭需求而且方便的自動甘地機器人。辻它可以代替家庭 人工清掃，使家庭的生活智能化，辻科技更好地服務(wù)于人們。1.4設(shè)計的重點難點由于掃地機器人It枳不能過大，所以怎么設(shè)廿和裝配好行走機購、H地機構(gòu)、吸塵 機溝員帽存垃圾機溝在1T小型機器人中非常重要，也并不容易。機器人中涓甘機構(gòu)設(shè)廿 是本次設(shè)廿關(guān)罐部分也是畢業(yè)設(shè)廿中的難點。其外形設(shè)廿也要考慮清掃后血何垃圾惆 存、如何處理以及如何布置吸塵裝置也是本次畢業(yè)設(shè)廿中要洋細考慮的問題。避強功能 和肪跌落助能是機器人很重要功

28、能是本次設(shè)計主要設(shè)計的也是一個難點。1.5本章小結(jié)本章主要闡述了我所選課題研究背景、目的及恵義，介鉛了掃地機器人國外的發(fā)展 狀況，明確了本次設(shè)計研究的容，并對本次設(shè)汁難貞進行了總結(jié)，也對文章的結(jié)構(gòu)作簡 要的說明。2機器人的機械結(jié)構(gòu)設(shè)廿2.1機械結(jié)構(gòu)組成自動掃地機器，顧名思義就是自動行走甘地，因此自動甘地機器人的機械部分主要 色括輪子、底盤、外殼、毛刷傳動系統(tǒng)等機器人大休結(jié)溝如圖2-1所示。圖2-1掃地機器人大體組成2.2機植結(jié)構(gòu)設(shè)廿選擇221機器人外形設(shè)it根折甘地機器人的設(shè)計需求，本次設(shè)廿需要設(shè)廿岀掃地機器人的各個機溝。考慮實 用性，通11在啊上以及潸寶京東各大即物查看機器人的外形尺寸，夫部

29、分掃地機器人尺 寸都以冏盤形，因為冏盤形腔制相對簡單，而目不易干房間東西發(fā)生域撞，所以本次設(shè) 計采用冏盤塑結(jié)溝，大名數(shù)機器人直徑在350mm左右，高度一般都在90 100mm,我 考慮到本次設(shè)計不宜11大，機體必須gfi,不至于太大過于茉重，高度不宜過大，從而 使機器人能夠進人一般境進行清掃。所以初定掃地機器人的外形尺寸圓盤直徑 350mm,高100mm,底盤需要和地面有一定的距離便于毛瞬清掃，此距離不宜11夫也 不宜過小,過小毛劃旋轉(zhuǎn)被陽酹，il大可能渭掃不fill底，現(xiàn)定底盤與地面10mm, g it 輪子大小il程中，輪子直徑不能大于100mm （ Hl器人高度）。2.2.2機器人運動機

30、構(gòu)選擇智能運動的機溝主要有以下幾種：車輪式、履帶式、觀足式這三種務(wù)動機構(gòu)最為常 用，還有不常用的比如：步進式、蠕動式、混合式、蛇形武只適用于特殊的場合這里不 一一介給。車輪式：車輪式主要可ttlT®在相對平坦，不太夏雜壞境地面上，車輪武比較平穩(wěn), 它按照輪子的數(shù)量可分為：單、雙輪、三輪、E1輪。履帶式：履帶式HI構(gòu)其實就是輪式結(jié)構(gòu)的延伸，履帶改善了輪子在一些壞境不能運 作的悄況，履帶的作用就相當于一直在給輪子進它適合在沒有加工的自然路面 行走，滾動皿力較小，曜帶式適合在松軟的泥沙場地仃走，而II履帶式不容易打滑，爬 玻和越11溝18等都比輪式方便，但是重量大，慣性大誠震效果不隹，零件易損壞等缺點, 目前廣泛運用于大型操作機上。浪足式：機動性好，可以說是一種仿生技術(shù)，他有很好的適應(yīng)能力應(yīng)對各種