垃圾清理機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、垃圾清理機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)褚超王彤【關(guān)鍵詞】清掃機(jī)器人;傳動(dòng)結(jié)構(gòu);清掃機(jī)構(gòu);收集裝置1總體方案設(shè)計(jì)1.1機(jī)器人總體布局本文設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人采取的方案是：采用電機(jī)帶動(dòng)帶輪，由帶輪帶 動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪行走;清掃機(jī)構(gòu)主要由兩部分構(gòu)成，在機(jī)器兩側(cè)放置毛刷，起輔 助清掃的作用，在機(jī)器底盤(pán)放置滾刷，該滾刷由滾刷電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，起主 要清掃作用，在風(fēng)機(jī)的作用下將灰塵、紙屑等物品吸入收集箱中，完成垃 圾的清掃。其具體方案布局如圖1所示。1.2機(jī)器人工作原理本文所設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人的工作原理為：動(dòng)力及傳動(dòng)裝置：該機(jī)器人的動(dòng)力裝置采用直流電機(jī)，電機(jī)輸出軸與 帶輪相連，通過(guò)帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳給驅(qū)動(dòng)輪，帶動(dòng)機(jī)器人行走;同時(shí)電動(dòng)機(jī) 帶動(dòng)清潔

2、刷旋轉(zhuǎn)，通過(guò)清掃刷自身的轉(zhuǎn)動(dòng)以及風(fēng)機(jī)的吸力來(lái)收集垃圾，并 將垃圾收入垃圾箱，完成清掃任務(wù)。掃地機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)部分：行走部分為三輪結(jié)構(gòu)，圖1中8、9為 驅(qū)動(dòng)輪，控制機(jī)器人的行走方向，由兩個(gè)單獨(dú)的電機(jī)（圖1中10、11） 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；圖1中1為從動(dòng)輪，配合前輪運(yùn)動(dòng)。掃地機(jī)器人的清掃機(jī)構(gòu)部分：該結(jié)構(gòu)的清掃機(jī)構(gòu)由三部分組成，起主 要清掃作用的為結(jié)構(gòu)7,由滾刷電機(jī)6帶動(dòng)旋轉(zhuǎn);起輔助清掃作用的為結(jié) 構(gòu)4和5，在2、3毛刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);起 垃圾收集作用的為結(jié)構(gòu)12，在風(fēng)機(jī)13作用下，將垃圾吸入垃圾收集箱中， 完成垃圾收集。2運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目前運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇中常用的三種機(jī)構(gòu)為：車(chē)輪式、

3、履帶式、腿足式。車(chē)輪式：顧名思義車(chē)輪式是采用車(chē)輪樣的運(yùn)動(dòng)方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn) 是可以行走在相對(duì)平穩(wěn)，環(huán)境不太復(fù)雜的地面，車(chē)輪式本身比較平穩(wěn)，且 成本較低。履帶式：履帶式主要模擬的是坦克履帶的運(yùn)動(dòng)方式，這種方式可以行 走在環(huán)境較復(fù)雜的地面，適應(yīng)性較強(qiáng)，不宜打滑適合在柔軟地面上行走， 滾動(dòng)阻力較小，適合在自然路面上行走，能夠相對(duì)容易的爬過(guò)障礙。但履 帶式本身重量較大慣性大，而且減震效果差，本身零件比較容易損壞，主 要應(yīng)用于大型機(jī)器上。腿足式：腿足式是一種近些年興起的仿生技術(shù)，通過(guò)對(duì)某些動(dòng)物腿足 的觀察設(shè)計(jì)出的一種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種方式本身靈活性高，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)能 夠很好的行走在各種復(fù)雜環(huán)境中，運(yùn)動(dòng)相當(dāng)

4、平穩(wěn)，對(duì)比車(chē)輪式和履帶式其 自身有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但是制造復(fù)雜，且本身成本很高。對(duì)上面三種方式進(jìn)行比較，由于使用的環(huán)境在小區(qū)內(nèi)，地面較平穩(wěn)， 且要求成本較低，因此采用車(chē)輪式的方式，能夠滿足使用要求。車(chē)輪式根 據(jù)輪子數(shù)量多少進(jìn)行分類，由于設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，因此采用三輪式的 車(chē)輪機(jī)構(gòu)。掃地機(jī)器人的工作過(guò)程就是在區(qū)域的不斷移動(dòng)清掃，采用往返不斷的 清掃模式，通過(guò)輪子不停的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)器行走，所以掃地機(jī)器人的輪子需 要很高的靈活度才能完成復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。行走分析：采用電機(jī)帶動(dòng)帶輪驅(qū)動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，帶動(dòng)掃地機(jī)器人 進(jìn)行行走。轉(zhuǎn)向分析：由于掃地機(jī)器人體積較小，汽車(chē)的轉(zhuǎn)向方式不適用，用兩 個(gè)電機(jī)分別帶動(dòng)兩個(gè)前輪

5、，利用兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的差速來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的效果。3傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)常用的傳動(dòng)方式目前主要有渦輪蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)的傳動(dòng) 方式。蝸輪蝸桿傳動(dòng)：蝸輪蝸桿傳動(dòng)本身結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)平穩(wěn)。 蝸輪蝸桿傳動(dòng)傳遞方向只能由蝸桿帶動(dòng)渦輪而不能反向帶動(dòng)，但蝸輪蝸桿 的傳動(dòng)效率低，損壞后不易更換。齒輪傳動(dòng)：齒輪傳動(dòng)的精度高，齒輪傳動(dòng)可以在空間內(nèi)任意兩軸的傳 動(dòng)。齒輪傳動(dòng)傳遞的效率高，傳動(dòng)比恒定，工作可靠壽命長(zhǎng)。但齒輪傳動(dòng) 對(duì)安裝精度要求較高成本高，不適用于傳遞距離較大的兩軸間的運(yùn)動(dòng)。帶傳動(dòng)：帶傳動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)，且成本極低，在皮帶壞損后很容易更換。對(duì)比上面三種方式由于本款清掃機(jī)器人主要的工作環(huán)境為室外小區(qū)內(nèi)， 因此在清掃的過(guò)程中要求行駛平穩(wěn)，震動(dòng)較小。所以在主體的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)，采取帶輪傳動(dòng)的傳動(dòng)方式，帶本身具有彈性，能夠緩和振動(dòng)，傳動(dòng)平 穩(wěn)。在通過(guò)石子等障礙時(shí)能有效減小振動(dòng)，而且?guī)鲃?dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能有 效防止過(guò)載，可以在防震基礎(chǔ)上達(dá)到保護(hù)其他零件的目的。4結(jié)論