機(jī)械設(shè)計(jì)說明書-室內(nèi)自動(dòng)掃地清潔機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

PAGEPAGE28室內(nèi)智能掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì)摘要在科技高速發(fā)展、物質(zhì)生活水平不斷提高的21世紀(jì)，人們不僅僅對(duì)自己的要求在提高，在對(duì)物質(zhì)生活的要求上也不同以往。本文是關(guān)于市場(chǎng)上的掃地機(jī)器人的調(diào)查，利用調(diào)查結(jié)果分析確定模型及制作實(shí)物模型的過程分析，主要通過市場(chǎng)調(diào)查的網(wǎng)絡(luò)查詢法、觀察法及其他方法，針對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的掃地機(jī)器人從功能、類別、造型、使用情況、工作原理、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求、限制條件、特點(diǎn)等方面進(jìn)行調(diào)查分析。確定出掃地機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)、尺寸、外觀造型及三維模型的制作。本產(chǎn)品以簡(jiǎn)單、實(shí)用、多功能的設(shè)計(jì)理念展開設(shè)計(jì)，對(duì)其多方面的影響因素進(jìn)行分析，使產(chǎn)品成為更加功能化和實(shí)用化。關(guān)鍵詞：掃地機(jī)器人；功能原理；實(shí)物模型；solidworksAbstractIntherapiddevelopmentofscienceandtechnology,themateriallifelevelenhancesunceasinglyinthe21stcentury,peopleinimprovingtoownrequest,notjustontherequirementofmateriallifeisalsodifferent.Thisarticleisabouttherobotsweepstheflooronthemarketinvestigation,theresultsofthesurveyanalysisisusedtodeterminethemodelwiththephysicalmock-upsandprocessanalysis,mainlythroughthemarketsurveynetworkquerymethod,observationmethodandothermethods,inviewoftheexistingonthemarketoftherobotfromthefunction,category,modelling,usage,workingprinciple,structure,thedesignoftheproductrequirements,constraintsandcharacteristicswereinvestigated.Determinethespecificofthesweepingrobotstructure,size,styleandtheproductionofthe3dmodel.Thisproductinasimple,practical,multi-functiondesign,thedesignideaofthevariousinfluencingfactorswereanalyzed,andmakeproductsmorefunctionalandpractical.Keywords:sweepingrobot;Functionprinciple;Physicalmodel;solidworks目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1室內(nèi)自動(dòng)掃地機(jī)器人的研究背景 11.2室內(nèi)制動(dòng)掃地機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1室內(nèi)掃地機(jī)器人國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 11.2.2室內(nèi)掃地機(jī)器人國(guó)外研究現(xiàn)狀 31.3本課題研究的目的與意義 9第二章室內(nèi)自動(dòng)掃地機(jī)器人介紹 102.1家用室內(nèi)掃地機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 102.2室內(nèi)掃地機(jī)器人的結(jié)構(gòu)介紹 122.3室內(nèi)掃地機(jī)器人的工作原理 152.4室內(nèi)掃地機(jī)器人功能介紹 16第三章室內(nèi)掃地機(jī)器人總體設(shè)計(jì) 193.1室內(nèi)掃地機(jī)器人的外形設(shè)計(jì) 193.2室內(nèi)自動(dòng)掃地機(jī)器人的三維設(shè)計(jì) 213.2.1solidworks簡(jiǎn)介 213.2.2室內(nèi)掃地機(jī)器人的三維設(shè)計(jì) 25第四章展望與總結(jié) 26致謝 28參考文獻(xiàn) 29第一章緒論1.1室內(nèi)自動(dòng)掃地機(jī)器人的研究背景近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，服務(wù)機(jī)器人開辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)主要有三大原因：一是勞動(dòng)力成本的上升；二是人類想擺脫枯燥乏味的體力勞動(dòng)，如清潔、家務(wù)、照顧病人等；三是人口的老齡和社會(huì)福利制度的完善也為某些服務(wù)機(jī)器人提供了廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。服務(wù)機(jī)器人區(qū)別于工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)主要特征就是服務(wù)機(jī)器人是一種適用于具體的方式、環(huán)境及任務(wù)過程的機(jī)器人系統(tǒng)，其活動(dòng)空間大，具有在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的移動(dòng)性，因此服務(wù)機(jī)器人大多數(shù)是移動(dòng)機(jī)器人。自動(dòng)進(jìn)行房間地面清潔的自主吸塵式家庭服務(wù)機(jī)器人，集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自主吸塵機(jī)器人作為智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者，其研究始于20世紀(jì)80年代，到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機(jī)和產(chǎn)品。1.2室內(nèi)制動(dòng)掃地機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀地面清潔機(jī)器人作為智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者，其研究始于20世紀(jì)80年代，到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機(jī)和產(chǎn)品。吸塵機(jī)器人的發(fā)展，帶動(dòng)了家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，也促進(jìn)了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)、圖像和語音識(shí)別、傳感器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)結(jié)合國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)將清掃機(jī)器人及其自動(dòng)充電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀闡述如下。1.2.1室內(nèi)掃地機(jī)器人國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位也對(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究并取得了一些成果，對(duì)清潔機(jī)器人相關(guān)技術(shù)如機(jī)器感知、機(jī)器人導(dǎo)航和定位與路徑規(guī)劃、機(jī)器人控制、電源與電源管理、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)等技術(shù)的研究則更多，這些都為清潔機(jī)器人的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)于90年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學(xué)合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全方位移動(dòng)清掃機(jī)器人。該機(jī)器人具有如下特點(diǎn)：采用全方位移動(dòng)技術(shù)，使機(jī)器人可執(zhí)行對(duì)狹窄區(qū)域等死區(qū)的清掃任務(wù)；采用開放式機(jī)器人鉸制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)硬件可擴(kuò)展，軟件可移植、可繼承，使機(jī)器人作為服務(wù)載體具有更好的功能適應(yīng)性；在擁擠環(huán)境下的實(shí)時(shí)避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的清掃工作環(huán)境；遙控操作和自主運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)行方式；吸塵機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)吸塵腔路的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率。浙江大學(xué)于1999年初在浙江大學(xué)機(jī)械電子研究所開始進(jìn)行智能吸塵機(jī)器人的研究，兩年后設(shè)計(jì)成功國(guó)內(nèi)第一個(gè)具有初步智能的自主吸塵機(jī)器人。這種智能吸塵機(jī)器人工作時(shí)，首先進(jìn)行環(huán)境學(xué)習(xí)：利用超聲波傳感器測(cè)距，與墻保持一定距離行走，在清潔這些角落的同時(shí)獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時(shí)間；之后，利用隨機(jī)和局部遍歷規(guī)劃相結(jié)合的策略產(chǎn)生高效的清掃路徑；清掃結(jié)束以后，自行回到充電座補(bǔ)充電力。吸塵機(jī)器人在5.5×3.5m2的實(shí)際家庭環(huán)境中，工作10分鐘可以達(dá)到90%以上的覆蓋率。更大房間的清掃試驗(yàn)還沒有進(jìn)行。目前，系統(tǒng)正在引入機(jī)器視覺和全局圖1-1國(guó)內(nèi)公司生產(chǎn)的機(jī)器人KV8定位功能，力圖在多房間環(huán)境下，提高自定位能力、智能決策能力以及回歸充電效率，最終提高清掃效率。如圖1-7所示。KV8保潔機(jī)器人是今年在市場(chǎng)以低價(jià)位賣得比較火的一款產(chǎn)品，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)產(chǎn)品化清掃機(jī)器人。它廣泛用于家庭、辦公和娛樂場(chǎng)所，以及其它一些人員不便進(jìn)入的地方。KV8能夠通過自身的碰撞傳感器來實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的清掃和碰撞處理，需要人工對(duì)其電池進(jìn)行充電，有三種工作模式可以選擇，在啟動(dòng)時(shí)伴有音樂聲。1.2.2室內(nèi)掃地機(jī)器人國(guó)外研究現(xiàn)狀對(duì)于機(jī)器人大家可能不會(huì)太陌生，工業(yè)機(jī)器人在很多領(lǐng)域都得到了比較廣泛的應(yīng)用，但是對(duì)于家庭機(jī)器人我們所了解的卻相當(dāng)?shù)纳?，而日本，歐美等國(guó)家的研究則比較領(lǐng)先，有的都已經(jīng)投入市場(chǎng)，在實(shí)際中投入使用。RC3000是世界上第一臺(tái)能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的清潔機(jī)器人，如圖1-1所示，它有光電傳感器和芯片控制，當(dāng)遇到障礙時(shí)，會(huì)隨機(jī)改變一個(gè)角度，然后繼續(xù)直走，直到遇到新的障礙物。內(nèi)置了四種清潔程序，保證在遇到不同污漬的地面時(shí)，可以調(diào)整其清潔程序；通過傳感器對(duì)于地板污漬的判斷，選擇合適的應(yīng)用程序。內(nèi)置光敏傳感器，確保在遇到樓梯與臺(tái)階時(shí)，能夠自動(dòng)避讓，不會(huì)掉落。扁平的設(shè)計(jì)使其能夠清潔床，沙發(fā)，茶幾等家具的下部位置。其相應(yīng)的充電站有紅外發(fā)射、工作時(shí)間設(shè)定、工作模式選擇、充電、垃圾處理五個(gè)功能。充電站一直發(fā)射紅外定位和導(dǎo)航信號(hào)來指引機(jī)器人回到充電站完成充電和垃圾處理的任務(wù)；同時(shí)能夠根據(jù)用戶設(shè)定的信息來控制機(jī)器人完成相應(yīng)的操作。如圖所示。圖1-2智能機(jī)器人RC3000在日本，東日本鐵路公司、Shink電器公司和Howa工業(yè)有限公司聯(lián)合研制了車站地面清掃機(jī)器人，機(jī)器人可沿墻壁從任何一個(gè)位置自動(dòng)啟動(dòng)，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃人自帶容器中。該機(jī)器人可采用“磁導(dǎo)引方式”、“示教方式”或“墻面復(fù)制方式”控制。東日本路公司、富士工業(yè)有限公司Subaru實(shí)驗(yàn)室和JR東方設(shè)施管理有限公司聯(lián)合研制了車站地面擦洗機(jī)器人，該機(jī)器人工作時(shí)一面將清洗液噴灑到地面上，一面用旋轉(zhuǎn)刷不停地擦洗地面，并將臟水吸人所帶的容器中。機(jī)器人中的感知系統(tǒng)采用光纖陀螺和超聲波傳感器，自動(dòng)清洗系統(tǒng)有兩種，一種是“面積設(shè)定模式”，即將待清洗的面積分為若干個(gè)單位面積，按照其存儲(chǔ)器中的單位面積識(shí)別其行使路線，機(jī)器人還可利用其傳感器識(shí)別和躲避障礙物；另一種叫“路徑地圖模式”，機(jī)器人按照內(nèi)裝的路徑地圖行使，機(jī)器人可存９幅地圖，并可利用ＩＣ卡作為外存，在該模式下，機(jī)器人不會(huì)避障，僅適用于需要反復(fù)擦洗的指定地段。東日本鐵路公司和東芝公司聯(lián)合研制的用于座椅布局簡(jiǎn)單的列車內(nèi)部地面清洗的機(jī)器人，其體積小、重量輕、易于出人車廂及在車廂之間運(yùn)動(dòng)，感知系統(tǒng)采用超聲波距離傳感器和光學(xué)、接觸式的接近傳感器；機(jī)器人采用推算定位法，利用編碼器中的數(shù)據(jù)，保持自己的位置和路徑，若探測(cè)到錯(cuò)誤位置，機(jī)器人會(huì)通過距離傳感器自動(dòng)修正；高級(jí)的列車地面清洗包括掃除垃圾、噴灑清洗液、擦洗、回收污水、用清水沖洗和給地面打蠟六個(gè)步驟。日本靜甲株式會(huì)社的清水工廠開發(fā)出一種自動(dòng)清掃機(jī)器人，可用于各種工廠的清掃工作，機(jī)器人采用光纖陀螺控制機(jī)器人的方向，采用編碼器和超聲波傳感器測(cè)距，采用光學(xué)探測(cè)器探測(cè)障礙物，機(jī)器人的四周裝有橡膠墊，橡膠墊內(nèi)部裝有觸覺傳感器，一旦機(jī)器人與人接觸，觸覺傳感器信號(hào)會(huì)使機(jī)器人停下來以保證人的安全。松下和日立公司也研制出了可清掃磚地木質(zhì)地板和地毯地面的清潔機(jī)器人，該機(jī)器人采用蓄電池作為動(dòng)力源，可自動(dòng)去充電站充電，能夠自主避障和路徑規(guī)劃。松下電器產(chǎn)業(yè)公司在2002年上半年推出了家庭用清潔機(jī)器人的試制機(jī)。該機(jī)器人可以根據(jù)房間的形狀、地板狀況、垃圾量進(jìn)行自動(dòng)清掃，還配備有避開墻壁、爐子等熱源以及障礙的安全功能；該機(jī)器人配備有50個(gè)傳感器可一邊自動(dòng)行走一邊進(jìn)行清掃，工作時(shí)首先沿房間四周走一圈，記憶房間形狀，然后在避開障礙物的同時(shí)開始縱橫來回移動(dòng)，清潔工作完成后會(huì)自動(dòng)停止。該機(jī)器人清掃一般的日本式房間約需要9min，相當(dāng)于人打掃同樣大房間所需時(shí)間的1-1.5倍，可清掃房間地板的92％－93％；機(jī)器人利用光及超聲波的測(cè)距傳感器及感壓傳感器來避開障礙物，機(jī)器人的內(nèi)置回轉(zhuǎn)傳感器用來控制行走姿勢(shì)以保持既定的行進(jìn)方向，但在地毯上行走時(shí)如果不采取措施則會(huì)受到“地毯花紋”影響而彎曲前進(jìn)，因此該公司在機(jī)器人中安裝了方向舵?zhèn)鞲衅?，可以檢測(cè)出由于地毯花紋影響而產(chǎn)生的行進(jìn)方向偏差，因此即使在鋪有地毯的地板上也能夠直線前進(jìn)，機(jī)器人體內(nèi)還安裝有防止從臺(tái)階等高處滾下的落差傳感器、感知暖爐等熱源的熱傳感器、檢測(cè)自身所受外力大小的重量傳感器及防滑傳感器、檢測(cè)添加動(dòng)力的負(fù)載傳感器，機(jī)器人同普通的障礙物最少保持10cm的距離，而在探測(cè)到熱源時(shí)，將會(huì)同熱源至少保持50cm的距離。20世紀(jì)90年代，美國(guó)就推出了地面清潔機(jī)器人RoboScrub，該機(jī)器人配有激光導(dǎo)航系統(tǒng)，采用超聲波測(cè)距和避障，用光碼條實(shí)現(xiàn)定位。2002年９月清潔機(jī)器人＂Roomba”在美國(guó)面市，它重約２ｋｇ，直徑為30英寸，具有高度自主能力，可以游走于房間各家具縫隙間，靈巧地完成清掃工作，據(jù)說這是將用于軍事的“躲避地雷的移動(dòng)技術(shù)”應(yīng)用到了吸塵器上。Roomba的動(dòng)作有點(diǎn)兒遲緩，但它卻能穩(wěn)定、安全地完成任務(wù)。由于能夠在完成任務(wù)后自動(dòng)切斷電源，所以可以在外出期間讓Roomba在家進(jìn)行清掃。如圖所示。圖1-3智能清潔機(jī)器人Roomba2002年10月１日，瑞典的拉克斯電子公司與日本東芝公司共同開發(fā)的清潔機(jī)器人“特里洛巴伊特”上市銷售，“特里洛巴伊特”主要由清掃機(jī)器和超聲波傳感器構(gòu)成，在工作時(shí)可避開室內(nèi)擺放的各種家具用品。只要家庭主婦領(lǐng)著它搞過一次清掃后，它便可以按行走過的清掃線路進(jìn)行自動(dòng)清掃。這種機(jī)器人是充電式的，每一次充電可連續(xù)工作１小時(shí)。瑞典家電制造商伊萊克斯（EIectoIux）研制生產(chǎn)的清潔機(jī)器人小“三葉蟲”高13ｍｍ，直徑35ｍｍ，表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速地探測(cè)到并避開桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識(shí)別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對(duì)整個(gè)房間做出重新判斷與計(jì)算，以保證房間的各個(gè)角落都被清掃。在樓梯的臺(tái)階等一些沒有天然障礙物的地方，只要有一條磁鐵，小“三葉蟲”便不會(huì)跨越。小“三葉蟲”開始啟動(dòng)后，體內(nèi)的搜索雷達(dá)會(huì)探測(cè)出距離最近的墻壁，先順著墻壁把地板四周的灰塵及異物吸盡。這樣它便能探測(cè)出整個(gè)房間的格局，計(jì)算出清掃整個(gè)房間所需的時(shí)間。只要一接近一件障礙物，它便會(huì)重新設(shè)定行進(jìn)路線，不會(huì)漏掉每一個(gè)角落。電線或地毯的邊緣不會(huì)被認(rèn)作是圖1-4三葉蟲障礙物。小“三葉蟲”的吸刷裝置中裝有一只專利設(shè)計(jì)滑輪，可以越過電線或地毯邊緣，不被絆住。電源不足時(shí)，小“三葉蟲”會(huì)自動(dòng)回到充電卡座自行充電。如果此時(shí)房間還沒有清掃完畢，小“三葉蟲”還有記憶功能，充好電后自己回到原處繼續(xù)吸塵，如圖所示。英國(guó)、法國(guó)和澳大利亞也都推出過清潔機(jī)器人產(chǎn)品。英國(guó)Dyson公司最近推出一種型號(hào)為DC06的智能吸塵器。這是世界首次開發(fā)研制的全自動(dòng)“吸塵機(jī)器人”。這種機(jī)器人具有一定的人工智能,只需輕按開關(guān)它就會(huì)為你解除每天打掃房間的煩惱。如圖1-4所示,吸塵機(jī)器人形狀呈50厘米長(zhǎng)的模型汽車狀,重9.2公斤左右,配置了70多個(gè)傳感器,可隨時(shí)將發(fā)現(xiàn)的情況告訴由3臺(tái)內(nèi)置電腦組成的"大腦"。"大腦"每秒可發(fā)出16條命令來指揮吸塵器的工作。充電后一按開關(guān),機(jī)器人會(huì)在瞬間通過所搭載的三臺(tái)小型計(jì)算機(jī)和70個(gè)傳感器計(jì)算出自己所在位置、房間大小及臟亂程度、家具的配置等。要是小孩或狗等外來物體接近吸塵器,它就會(huì)自動(dòng)停止工作。接近樓梯口時(shí),吸塵器會(huì)自動(dòng)采取保護(hù)措施,以防止?jié)L到樓下。使用時(shí),只要打開電源、選好速度、按下"走"鍵,吸塵器就會(huì)自動(dòng)工作,其它程序都由它自己獨(dú)立完成。不過該產(chǎn)品目前價(jià)格太高(4000美元左右一臺(tái)),要真正推向市場(chǎng)還有相當(dāng)?shù)碾y度,如下圖所示。圖1-4智能機(jī)器人DC06澳大利亞的FloorBotics公司最近也研制出可自動(dòng)行駛并打掃房間的V4型機(jī)器人,如圖所示。這種全自動(dòng)吸塵器表面光滑,體積很小,呈圓形,內(nèi)置搜索雷達(dá),可以搜索各種房間里的每一處,不會(huì)碰撞家具或其它障礙物。微處理小電腦使它具備在拐至屋角處能探測(cè)方向、選擇前進(jìn)路線的能力。只要一放在地面上,全自動(dòng)吸塵器便可自動(dòng)開始工作。其搜索雷達(dá)會(huì)探測(cè)出距離最近的墻壁,先順著墻壁把地板四周的灰塵及異物吸盡;然后再不規(guī)則地來回于房間的其它位置,并且能在接近障礙物之前迅速轉(zhuǎn)向。該吸塵機(jī)器人由于在主機(jī)的周圍360度配備了障礙物傳感器,因此可以在檢測(cè)墻壁及障礙物的同時(shí)打掃地面。當(dāng)打掃完可以行駛的場(chǎng)所后,機(jī)器人就自動(dòng)關(guān)閉電源。在經(jīng)過4個(gè)小時(shí)充電后可以連續(xù)工作1個(gè)小時(shí)以上,通過更換配件還可以打掃地毯等。如果打掃沒有障礙物的地面時(shí),1個(gè)小時(shí)可以打掃360平方米。不管房間的外形及面積的大小,ARNA導(dǎo)航算法引導(dǎo)機(jī)器人在任何房間的所有無遮掩區(qū)域四處運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行清潔工作。因?yàn)闄C(jī)器人導(dǎo)航沿房間的周圍,所以它要?jiǎng)?chuàng)建自己的空間參考圖,機(jī)器人不需要任何編程"教它應(yīng)該去哪里”。該機(jī)器人操作簡(jiǎn)單,僅有三個(gè)按鈕:開始,結(jié)束以及暫停。人們只要簡(jiǎn)單地將它放置在需要清掃的區(qū)域或房間中(這個(gè)機(jī)器人吸塵器很輕,一只手就可以容易拿起它),按下開始按鈕即可，如圖所示。圖1-5V4智能吸塵機(jī)器人2003年11月，三星公司推出一款代號(hào)為VC-RP30W的機(jī)器人吸塵器，如圖1-6所示。VC-RP30W主要依靠3D地圖技術(shù)來進(jìn)行定位，并能靈巧地躲避障礙物，能夠快速、高效地對(duì)房間每個(gè)角落進(jìn)行吸塵。當(dāng)遇到障礙物或者死角等情況，VC-RP30W會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向繼續(xù)工作。其強(qiáng)大的智能判斷系統(tǒng)使得VC-RP30W能輕易地分辨出垃圾與其他日常生活用品，機(jī)器人也允許用戶定義它的工作時(shí)間及清圖1-6三星機(jī)器人VC-RP30W掃區(qū)域等，從而實(shí)現(xiàn)主人不在家時(shí)機(jī)器人也能進(jìn)行自動(dòng)清掃。事實(shí)上，用戶除了可以對(duì)它本身進(jìn)行設(shè)置以外，還能通過計(jì)算機(jī)查看安裝在機(jī)器人前部的攝像頭進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。整個(gè)器人的電池能維持它連續(xù)工作50分鐘，而一旦電池處于即將耗盡的狀態(tài)時(shí)它自動(dòng)回到充電座補(bǔ)充能源，非常地智能化。它回充電站使用的是已經(jīng)生成的3D地圖，而不是像RC3000那樣使用紅外的導(dǎo)航信號(hào)。1.3本課題研究的目的與意義吸塵機(jī)器人將移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)和吸塵器技術(shù)有機(jī)地融合起來，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境（地面）的半自動(dòng)或全自動(dòng)清潔，替代傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作，近年來已受到國(guó)內(nèi)外的研究人員重視。作為智能移動(dòng)機(jī)器人的一個(gè)特殊應(yīng)用，從技術(shù)方面講，智能化自主式吸塵器比較具體地體現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性。從市場(chǎng)前景角度講，自主吸塵器將大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率，適用于家庭和公共場(chǎng)館的室內(nèi)清潔。因此，開發(fā)自主智能吸塵器既具有科研上的挑戰(zhàn)性，又具有廣闊的市場(chǎng)前景。融合現(xiàn)代傳感器以及機(jī)器人領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，本課題旨在開發(fā)一部?jī)r(jià)格便宜，全區(qū)域覆蓋，能夠充分滿足家庭需求且方便適用的智能家庭清掃機(jī)器人。使它可以替代傳統(tǒng)的家庭人工清掃方式，使家庭生活電氣化、智能化，使科技更好地為人類服務(wù)。第二章室內(nèi)自動(dòng)掃地機(jī)器人介紹2.1家用室內(nèi)掃地機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)家庭清潔機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)吸塵機(jī)器人系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成:移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)。移動(dòng)機(jī)構(gòu)是吸塵機(jī)器人的主體,決定了吸塵器的運(yùn)動(dòng)空間,一般采用輪式機(jī)構(gòu)。感知系統(tǒng)一般采用超聲波測(cè)距儀、接觸和接近覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機(jī)等。隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展,吸塵機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。吸塵機(jī)器人的控制與工作環(huán)境往往是不確定的或多變的,因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性以及清潔度。用傳感器探測(cè)環(huán)境、分析信號(hào),以及通過適當(dāng)?shù)慕７椒▉砝斫猸h(huán)境,具有特別重要的意義。近年來對(duì)智能機(jī)器人的研究表明,對(duì)于工作在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的自主式移動(dòng)機(jī)器人,要進(jìn)一步提高其自動(dòng)化程度,主要依靠模式識(shí)別及障礙物識(shí)別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及適當(dāng)人工智能方法,還需要進(jìn)一步開發(fā)全局模型,從而為機(jī)器人獲取全局信息。目前發(fā)展較快、對(duì)吸塵機(jī)器人發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是:傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、吸塵技術(shù)、電源技術(shù)等。1、傳感技術(shù)為了讓吸塵機(jī)器人正常工作,必須對(duì)機(jī)器人位置、姿態(tài)、速度和系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,還要感知機(jī)器人所處工作環(huán)境的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息,使得吸塵機(jī)器人相應(yīng)的工作順序和操作內(nèi)容能自然地適應(yīng)工作環(huán)境的變化。通常采用的傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。其中內(nèi)部傳感器有:編碼器、線加速度計(jì)、陀螺儀、磁羅盤等。其中編碼器用于確定當(dāng)前機(jī)器人的位置,線加速度計(jì)獲取線加速度信息,進(jìn)而得到線加速度和位置信息;陀螺儀測(cè)量移動(dòng)機(jī)器人的角度、角速度、角加速度以得到機(jī)器人的姿態(tài)角、運(yùn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)方向的改變等絕對(duì)航向信息。外部傳感器有:視覺傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸和接近傳感器。視覺傳感器采用CCD攝像機(jī)進(jìn)行機(jī)器人的視覺導(dǎo)航與定位、目標(biāo)識(shí)別和地圖構(gòu)造等;超聲波傳感器測(cè)量機(jī)器人工作環(huán)境中障礙物的距離信息和地圖構(gòu)造等。紅外線傳感器大多采用紅外接近開關(guān)來探測(cè)機(jī)器人工作環(huán)境中的障礙物以避免碰撞。接觸和接近覺傳感器多用于避碰規(guī)劃。2、路徑規(guī)劃技術(shù)吸塵機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人所感知到的工作環(huán)境信息,按照某種優(yōu)化指標(biāo),在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙無碰撞的路徑,并且實(shí)現(xiàn)所需清掃區(qū)域的合理完全路徑覆蓋。機(jī)器人路徑規(guī)劃研究開始于20世紀(jì)70年代,目前對(duì)這一問題研究仍舊十分活躍。其主要研究?jī)?nèi)容按機(jī)器人工作環(huán)境不同可分為靜態(tài)結(jié)構(gòu)化環(huán)境、動(dòng)態(tài)已知環(huán)境和動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境,按機(jī)器人獲取環(huán)境信息的方式不同可以分為基于模型的路徑規(guī)劃和基于傳感器的路徑規(guī)劃。對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題,目前有具體的解析算法。但由于解析算法牽涉到復(fù)雜的橢圓積分問題,實(shí)現(xiàn)起來依然具有相當(dāng)?shù)碾y度。根據(jù)機(jī)器人對(duì)環(huán)境信息知道的程度不同,可以分為兩種類型:環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未知,通過傳感器在線地對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè),以獲取障礙物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個(gè)子問題。其中環(huán)境建模的主要方法有:可視圖法(V-Graph)、自由空間法(FreeSpaceApproach)和柵格法(Grids)等。3、吸塵技術(shù)真空吸塵器是由高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇在機(jī)體內(nèi)形成真空從而產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流,將塵埃和臟物通過吸口吸入機(jī)體內(nèi)的濾塵袋內(nèi)。吸塵系統(tǒng)包括濾塵器、集塵袋、排氣管以及其他一些附件。其吸塵能力取決于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。最近,澳大利亞Jetfan公司又開發(fā)出采用新原理的氣流濾塵器。這個(gè)吸塵器是一個(gè)全封閉系統(tǒng),既無外部氣體吸入,也無機(jī)內(nèi)氣體排除,所以就無需濾塵器、集塵袋、排氣管等附件。其原理是利用附壁效應(yīng)去形成低壓渦流氣體,最后將沉渣截留于吸塵器內(nèi)的渦流腔內(nèi)。在英國(guó)Dyson公司最近推出的DC06型智能吸塵器中就采用了這種技術(shù)。4、電源技術(shù)移動(dòng)電源在吸塵機(jī)器人中的地位十分重要,可以說是它的生命源。移動(dòng)電源需要同時(shí)滿足吸塵機(jī)器人的多種能源需要,如為移動(dòng)機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力,為控制電路提供穩(wěn)定的電壓和為吸塵操作模塊提供能源等。在這一領(lǐng)域,一般采用化學(xué)電池作為移動(dòng)電源。理想的電源應(yīng)該能夠在放電過程中保持恒定的電壓、內(nèi)阻小以便快速放電、可充電以及成本低等。但實(shí)際上沒有一種電池可同時(shí)具備上述優(yōu)點(diǎn),這就要求設(shè)計(jì)人員選擇一種合適的電池,盡可能增加吸塵機(jī)器人的不間斷工作時(shí)間。2.2室內(nèi)掃地機(jī)器人的結(jié)構(gòu)介紹本課題要研制一臺(tái)結(jié)構(gòu)小巧、靈活，控制簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，初步完成自主移動(dòng)、自動(dòng)避障和路徑規(guī)劃任務(wù)的清潔機(jī)器人。整個(gè)清潔機(jī)器人由機(jī)械部分和控制系統(tǒng)兩大部分組成。機(jī)械部分包括高強(qiáng)度塑料底盤、外殼、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)隨動(dòng)輪。它們是吸塵電機(jī)、清潔刷、電池以及控制系統(tǒng)的載體。機(jī)器人整體外觀如圖2-1所示。圖2-1機(jī)器人整體外觀本清潔機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖所示。主要包括以下幾部分:(1)個(gè)行走驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動(dòng)。殼體前端和側(cè)面裝有紅外開關(guān)，作為碰撞檢測(cè)傳感器。底面的3個(gè)紅外開關(guān)作為臺(tái)階檢測(cè)傳感器，防止跌落。驅(qū)動(dòng)輪上裝有光電編碼盤，可以對(duì)輪速進(jìn)行檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。同時(shí)還擴(kuò)展了超聲波傳感器，用于精確定位的需要;(2)清掃機(jī)構(gòu)。用電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)清掃刷，使左面清掃刷順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以在清掃灰塵時(shí)將灰塵集中于吸風(fēng)口處，為吸塵機(jī)構(gòu)的工作做準(zhǔn)備；(3)吸塵機(jī)構(gòu)。制造強(qiáng)大的吸力，將灰塵吸入灰塵存儲(chǔ)箱中；圖2-2組成結(jié)構(gòu)圖(4)擦地機(jī)構(gòu)。在清掃、吸塵之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在地面上的細(xì)小灰塵，保證清潔工作的質(zhì)量。移動(dòng)機(jī)構(gòu)是其它部件的載體，機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分有輪式、履帶式和步行式等。輪式和履帶式機(jī)器人適合條件較好的地面，而步行機(jī)器人則適合于條件較差的路面。本課題研制的自主清潔機(jī)器人工作在環(huán)境較好的室內(nèi)，所以采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)較為適合。輪式移動(dòng)機(jī)器人一般有三輪、四輪和六輪，移動(dòng)機(jī)器人若采用三輪結(jié)構(gòu)則比較簡(jiǎn)單，能夠滿足一般的需求，應(yīng)用也比較廣泛;四輪的穩(wěn)定性好，承載能力較大，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜;六輪與四輪類似，只不過有更大的承載能力和穩(wěn)定性。在本課題中，清潔機(jī)器人的重量不是很大，工作條件是室內(nèi)，也不惡劣，三點(diǎn)確定一個(gè)平面，三輪理論上也是穩(wěn)定的。但是對(duì)負(fù)載有一定的限制，對(duì)三輪移動(dòng)機(jī)器人來說，重心都比較低，載荷穩(wěn)定且中心位置基本不發(fā)生變化，所以采用三輪結(jié)構(gòu)就能滿足要求。三輪轉(zhuǎn)向裝置的結(jié)構(gòu)通常有兩種方式:(1)鉸軸轉(zhuǎn)向式:轉(zhuǎn)向輪裝在轉(zhuǎn)向鉸軸上，轉(zhuǎn)向電機(jī)通過減速器和機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)控制鉸軸，從而控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向。(2)差速轉(zhuǎn)向式:在機(jī)器人的左、右輪上分別裝上兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過控制左右輪的速度比實(shí)現(xiàn)車體的轉(zhuǎn)向。在這種情況下，非驅(qū)動(dòng)輪應(yīng)為自由輪。移動(dòng)機(jī)器人若采用鉸軸轉(zhuǎn)向式控制簡(jiǎn)單，但精度不是太高;差動(dòng)轉(zhuǎn)向式控制復(fù)雜，但精度較高?？紤]到本課題清潔機(jī)器人將來作為服務(wù)型機(jī)器人使用，在控制方式上應(yīng)達(dá)到一個(gè)較高層次，所以采用差動(dòng)轉(zhuǎn)向式比較好，并且其運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的精度也高一些，以便為以后的避障和軌跡規(guī)劃打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。因此本系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的是三輪差速轉(zhuǎn)向式的，如圖所示。按照上述的移動(dòng)結(jié)構(gòu)，清潔機(jī)器人采用兩直流電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)左右兩輪的差動(dòng)方式，控制簡(jiǎn)單、精確、易于實(shí)現(xiàn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)吸塵機(jī)器人的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、后退，以及調(diào)頭等功能，清潔機(jī)器人能夠在任意半徑下，以任意速度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，甚至可以實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)彎半徑(即繞軸中點(diǎn)原地旋轉(zhuǎn))。圖2-3移動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖2.3室內(nèi)掃地機(jī)器人的工作原理本系統(tǒng)的功能模塊關(guān)系如圖所示。清潔機(jī)器人由多個(gè)功能模塊共同組成，這幾個(gè)模塊共同工作、相互協(xié)調(diào)、相互作用，保證了機(jī)器人能夠順利的進(jìn)行清掃。具體的工作原理如下清潔機(jī)器人的中心是清潔機(jī)器人的CPU，它對(duì)其它各個(gè)功能模塊進(jìn)行控制。信息采集模塊負(fù)責(zé)采集周圍環(huán)境以及機(jī)器人本身的各種信息。鍵盤模塊和紅外遙控接收模塊可以接收人們對(duì)機(jī)器人的控制信息，然后把信息傳給CPU進(jìn)行處理。當(dāng)接收到需要機(jī)器人進(jìn)行清掃工作的信號(hào)時(shí)，CPU可以通過控制行走機(jī)構(gòu)和清潔機(jī)構(gòu)讓機(jī)器人進(jìn)行工作。在機(jī)器人工作的過程中還可以通過LCD顯示模塊和狀態(tài)指示模塊對(duì)機(jī)器人的狀態(tài)進(jìn)行時(shí)實(shí)的顯示。機(jī)器人工作的流程如下:(l)首先可以通過鍵盤或者遙控器啟動(dòng)清潔機(jī)器人，讓它開始清掃工作。(2)機(jī)器人一旦開始工作，便控制清掃機(jī)構(gòu)進(jìn)行清掃、吸塵機(jī)構(gòu)開始吸塵、擦地機(jī)構(gòu)開始擦地。(3)機(jī)器人開始工作，傳感探測(cè)模塊就開始不斷地采集外部信息，送到CPU進(jìn)行分析和決策產(chǎn)生機(jī)器人行走的路徑。(4)當(dāng)路徑規(guī)劃需要機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的時(shí)候。CPU就分別改變左右輪的速度，通過差速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。(5)工作期間機(jī)器人可以通過LCD顯示一些相關(guān)信息(比如工作模式、工作計(jì)時(shí)或溫度)。(6)遙控器除了可以控制清潔機(jī)器人的啟停，還可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)，讓機(jī)器人在一定時(shí)間后開始工作或者工作一定時(shí)間后停止工作。圖2-4功能模塊關(guān)系示意圖該機(jī)器人利用安裝的各類傳感器來獲取室內(nèi)環(huán)境以及自身的基本信息，如障礙物的位置、自身走過的距離等;然后根據(jù)獲得的信息，選定相應(yīng)的控制策略;通過以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)進(jìn)行障礙物判斷、避障策略選擇和運(yùn)動(dòng)行走實(shí)施。機(jī)器人面板上有控制其開始/停止工作的按鍵。同時(shí)也可以通過遙控來控制，遙控還可以用來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)，LCD實(shí)時(shí)的顯示定時(shí)的倒記時(shí)和當(dāng)前的溫度值。2.4室內(nèi)掃地機(jī)器人功能介紹掃地機(jī)器人是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。一般來說，將完成清掃、吸塵、擦地工作的機(jī)器人，也統(tǒng)一歸為掃地機(jī)器人。伊萊克斯2001年首推出實(shí)用的商品化的自動(dòng)吸塵系統(tǒng)Trilobite，美國(guó)的irobot公司憑借其長(zhǎng)期在軍用機(jī)器人方面的積累，于2002年推出roomba。后來其他公司也陸續(xù)推出了各自的產(chǎn)品。其最核心的技術(shù)，是感知四周的環(huán)境，然后規(guī)劃行走的路徑，有效地遍歷各個(gè)區(qū)域，完成各個(gè)區(qū)域的打掃。目前最先進(jìn)的有irobot公司的iAdapt技術(shù)為核心的roomba系列、neatorobotics公司的RPS技術(shù)為核心的neatoxv系列（含德國(guó)vr系列），EvolutionRobotics公司（已于2012年9月被irobot公司收購(gòu)）的northstar技術(shù)為核心的mint系列擦地機(jī)。目前（2012年10月）能夠?qū)嵱玫膾叩貦C(jī)器人有：irobot公司的roomba5系列、7系列，mint系列，scooba系列；neato公司的xv系列；Proscenic公司的902和Pronono。掃地機(jī)器人的發(fā)展方向，將是更加高級(jí)的人工智能帶來的更高的清掃效果、更高的清掃效率、更大的清掃面積。目前基本功能：自動(dòng)清掃、自動(dòng)回充、定時(shí)清掃、智能防跌落。部分機(jī)型新增殺菌抹地功能。目前基本功能：自動(dòng)清掃、自動(dòng)回充、定時(shí)清掃、智能防跌落。部分機(jī)型新增殺菌抹地功能。圖2-4智能防跌落紫外燈殺菌功能：對(duì)于床底、沙發(fā)下以及其他角落會(huì)有很多細(xì)菌和小昆蟲，如果可以殺菌，會(huì)提高家庭的環(huán)境質(zhì)量，但是有人在家時(shí)不適宜打開紫外燈，因其對(duì)人有傷害。圖2-5UV殺菌燈自動(dòng)充電功能：由于電池電量有限，所以需要充電才能持續(xù)工作，但是現(xiàn)在市面上的產(chǎn)品能夠自動(dòng)充電的產(chǎn)品非常少，而且非常貴，采用的方式是配備充電的一套東西，一般采用接觸式充電方法，而不是無線充電方式。圖2-6智能自動(dòng)回充可以實(shí)現(xiàn)無線終端控制，它可以用遙控器，或者手機(jī)、電腦進(jìn)行控制，遙控控制范圍遠(yuǎn)，無阻隔，無輻射。掃地機(jī)器人裝有感應(yīng)探頭，遇到障礙物相觸碰后能夠改變方向，而且配有橡膠，防止撞擊，起到緩沖保護(hù)的作用。掃地機(jī)器人內(nèi)部設(shè)有殺菌燈管，能夠有效殺滅螨蟲、細(xì)菌和病毒等病菌配有虛擬墻，能夠阻隔不需要清掃的區(qū)域。由于現(xiàn)在的掃地機(jī)器人還處在研發(fā)初期，很多智能學(xué)習(xí)與工作方面的能力還有待提高，在滿足人們更多需求的能力上，也有很大的拓展空間。掃地機(jī)器人的噪音問題也有待解決。由于其工作的特點(diǎn)是吸塵，不可避免的會(huì)有風(fēng)聲，還有電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，特別是較差的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音比較大，也是要提高的。對(duì)家具多的地方、墻角小東西就無能為力了，有時(shí)還只會(huì)在一個(gè)地點(diǎn)打轉(zhuǎn)，打掃不徹底；部分不能自動(dòng)充電的產(chǎn)品持續(xù)工作能力差；產(chǎn)品噪音較大；無法自動(dòng)掃描，比如某一個(gè)地方有一灘墨水，那么機(jī)器人掃過后，會(huì)污染很多其他地方，只能針對(duì)簡(jiǎn)單需要吸塵的地面。第三章室內(nèi)掃地機(jī)器人總體設(shè)計(jì)3.1室內(nèi)掃地機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)目前室內(nèi)智能化掃地機(jī)器人的外形主要有以下幾種:1、外形一：圖3-1掃地機(jī)器人外形一特點(diǎn)：外形模仿動(dòng)物，傳感器放置于機(jī)器前端。該外形活潑，吸引眼球。2、外形二：圖3-2掃地機(jī)器人外形二特點(diǎn)：圓角矩形外觀、有科技感。外觀時(shí)尚、搭配和諧。3、外形三：圖3-3掃地機(jī)器人外形三特點(diǎn)：圓形外觀，操作方便、直觀。在掃地過程中方便轉(zhuǎn)向。4、外形四：圖3-4掃地機(jī)器人外形四特點(diǎn)：采用橢圓形外觀，平板上安放遙控器、操作方便。5、外形五：圖3-5掃地機(jī)器人外形五特點(diǎn)：圓形外觀時(shí)尚簡(jiǎn)約。操作方便、拿去方便，集灰盒清洗方便。綜合考慮上述情況選取外形方案五為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。3.2室內(nèi)自動(dòng)掃地機(jī)器人的三維設(shè)計(jì)3.2.1solidworks簡(jiǎn)介SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當(dāng)初所賦予的任務(wù)是希望在每一個(gè)工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實(shí)體模型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件至今，它已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個(gè)國(guó)家進(jìn)行銷售與分銷該產(chǎn)品。SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財(cái)務(wù)狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項(xiàng)的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽(yù)。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機(jī)平臺(tái)CAD系統(tǒng)評(píng)比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計(jì)獲得十七項(xiàng)國(guó)際大獎(jiǎng)，其中僅從1999年起，美國(guó)權(quán)威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎(jiǎng)，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡(jiǎn)明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實(shí)和證明，使用它，設(shè)計(jì)師大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場(chǎng)。由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在1997年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購(gòu)。公司原來的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以一千三百萬美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件也成為達(dá)索企業(yè)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的CAD產(chǎn)品。由于使用了WindowsOLE技術(shù)、直觀式設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)的parasolid內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術(shù)，SolidWorks成為全球裝機(jī)量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機(jī)車、食品、機(jī)械、國(guó)防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費(fèi)品、離散制造等分布于全球100多個(gè)國(guó)家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場(chǎng)上，每年來自全球4，300所教育機(jī)構(gòu)的近145，000名學(xué)生通過SolidWorks的培訓(xùn)課程。據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其它3DCAD系統(tǒng)相比，與SolidWorks相關(guān)的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的企業(yè)雇傭SolidWorks人才。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界用戶每年使用SolidWorks的時(shí)間已達(dá)5500萬小時(shí)。在美國(guó)，包括麻省理工學(xué)院（MIT）、斯坦福大學(xué)等在內(nèi)的著名大學(xué)已經(jīng)把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)（教育機(jī)構(gòu)）如清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、上海教育局等也在應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行教學(xué)。相信在未來的5~8年內(nèi)，SolidWorks將會(huì)成為與當(dāng)今AutoCAD一樣，成為3D普及型主流軟件乃至于CAD的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。Solidworks功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強(qiáng)大的功能，同時(shí)對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。其基本操作界面如下：圖3-6solidworks操作界面3.2.2室內(nèi)掃地機(jī)器人的三維設(shè)計(jì)圖3-7室內(nèi)掃地機(jī)器人主視圖圖3-8室內(nèi)掃地機(jī)器人底部圖第四章展望與總結(jié)雖然自主吸塵機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)步,進(jìn)入了實(shí)用階段,但是自主能力、工作效率方面還不理想,需要在技術(shù)上解決傳感器技術(shù)、定位和環(huán)境建模技術(shù).在此基礎(chǔ)上,自主吸塵機(jī)器人可以向著高度智能化、多功能集成、低成本的方向發(fā)展?，F(xiàn)在的自主吸塵機(jī)器人在行為上還處于“低級(jí)生物”的階段,環(huán)境感知能力有限,對(duì)路徑的規(guī)劃只是隨機(jī)的方式或者是基于局部環(huán)境信息的規(guī)劃方式.在復(fù)雜環(huán)境和多房間的環(huán)境下,這種工作方式的效率會(huì)銳減.因此,建立CCD視覺系統(tǒng),融合多種傳感器進(jìn)行定位和環(huán)境建模,實(shí)現(xiàn)全局路徑規(guī)劃,將是一個(gè)重要的研究方向.同時(shí),算法必須考慮系統(tǒng)的處理速度、存儲(chǔ)空間的限制.自主吸塵機(jī)器人是一個(gè)可移動(dòng)的智能平臺(tái),在吸塵功能之外可以進(jìn)行功能擴(kuò)展,比如進(jìn)行家電控制、房間環(huán)境監(jiān)測(cè)(防止火災(zāi)、電器故障、盜竊等).這方面的市場(chǎng)需求已經(jīng)被Tmsuk和三洋公司抓住,并在2002年發(fā)布了兩款這樣的機(jī)器人.智能機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),使用了大量的傳感器和一個(gè)或者多個(gè)高性能的微處理器,因此成本較高.但是為了讓普通人都可以享受科技進(jìn)步的成果,降低成本是個(gè)必由之路.盡管目前價(jià)廉物美的吸塵器給人們的清潔工作帶來了一定的便利,但過大的噪音依然讓大多數(shù)使用者望而卻步。吸塵機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)新產(chǎn)品,將使人們能在無人看守情況下輕松地完成室內(nèi)環(huán)境的吸塵等清潔工作。因此,只要生產(chǎn)成本兼顧到日用電器批量大、價(jià)格低的特點(diǎn),吸塵機(jī)器人將具有誘人的市場(chǎng)前景,有關(guān)資料也預(yù)測(cè)吸塵機(jī)器人是未來幾年需求量最大的服務(wù)機(jī)器人。特別是日用清潔電器不論是