智能除污機(jī)器人的設(shè)計(jì)

王自強(qiáng) 曾實(shí)現(xiàn) 張艷

摘 要：該系統(tǒng)包括車體除污裝置、清理裝置和回收裝置等，車體上連接動(dòng)力裝置、車體前端連接有固定架，固定架上連接感應(yīng)裝置，固定架的傾斜面上設(shè)有齒條滑軌，除污裝置包括滑軌支架，滑軌支架連接在齒條滑軌前端，滑軌支架的下端連接有定位板，定位板的下端依次連接有恒溫片和半導(dǎo)體制冷片，清理裝置包括集成電路控制器和刮鏟機(jī)構(gòu)，集成電路控制器通過線路與設(shè)在車體下端的減速電機(jī)連接，減速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸下連接刮鏟機(jī)構(gòu)，回收裝置包括鏟斗、滾輪毛刷和步進(jìn)電機(jī)，鏟斗連接在車體后端，滾輪毛刷通過步進(jìn)電機(jī)連接在鏟斗前端的車體一上，除污車可處理粘在地面上的粘性物質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，實(shí)用性高。

關(guān)鍵詞：除污裝置；清理裝置；回收裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.129

1 緒論

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們意識到愛護(hù)環(huán)境的重要性，在生活中，我們發(fā)現(xiàn)破壞、影響環(huán)境的現(xiàn)象隨處可見，例如粘在地上已經(jīng)發(fā)黑的口香糖。這些星星點(diǎn)點(diǎn)的黑色印記，對環(huán)境影響非常大，直接鏟除費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且不徹底[1]。該除污車能有效清理粘在地上的口香糖類等粘性物質(zhì)，有效解決了口香糖等的粘性物質(zhì)的污染環(huán)境且難清除的問題，解放了勞動(dòng)力，提高工人工作效率，該除污車結(jié)構(gòu)新穎，實(shí)用性高，城市的一些環(huán)境清理問題提供有效的幫助。

2 總體方案設(shè)計(jì)

除污車主要由：伺服電機(jī)帶動(dòng)的動(dòng)力系統(tǒng)、超聲波避障系統(tǒng)、基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)、恒溫片升溫設(shè)備、制冷片制冷設(shè)備、鏟除回收設(shè)備等組成。該除污車集發(fā)電、儲能、除污為一體的現(xiàn)代化機(jī)器設(shè)備，它既可以遠(yuǎn)程遙控，也可以自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括車體、感應(yīng)裝置、動(dòng)力裝置、除污裝置、清理裝置和回收裝置，車體上連接動(dòng)力裝置、車體前端連接有固定架。車體的上端設(shè)置有控制臺，控制臺后側(cè)的車體上設(shè)置動(dòng)力裝置。動(dòng)力裝置包括蓄電池，蓄電池通過線路分別與感應(yīng)裝置、動(dòng)力裝置、除污裝置和回收裝置連接。車體的兩側(cè)均布有四個(gè)車輪，車輪的轉(zhuǎn)軸通過線路與蓄電池連接。固定架呈號三十度傾斜固定在車體的前端，固定架的前端傾斜面上設(shè)置有齒條滑軌，定架上連接感應(yīng)裝置。感應(yīng)裝置包括超聲波避障感應(yīng)器和顏色感應(yīng)器，超聲波避障感應(yīng)器和顏色感應(yīng)器均連在固定架的前端上部。感應(yīng)裝置可通過顏色感應(yīng)器感應(yīng)垃圾臟污的位置，超聲波避障感應(yīng)器可保證除污車在行駛過程中不會撞到周邊事物。機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 清理裝置的設(shè)計(jì)

清理裝置包括減速電機(jī)、集成電路控制器和刮鏟機(jī)構(gòu)，控制臺上連接集成電路控制器，超聲波避障感應(yīng)器和顏色感應(yīng)器通過線路與集成電路控制器連接。集成電路控制器通過線路與設(shè)置在車體下端的減速電機(jī)連接，減速電機(jī)下端的轉(zhuǎn)軸上連接刮鏟機(jī)構(gòu)，刮鏟機(jī)構(gòu)包括軸套和連接在軸套外端的刮片，軸套與減速電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接。刮片由橫板和豎板呈T字形連接組成，豎板豎向連接在橫板的下端中部，刮片由金屬材料制成。當(dāng)除污裝置工作時(shí)，減速電機(jī)帶動(dòng)刮鏟機(jī)構(gòu)工作，垃圾被刮片刮掉。

3.2 回收裝置的設(shè)計(jì)

車體后端設(shè)置回收裝置，回收裝置包括鏟斗、滾輪毛刷和步電機(jī)，鏟斗連接在車體后端，滾輪毛刷通過步進(jìn)電機(jī)連接在鏟斗前端的車體上。鏟斗呈蝸殼狀，鏟斗的兩端與車體的后下端的內(nèi)側(cè)連接，滾輪毛刷位于鏟斗的開口端處。滾輪毛刷由滾筒和連接在滾筒上的毛刷組成，滾筒位于鏟斗的開口端的上方，毛刷設(shè)有多個(gè)，多個(gè)毛刷豎向垂直連接在滾筒的外端面上。當(dāng)回收裝置工作時(shí)，滾輪毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)，將垃圾掃入鏟斗內(nèi)。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

控制系統(tǒng)選擇由STC89C51RC單片為主控芯片，主控芯片加上晶振電路與復(fù)位電路組成單片機(jī)最小系統(tǒng)，晶振電路為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號，復(fù)位電路是處理單片機(jī)在運(yùn)算過程中由于某些因素，導(dǎo)致內(nèi)部寄存器無法正常運(yùn)行時(shí)，通過復(fù)位來使得程序重新運(yùn)行[2]。

4.2 電源電路

整體系統(tǒng)使用蓄電池供電，經(jīng)過LM2596降壓電路為系統(tǒng)提供所需的電壓。模塊為降壓型電源管理集成電路，可輸出3A的電流，并具有線性負(fù)載調(diào)節(jié)能力，可輸出37V以下的各種電壓，其開關(guān)頻率為150KHZ，模塊使用標(biāo)準(zhǔn)的電感，極大的優(yōu)化了LM2596的性能，以及輸出電壓的穩(wěn)定性[3]。

4.3 驅(qū)動(dòng)模塊

水泵以及電磁閥均使用L298N芯片作為驅(qū)動(dòng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是發(fā)熱低、抗干擾能力強(qiáng)、工作電壓高、輸出電流大，內(nèi)部含有兩個(gè)H橋，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、水泵以及電磁閥。工作原理：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為7—12V時(shí)，可以使用5V邏輯供電，并可以同時(shí)供外部傳感器使用。同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)時(shí)，使能端ENA、ENB可以控制IN1、IN2、IN3、IN4輸入PWM信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

4.4 超聲波模塊

主要由接收、發(fā)射與控制電路組成，可以測量2cm-400cm的非接觸式的距離，其精度可達(dá)到3mm，四個(gè)接口分別為：VCC、GND、TRIG、ECHO。其自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40KHZ的方波，返回信號自動(dòng)檢測。當(dāng)信號返回時(shí)ECHO為高電平，高電平的時(shí)間即為發(fā)射到返回的時(shí)間。

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件使用C語言編寫而成，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，以主程序?yàn)楹诵?，設(shè)計(jì)了單片機(jī)初始化模塊、速度控制模塊、方向控制模塊、串口發(fā)送模塊、液晶顯示等模塊。在整體機(jī)械和硬件都設(shè)計(jì)好了之后就是軟件的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的調(diào)試。

參考文獻(xiàn)：

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