擦玻璃機器人的設(shè)計

林醒 張昊 尹康 楊洋 嚴(yán)建強

緒論

機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。

研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn);生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度;編制和貫徹制造工藝;設(shè)計和制造工具、模具;確定勞動定額和材料定額;組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運;對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。

1 應(yīng)用機器人的意義

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機器人也越來越多的地被應(yīng)用。在機械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機械加工、裝配、檢驗、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。

在機械工業(yè)中，應(yīng)用機器人的意義可以概括如下：

一、以提高生產(chǎn)過程中的自動化程度

二、以改善勞動條件，避免人身事故

三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)

2 本課題研究的內(nèi)容

本論文主要研究運用SolidWorks對擦玻璃機器人進行設(shè)計。在設(shè)計過程中，了解擦玻璃機器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。

本文的設(shè)計目標(biāo)是設(shè)計一種擦玻璃機器人，該機器人能夠?qū)崿F(xiàn)隨機清掃，交叉清掃，床底清掃，防撞等等多種功能，其研究內(nèi)容包括：

（1）功能分析與方案設(shè)計;

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維造型;

（3）控制系統(tǒng)設(shè)計。

3擦玻璃機器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 擦玻璃機器人的總體方案

本次設(shè)計的擦玻璃機器人采取的方案是：在機器人的兩側(cè)各布置一組毛刷，成對稱分布，通過電動機通過傘齒輪傳動控制動力輪轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)機器人的移動動作。根據(jù)控制方法的不同，機器人的轉(zhuǎn)速或者方向也有所不同。整機采用成本低廉且經(jīng)久耐用的塑料作為材料，經(jīng)過噴漆噴塑處理后在外觀上面得到了一定的保證。其具體方案布局圖如下：

3.2 擦玻璃機器人的工作原理

本次設(shè)計的擦玻璃機器人的工作原理為：通過電動機通過傘齒輪傳動控制動力輪轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)機器人的移動動作，根據(jù)控制方法的不同，機器人的轉(zhuǎn)速或者方向也有所不同。1、清掃模式：隨機清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實現(xiàn)全方位立體清掃;

2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實現(xiàn)對房間地形的重構(gòu)，自動規(guī)劃清掃路線;

3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測;

4、創(chuàng)新功能：灰塵量識別，實現(xiàn)床底清掃，手機遙控模式，尖端氣流濾塵

技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測與提醒;

5、其他基礎(chǔ)功能：自動返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測

4 機械系統(tǒng)設(shè)計

4.1擦玻璃機器人的功能概述

本次設(shè)計的擦玻璃機器人，主要具有如下功能：

1、清掃模式：隨機清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實現(xiàn)全方位立體清掃;

2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實現(xiàn)對房間地形的重構(gòu)，自動規(guī)劃清掃路線; 3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測;

4、創(chuàng)新功能：灰塵量識別，實現(xiàn)床底清掃，手機遙控模式，尖端氣流濾塵技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測與提醒;

5、其他基礎(chǔ)功能：自動返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測。

4.1.1 擦玻璃機器人的清掃模式

清掃模式包括隨機清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點清掃、預(yù)約清掃等。 隨機清掃是指根據(jù)地面狀況在其他幾種清掃模式之中進行切換;螺旋式清掃是指繞圈清掃的模式; 交叉清掃是指在不同的區(qū)域之間交叉穿梭來清掃，也可以稱為Z字形清掃; 沿邊清掃是沿著房間的邊界進行清掃; 定點清掃是指在指定的位置小范圍內(nèi)清掃; 預(yù)約清掃是指每天在指定的時間自動清掃，可以預(yù)約一次和一周內(nèi)任意預(yù)約清掃時間，可以放心上班和出差，也可以自動打掃。

4.1.2 智能導(dǎo)航系統(tǒng)

擦玻璃機器人的智能導(dǎo)航實質(zhì)就是路徑自動規(guī)劃。擦玻璃機器人路徑自動規(guī)劃有兩種方法：：隨機式全區(qū)域覆蓋和規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋。隨機式全區(qū)域覆蓋方法控制簡單，不需要很多的硬件，軟件編程也簡單，易于實現(xiàn)。但其缺點是移動機器人運行軌跡重復(fù)性較大，且運行軌跡不能較快地、充分地覆蓋整個區(qū)域，這種路徑規(guī)劃只考慮完成任務(wù)，沒有考慮到時間消耗和能量消耗情況，因此選擇規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋方法。此設(shè)計中選擇往返式路徑規(guī)劃方法。往返式路徑規(guī)劃清掃路徑的規(guī)則為當(dāng)擦玻璃機器人置于室內(nèi)時，可通過超聲波測距傳感器的信息來判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在房屋中間，則先設(shè)為它沿某一方向運動到靠近墻邊的某一點。機器入就可從墻邊的某一點開始，按順時針方向繞墻運動一周，先對室內(nèi)墻邊地面進行一次預(yù)清掃。擦玻璃機器人在繞完一圈后再向左或向右行走到墻壁的最左端或者最右端，以此來作為它清擋路徑的起始點，也即絕對坐標(biāo)的原點。

4.2擦玻璃機器人的智能控制系統(tǒng)

擦玻璃機器人在工作過程中難免遇到各種障礙物，如果不及時躲避障礙物，將影響擦玻璃機器人正常工作。因此在擦玻璃機器人內(nèi)部安裝三個超聲波測距傳感器，用來檢測擦玻璃機器人行進路線上是否有障礙物。

超聲波是一種一定頻率范圍的聲波。它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。利用這一特性，就可以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之間的時間間隔，從而達到測量距離的作用。避障功能的實現(xiàn)正是利用了這一超聲波測距的原理。

結(jié)? 論

在這段時間學(xué)習(xí)中，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，本文所設(shè)計的是擦玻璃機器人的設(shè)計，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好。

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