墙壁清洁机器人

墙壁清洁机器人的设计

第一章绪论

1.1 课题的背景、目的及意义[1]

壁面清洗爬壁机器人属于移动式服务机器人的一种，可在垂直壁面或顶部移动，完成其外表面的清洗作业。在工业机器人问世30多年后的今天，它已被世人看作是一种生产工具，在制造、装配及最近在服务行业，机器人的应用取得了明显的进步，由于传感器、控制、驱动及材料技术领域的进步，通过智能机器人系统，首次在制造业领域以外开辟了机器人应用的新领域，让自主机器人作为“人的助手”，使人们的生活质量得以提高。目前在许多领域已经进行了很大的努力来开发服务机器人系统，并力争在较大范围内使用它们。这些机器人系统尽管有不同的应用领域，但它们所从事的工作则仅限于以下几种：

1.维护保养

2.修理

3.运输

4.清洗

5.保安及救援

6.数据采集

7.其它

在服务行业使用的机器人，要求所提供的服务技术含量较高，实现的可能性较大，还要求它的市场潜力大，对用户有使用价值，对经营者有经济效益。与普通工业机器人领域不同，服务机器人是一种只适合于具体的方式、环境及任务过程的机器人系统。物体及平面清洗用的机器人是急待开发的服务机器人之一。现代城市高楼林立，以15－30层楼居多，高达近百米，壁面多数采用瓷砖结构和玻璃幕墙结构，有的还敷设塑铝板等，常年裸露在外，需要进行许多壁面维护工作。目前这类工作仍由清洗工人搭乘吊缆进行高空作业来完成，既危险、工作效率又低，对人身安全、玻璃壁面都有很大的威胁性，如图1－1所示。越来越多的高层建筑在设计初期便将清洗问题考虑在内，尤其是很多瓷砖、玻璃壁面表面平整、不大的障碍，非常适合于采用壁面清洗机器人进行清洗。

爬壁清洗机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，具有一定的社会、经济意义和广阔的应用前景。该项目的研制成功，将会实

现清洗作业的自动化，给清洗作业带来一次新的革命。同时通过更换周边设备可适应其它的操作任务，其主要系统壁面移动机器人载体可深入应用到核工业、石化、消防、造船等行业，机器人装备摄像机、超声波传感器等可对核废液储罐、轮船等建筑物外壁进行检查、测厚及焊缝探伤等，若装备喷砂、喷漆机构可对金属罐壁进行喷砂除锈、喷漆防腐等操作，还可喷涂巨幅壁画，装上温度传感器、摄像机等可从高楼上对火情作出判断，传递救援物资等。

图1－1工人清洗建筑高层壁面

1.2 爬壁机器人的分类及特点

机器人能够在壁面上自由移动并且进行作业，必须具备三大机能，即吸附机能、移动机能、作业机能，爬壁机器人主要按吸附和移动机能来进行分类。

1）按照吸附机能分类，爬壁机器人可分为：真空吸附、磁吸附和推力吸附三类。

真空吸附是通过真空发生装置，使吸盘内腔产生负压，机器人利用吸盘内外的压力差贴附在壁面上。真空吸附法由于不受壁面材质的限制，适应范围广，但当壁面凹凸不平时吸盘容易漏气，从而吸附力下降，承载能力降低。

磁吸附法要求壁面必须是导磁材料，但它结构简单、吸附力大，对壁面的凹凸适应性强，不存在真空吸附法的漏气问题，因而当壁面材料导磁时，使用磁吸附式爬壁机器人有它突出的优点，磁吸附法又分为永磁体和电磁体两种产生磁力的方式。

推力吸附借鉴力航空技术，使用螺旋桨或涵道风扇产生合适的推力，使机器人稳定、可靠的贴附在壁面上，并在壁面上移动。这种吸附方式具有壁面适应性好，越障容易等优点，但控制系统复杂。这种吸附方式的典型代表是日本西亮教授1990年推出的一种推进型壁面移动机器人。

三种吸附方式的具体比较见表1－2.

表1–2 爬壁机器人三种吸附方式的比较

2）按照移动方式分类爬壁机器人可分为车轮式、履带式、脚足式。三种移动方式的比较见表1－3.

表1–3 爬壁机器人三种移动方式的比较

不同的贴附方式和移动方式可以组成多种不同功能和用途的爬壁机器人，如负压吸附车轮式爬壁机器人，负压吸附履带式爬壁机器人，负压吸附多足式爬壁机器人等。每一种形式的爬壁机器人都各有其特点，分别适用于不同的场合，选用时需根据具体的使用条件

进行不同的选择。

1.3 爬壁机器人的用途[2]

近几年来，机器人在各个领域中得到广泛的应用和发展。其中，爬壁机器人是能够在垂直陡壁上进行作业的机器人，它作为高空极限作业的一种自动机械装置，越来越受到人们的重视。概括起来。爬壁机器人主要用于：

（1）核工业：对核废液储罐进行视觉检查、测厚及焊缝探伤等；

（2）石化企业:对立式金属罐或球形罐的内外壁面进行检查或喷砂除锈、喷漆防腐；

（3）建筑行业：喷涂巨型墙面、安装瓷砖、壁面清洗、擦玻璃等；

（4）消防部门：用于传递救援物资，进行救援工作；

（5）造船业：用于喷涂船体的内外壁等。

1.4 爬壁机器人的发展概况

1.4.1国外爬壁机器人的发展概况

1.真空吸附爬壁机器人发展概况

〈1〉单吸盘爬壁机器人发展概况

1966年，日本大阪府立大学工学部的西亮讲师成功研制了世界上第一台垂直壁面移动机器人的原理样机，并于1975年制作了以实用化为目标的第二号样机，如图1－4所示。该机器人采用单个大吸盘结构，利用电风扇进气侧低压作用产生吸附力，使机器人可靠贴附在壁面上；利用履带机构实现爬壁机器人在垂直壁面上的移动功能。

1990年，俄国机械科学研究院研制成功了一种用于清洗作业的单吸盘爬壁机器人，如图1－5所示。它采用单吸盘结构，吸盘内有移动结构、清洗作业装置以及控制单元。真空由直接与真空室相连的螺旋风扇形成，真空室四周围有密封性良好的弹性材质，工作时最大真空压力为0.007MPa，两对独立驱动的车轮实现机器人在壁面的移动和转向机能，在机器人本体上装有用来控制、调节真空吸盘真空度的真空传感器。

图1–4西亮的二号机器人图1–5俄国的清洗机器人综上所述，单吸盘爬壁机器人都有一个共同的特点，即皆有与壁面间存在相对滑动的单一真空吸盘或是机器人自身机壳的密封装置同壁面形成一个真空室，这种形式的爬壁机器人可实现小型化、轻量化、结构简单、易于控制；但要求壁面有一定的平滑度，越障能力差，对于复杂壁面环境或者遇到较大的沟槽、凹凸时，吸盘内的负压难以维持，且由于存在相对滑动，吸盘裙边磨损厉害。

〈2〉多吸盘爬壁机器人发展概况

1982年，日本宫崎大学的西亮教授研制出了双足爬壁机器人，如图1－6所示。这种机器人结构简单，对复杂壁面环境具有良好的适应性，它是靠安装在腿末端的吸盘产生的吸附力贴附在壁面上的，吸盘内的负压由抽风机产生；通过两条腿的交替吸附实现机器人在壁面上的移动，移动时通过脚腕的倾斜与圆规脚开闭的适当组合，便可以翻越一定高度的台阶，进而再与脚腕的回转相组合，就能实现多种壁面环境下的移动。但由于腿长、重心高，在垂直壁面或天花板移动时，有一定的危险性。

近几年来，英国南岸大学继研制出四足壁面步行机器人RobugⅡ后，又开发了Robug Ⅲ型爬壁机器人，如图1－7所示。该机器人有八条腿，类似巨型蜘蛛，研制者计划用于抢险营救工作中。Robug Ⅲ能进行地面到壁面、壁面到天花板等多种工作面之间的转换，能够跨越楼梯等障碍。

图1–6双足机器人图1–7 RobugⅢ爬壁机器人综上所述，多吸盘真空吸附式爬壁机器人，负载能力较大，对壁面适应能力好，但其

结构比较复杂，控制不方便。

2.磁吸附爬壁机器人发展概况

如果壁面材料为导磁材料时，采用磁吸附有很大的优点。

1984年，日本日立制作所的内藤绅司等人研制了脚式磁吸附爬壁机器人，如图1－8所示。它配有永磁体的8只脚，通过内侧四只脚和外侧四只脚的交替吸附于壁面，实现机器人在壁面上的前进后退移动，通过内框和外框之间的相对转动，实现机器人的转向，每条腿对于壁面可以作直线运动。

日本钢管株式会社开发了车轮型磁吸附爬壁机器人，如图1－9所示。它可以吸附在各种大型构造物上，如：油罐、船体等，用于代替人工进行检查或修理作业，两台直流电机分别驱动左右两组车轮单元，手臂用来夹持作业工具，机器人靠磁性车轮贴附在壁面上，具有行走平稳，移动速度快，壁面适应能力强等特点。

图1–8脚式磁吸附爬壁机器人图1–9车轮式磁吸附爬壁机器人

3.其他类型的爬壁机器人发展概况

磁吸附式的爬壁机器人受壁面材料特性的限制，真空吸附式的爬壁机器人受壁面凹凸和多孔状况的限制，为进一步解脱种种限制，人们研制了其他形式的机器人，如飞行式爬壁机器人、绳索牵引式爬壁机器人等。1995年，日本宫崎大学的西亮教授研制成功了用螺旋桨驱动的飞行爬壁机器人，如图1－10所示。该机器人采用汽油发动机驱动两个螺旋桨产生向上的推力和指向壁面的贴附力。1997年，他们又开发了一种能够作短暂飞行后贴附在壁面上的爬壁机器人，如图1－11所示。该机器人有两个主螺旋桨提供推升力，八个小螺旋桨控制机器人的飞行姿态，该机器人几乎能够在任何工况下进行工作，用无线电进行遥控操作。

图1–10推力型爬壁机器人图1–11飞行机器人

1.4.2国内爬壁机器人的发展概况

上海大学特种机器人技术应用研究室研制开发了多层框架、多真空吸盘式爬壁机器人系列，如图1－12所示。该机器人由三层框架组成，内外框分别可以相对于中间框架作直线运动，中间框架带着外框架可作相对于内框架的回转运动，内外框架上各装备有四个真空吸盘，通过内外吸盘的交替吸附使机器人在壁面上自由运动。

北京航空航天大学机器人研究所研制了壁虎系列爬壁机器人,如图1－13所示.该机器人采用双层十字框架本体结构,通过十字框架中间的相对运动,完成机器人的上下、左右运动，八只吸盘分两组与十字框架相连，通过吸盘的交替吸附实现机器人的贴附和移动功能，通过吸盘相对于壁面伸缩运动，实现机器人的越障功能。该机器人系统是针对清洗高大建筑物的目的开发的。

图1–12壁面清洗机器人图1–13十字框架型壁面清洗机器人

1.5 壁面清洗技术的发展概况

壁面清洗机器人的技术关键在于爬壁机器人技术（包括壁面吸附技术和壁面移动技术）、清洗作业技术以及机器人技术与作业技术的集成等。要解决壁面自动清洗问题，开

展清洗作业系统本身的研究是十分必要的。要解决壁面清洗机器人系统的实用化问题，关键在于清洗效率和清洁度问题，要开展壁面清洗全部过程一起研究。

壁面清洗装置从人工的“抹布＋清洗液”方式发展到现在提出的实现壁面自动清洗，有很大的难度。现在楼宇壁面的清洗作业一般是由人工抹洗作业或利用吊缆作业完成的。随着高层建筑的兴起，市场对壁面清洗机器人的需求正日益增强，目前世界上多家研究机构都在进行这方面的研究。

日本BE公司研制成功了一种固定轨道式全自动擦窗机器人，如图1－14所示。它以预先铺设在壁面上的导轨为约束以及路径引导，靠安装在楼顶的屋顶小车来实现水平和垂直移动，清洗机构带有多个旋转盘刷，清洗速率1～10m/min,清洗方式为：水喷淋＋盘刷刷洗＋刮板刮洗方式，清洗高度可达250m,清洗窗幅范围：500～3600mm，可跨越200mm的障碍。该设备的自动化程度和效率都很高，价格也很昂贵，另外，该设备是针对每一座建筑物的，要求在建筑物设计之初就将擦洗系统考虑进去，铺设相应的轨道，它无法适应阶梯状造型的壁面，也不能适用于已经使用的没有铺设轨道的楼宇。

德国IPA也研制成功了一种清洗建筑物玻璃壁面的自动系统，如图1－15所示。该机器人的清洗作业装置悬挂在水平的横向导轨上，可沿导轨左右移动，横向导轨可沿垂直导槽上下移动，从而完成对整块玻璃的清洗。

图1–14固定轨道式自动清洗装置图1–15 IPA壁面自动清洗系统

壁面清洗机器人的研制犹如雨后春笋，新的设计方案层出不穷。在目前，壁面清洗机器人面临几个技术难点：

1）吸附及密封技术：面对复杂的壁面环境，要求吸附机构必须产生一定的吸附力，并能够维持之，使机器人安全可靠地吸附在工作壁面上。

2）移动技术：移动机构要小型、高效，使机器人可以在壁面上移动，并可灵活、自如调节行走的速度和方向，具有较强的越障能力。

3）控制技术：必须保证信号通讯的实时性，可靠性。控制机器人的整体工作，进行故障诊断和综合管理，实现机器人各部分的协调工作和配合。

4）清洗机构的设计：设计安全有效的清洗机构，识别清洗质量，达到令人满意的清洗效果。

这些难点是目前阻碍壁面清洗机器人向实用化方向发展的瓶颈。需要相对长的时间加以解决。

1.6 本文的主要研究内容

“墙壁清洁机器人作业系统”研究的目标是为城市楼宇清洁提供一种能够进行高楼瓷砖壁面和玻璃墙幕面清洗的自动化设备，具体研究了以下几个方面的内容：1）机器人的移动技术。机器人要完成自动清洗壁面的任务，必须具有在保持机体姿态不变的情况下，能够在壁面上移动的功能，需要解决的关键技术是运动机能的实现方式和运动控制。

2）机器人的吸附技术。为实现机器人沿壁面的垂直运动，必须使机器人能够可靠的贴附于墙面，从而才能进行清洗作业。

3）机器人清洗作业装置。清洗装置设计的好坏，直接关系到清洗作业的效果。设计一种在冲洗、刷洗和刮洗之间能互换的壁面清洗作业装置，以实现彻底高效的清洗壁面的目的，并且能够收集清洗后形成的污水，防止污水再次污染已被清洗过的壁面。

4）机器人的控制系统研制。控制系统要适应清洗作业的现场工作环境，必须保证高可靠性、制作方便等功能。采用可靠性高的工业用PLC作为机器人的主控制器，主控制器安装在机器人本体上，操作者在地面进行遥控操作。

第二章墙壁清洁机器人的方案设计

2.1 设计方案的确定[6]

近年来城市建设迅速发展，高层建筑如雨后春笋，迅速拔地而起，随之带来的是如何保持壁面的清洁问题。为解决这一问题，市场上也相继出现了不同的壁面清洗作业的自动化工具。有靠磁吸附的爬壁机器人，有气动多吸盘的爬壁机器人等等。其实要研制高层建筑壁面清洗爬壁机器人的技术难度很大，这是因为：

1.建筑物外墙结构形状复杂，材料多种多样。设计一种能适应多种建筑结构外形和材料的机器人是十分困难的。

2.壁面有沟缝和凸起物。为了实现既吸附可靠又移动灵活的爬壁机器人，需要解决诸如密封技术、跨越技术、移动技术等问题。

3.遥控技术。由于高层建筑物的楼层都很高，如何进行遥控，采用有线方案还是无线方案。

4.高效清洗机构的设计。清洗壁面的工艺必需高效合理，适应这种工艺的清洗机构必需轻巧、实用。为减轻机器人负荷，清洗机构在不使用是需要抬起。

5.控制系统的小型化。由于在室外使用，机构越少越好。如果系统带一个大的控制柜到现场，很不方便。如果能使之小型化、直接由机器人自带，减少一个控制柜，必然有很大的实用价值。

总之，要研制一台工程实用的壁面清洗机器人决非易事。

2.1.1驱动方式的选择

机器人常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。这三种方法各有所长，各种驱动方式的特点见表2－1：

表2－1三种驱动方式的特点对照

经过以上的比较，故本设计采用气压的驱动方式。

2.1.2控制方式的选择

由于机器人需要实现遥控的控制方式，故选择PLC控制。PLC作为用于工业生产过程控制的专用计算机，与商用、家用微机不同。由于控制对象的复杂性、使用环境的特殊性和工作运行的连续性，使PLC在设计上有许多特点：

1.可靠性高、抗干扰能力强

2.适应性好

3.丰富的I/O模块

4.编程简单、直观

5.采用模块化结构

6.系统设计调试周期短

在经过二十多年的发展，PLC由于这些特点已经渗透到工业控制的各个领域，而且功能越来越完善，不仅有逻辑控制、顺序控制，还有PID控制，数据处理及通讯和联网等的能力。

2.1.3清洗方式的选择

等离子清洗技术、超声波清洗技术、激光清洗技术以及高压谁射清洗技术是近年发展起来的新型清洗技术。等离子清洗技术具有经济性好、无环境污染的特点，但主要用于去除油脂的碳水化合物污垢。超声波清洗技术具有清洗速度快、质量好的优点，同时特别适合复杂表面的清洗，但清洗过程中产生的噪声非常大，且对清洗对象表面具有很大的局部冲击力，并要求被清洗的表面充分接触清洗介质，从而大大限制其应用范围。激光清洗技术是一种“绿色”清洗技术，具有无污染、无噪声的优点，但对清洗对象以及污染的激光吸收系数有严格要求，当污染成分结构复杂时，难以一次性清除干净，同时对激光频率和能量大小的控制要求很高。随着高压水泵技术的日臻成熟，高压水射流清洗技术也有了很快的发展，该技术的特点是清洗速度快、效率高、效果好，但能源利用率较低、耗水量大，限制了其在壁面清洗机器人中的应用。

机械力清洗是一种成熟可靠的清洗方法，易于实现自动化清洗工艺，非常适合于壁面清洗机器人的清洗。

2.2 机器人系统的组成

墙壁清洁机器人系统的首要目标是机器人系统爬行的可靠和灵活、清洗作业装置的高效率，在此基础上，尽可能使系统小型化、轻量化、操作合理方便，并且有较高的爬升和壁面适应能力。其机器人系统的总体简图如图2－2所示，主要包括爬壁机器人本体、控制系统、清洗作业装置、固定夹紧装置四大部分。

无杆气缸刷子

双作用气缸滑块

无杆气缸双作用气缸底板

双作用气缸

钢丝绳

图2－2 机器人系统简图

2.2.1.机器人本体

墙壁清洁机器人本体是机器人壁面自动清洗系统的核心部分，包括移动装置和清洗装置。本系统采用气缸推动方式来实现机器人沿壁面的上下移动。采用两个双作用气缸，垂直安装，缸体和活塞分别固定，从而来推动整个机器人的向上爬升。它的整个爬升距离于刷子的长度一样，依靠无杆气缸活塞块的移动来带动滑块，在滑块上安装有刷子，从而使刷子左右移动，达到清洗壁面的目的。 2.2.2.清洗作业装置

清洗作业装置是进行壁面清洗作业的具体执行机构，由供水装置、滚刷、污水存储箱等机构组成。从提高清洗效率和效果的角度考虑，我们采用滚刷刷洗的清洗作业方式，为防止清洗后形成的污水再次污染壁面，必须及时回收污水，从污水回收和机构的紧凑角度 考虑，我们把清洗作业装置安装在下底板上。整个污水回收装置是簸箕形的，当刷子洗刷的时候，接水装置就紧靠墙壁上，回收污水，然后经由排水管流回地面的污水存储箱。

2.2.

3.夹紧固定装置

整个机器人系统是窜在两根钢丝绳上的，上下左右共有八个双作用气缸。当上面的四个气缸松开时，整个机器人的上半部分，包括无杆气缸和清洗装置就由中间的两个双作用推动着向上爬升，当活塞运动到终端时，四个气缸又夹紧钢丝绳。然后下面的四个气缸接着松开，由中间的气缸的缸体拉着下面的整个底板上升，上升到终端时，四个气缸就马上也夹紧。

第三章墙壁清洁机器人的结构设计

3.1 机器人的总体结构组成

墙壁清洁机器人本体是执行高楼外墙壁面清洗任务的移动平台和任务搭载平台，是机器人壁面自动清洗系统的核心部分，要求移动灵活，安全可靠，小巧轻量，其设计的好坏是评价整个系统性能优劣的重要指标。本文设计的墙壁清洁机器人有一下3部分组成：

1.机器人的整体移动部分

2.机器人的定位夹紧部分

3.机器人的清洗作业部分

壁面清洗机器人的基本功能是吸附功能和行走功能，因为工作壁面会有凹凸不平的情况，工作环境比较复杂，因此对壁面机器人有以下几点要求：

（1）应具有一定的吸附力，其产生的摩擦力能够大于机器人的重力，防止坠落；

（2）应保持一定的驱动力，能够使机器人在壁面上自由移动；

（3）具有一定的抗倾覆能力，由于作业环境和作业性质的特殊性，机器人必须要有一定的适应壁面凹凸不平的能力。

因此针对上述要求，进行机器人的设计主要是对机器人的行走方式和吸附方式的设计。

3.2 爬壁机器人本体结构[8]

3.2.1.需实现的功能

1）行走功能在粉墙、玻璃等墙面上通过遥控操作实现自由移动。

2)吸附功能工作时能可靠贴附于壁面。

3）越障功能移动过程中可以越过一定的窗框类规则障碍。

3.2.2.爬壁机器人本体结构形式

从第一章的论述中可以知道，机器人在垂直陡壁上进行清洗作业是十分困难的，特别是高层建筑壁面形状复杂，且瓷砖壁面和玻璃幕壁面都有沟槽。爬壁机器人具有许多不同的结构形式，如：单吸盘真空负压轮式爬壁机器人，单吸盘真空负压履带式爬壁机器人，多吸盘真空吸附或磁吸附框架式爬壁机器人，推力附着式爬壁机器人等等。在本课题的研

究中，由于机器人壁面自动清洗系统的作业环境是城市高层建筑的外墙面，一般为非导磁材质，从吸附吸附方式上考虑，现有的技术一般为真空吸附、推力贴附、粘着吸附和固定导轨约束。推力贴附结构复杂，控制困难，还处于应用研究阶段，技术不成熟；粘着吸附的移动机理和粘着剂研制尚处于研究阶段，技术很不成熟；固定轨道约束方式现阶段在某些高楼上有应用，如上海的金茂大厦，但这种方式必须在建造高楼时就把楼宇的清洗考虑进去，显然不适应用于造楼时没有预设轨道的楼宇，而且铺设轨道的成本也是相当高的。为适应高层建筑壁面的外形和材质，所以综合考虑，本爬壁机器人采用钢丝绳悬吊的形式。墙壁清洁机器人本体是壁面自动清洗系统的重要组成部分，它主要用来携带清洗作业装置在壁面上移动以实现对壁面的清洗。机器人的移动系统采用了气动的驱动方式，其结构简图如图3－1所示。它是依靠两个双作用气缸，缸体和活塞分别固定，依靠气体的推了来使机器人的整体向上爬升。

钢丝绳

清洗装置部分

双作用气缸

下底板

图3－1本体移动结构简图

3.3 机器人的定位夹紧结构

机器人的定位夹紧装置是用来使机器人的本体保持稳定的姿态，从而能进行平稳、可靠的清洗工作。另外也起到防止机器人掉落的作用。其结构简图如图3－2所示。

双作用气缸

钢丝绳

钢丝绳

双作用气缸

钢丝绳

图3－2夹紧装置简图

3.4 机器人的清洗装置结构

3.4.1.机器人实现有效清洗的条件

无论是人工清洗还是机器人清洗，有时不可能只用一种方法，而是几种方法的混合。机器人清洗不同于人工清洗，由于是自动化设备，其清洗过程是在机器人运动过程中一次完成的，因此会涉及以下一些问题：

1.清洗的洁净度。如何获取“洁净度”信息以及如何利用这一反馈信息控制清洗机构来达到干净清洗的目的。

2.清洗压力的控制与检测。清洗时必须具有一定的压力，并且压力要随着清洗机构的工作实现主动或者被动控制。

3.清洗机构的多功能、一体化设计。根据现在的研究方向和市场需要，清洗装置必须集洗刷、喷水、污水回收等一体化。

对于清洗机器人，它的设计原则是：清洗要达到清洗表面质量的一致性和高清洗效率。此外设计清洗机构时，还要考虑清洗机构与机器人本体的相互匹配性以及在实际工作环境下的可操作性。

清洗作业系统是壁面清洗作业的执行系统，由无杆气缸、刷子、滑块、污水回收装置组成，其简图如图3－3所示。

无杆气缸

刷子

双作用气缸

滑块

污水回收装置

无杆气缸

图3－3清洗装置简图

3.4.2.滚刷结构

壁面清洗机器人的作业对象是高楼大厦的外墙面。常见的大厦外墙多以平面、柱面、锥面等规则几何现状组成。其中平直壁面是最为量大而广的，因此我选择滚刷作为它的清洗方式。如图3－4所示，滚刷的长度L=300mm,猪鬃通过粘胶固定在尼龙筒壁的穿制孔中。地面通过水管把水送到滚刷上，然后依靠滚刷的滚动来刷洗墙面。

图3－4滚刷结构

3.4.3.污水处理系统

滚刷擦洗壁面后，在壁面上会有残留液珠。残留液珠中存在大量的矿质微粒，为保证清洗完的壁面不再受到二次污染，在滚刷下面设计有接水槽。污水流进接水槽后，在通过水管流回地面的污水箱中。

3.4.4.清洗工艺分析

清洗作业的指标主要有三个：

1）清洗速度。清洗速度以每分钟的清洗面积来衡量，由于滚刷的长度对于一个设计好的清洗机器人而言是定值，所以考虑该指标只需检测机器人的移动速度即可。

2）清洗作业过程的顺利性和连续性。该指标可以从清洗作业的直观得出，主要考察机器人越障时的工作情况。

3）清洗的清晰度。壁面清晰度既受清洗机器人各参量的变化的影响，同时也受外界因素的影响。当壁面清晰度达到一定程度时，周围环境因素占主导地位，此时，通过提高清洗的清晰度已失去实际意义。所以我们以环境中肉眼认可的清晰度为标准，采用比较检测法，来认定清洗质量的合格与否。

第四章墙壁清洁机器人气动系统设计

4.1 气动原件的选择

4.1.1.气缸的选择[4][7]

1.2.1安装形式的选择

安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下，多用固定安装方式：轴

向支座（MS

1式）前法兰（MF

1

式）、后法兰（MF

2

式）等；在要求活塞直线往复运动的同时

又要缸体作较大圆弧摆动，可选用尾部耳轴（MP

4或MP

2

式）和中间轴销（MT

4

式）等安装

方式；如需要在回转中输出直线往复运动，可采用回转气缸。有特殊要求时，可选用特殊气缸。

1.2.2输出力的大小

根据工作机构所需力的大小，考虑气缸载荷率确定活塞杆上的推力和拉力，从而确定气缸内径。

气缸由于其工作压力较小（0.4～0.6MPa），其输出力不会很大，一般在10000N（不超过2000N）左右，输出力过大其体积（直径）会太大，因此在气动设备上应尽量采用扩力机构，以减小气缸的尺寸。

1.2.3气缸行程

气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构，为保证夹紧效果，必须按计算行程多加10～20mm的行程余量。

1.2.4 气缸的运动速度

气缸的运动速度主要由所驱动的工作机构的需要来决定。

要求速度缓慢、平稳时，宜采用气液阻尼缸或采用节流调速。节流调速的方式有：水平安装推力载荷推荐用排气节流；垂直安装升举载荷推荐用进气节流。用缓冲气缸可使缸在行程终点不发生冲击现象，通常缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果才明显。如果速度高，行程终端往往会产生冲击。

1）推动机器人上升的气缸

此气缸是实现机器人的上升与下降的，共有2个气缸。它的缸体和活塞杆分别固定在

机械毕业设计936家用清扫机器人设计

编号： 本科毕业设计（论文） 题目：家用扫地机设计 Design of household cleaning machine 下属学院理工学院 专业机械设计制造及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师 完成日期2014 年 4 月9 日

摘要 【摘要】随着人们生活水平的提高，越来越多的人由于生活压力的增加而不愿过多的做一些家中的清洁工作，所以本设计是为了帮着人们从一些繁杂的家务事中解脱出来，去做相对更重要的事情。本次设计的是一款在一般家庭中能帮着清扫地面卫生的家用扫地机。本文主要是对家用扫地机的内部结构的设计，具体有行走机构、清扫机构、吸尘机构、垃圾存储机构的设计，通过对各种结构中的各种方案进行对比分析，从中选取一种最适合本次设计的结构，再对各个结构中的一些零件进行选择和校核，同时也对各部分机构进行了材料的选择，最终完成了本次设计。 【关键词】家用扫地机；清扫机构；吸尘机构

Abstract 【ABSTRACT】Enter since twenty-first Century, with the rapid development of science and technology gradually, intelligent robot has become a research topic. Among them, the intelligent robot service type is a hot topic in the research project. Therefore, summarizes several reasons of service robots appear: one is the rise in labor costs, many enterprises are unable to find suitable workers, therefore appeared different degree of labor shortage; two is the people's living standard improves, more and more people are willing to spend money to buy intelligent robot to help with housework at home; three is now more and more young people to live in the hard, have no time to care for the elderly, and the old man's demand for service robots and young people to take better care of them, which will give service robot very good market prospects. This design is to design a small, convenient. Intelligent household sweeper. 【KEYWORDS】Household sweeper; sweeping mechanism; suction mechanism

国内扫地机器人十大排名 实力品牌详解

国内扫地机器人十大排名实力品牌详解 智能家电是市场需求下的智慧产物，它能给人们的生活带来便利，扫地机器人是其中较为典型的代表，其起源可以追溯到欧洲，由于智能家居理念进入中国较晚，扫地机器人在国内也是在近几年才开始被广泛使用，不过幸运的是如今的技术更为成熟。随着扫地机器人市场的打开，越来越多的同类产品出现在市面上，品牌种类也越来越多，很容易让人挑花眼，为了方便消费者的选择，以下是根据产品口碑和销量整理的国内市场十款较为有实力的扫地机器人品牌。 一、斐纳TOMEFON 斐纳TOMEFON源自德国，始创于1976年，致力于室内净化领域已经有40 多年的成功历史，欧洲作为智能家居的起源地，斐纳TOMEFON在该领域的品牌知名度较高，是欧洲家庭购买扫地机器人的首选品牌，常年位于销量榜首。斐纳TOMEFON旗下的扫地机器人因高颜值外表夺人眼球，高性价比虏获人心，最终以过硬的质量和极佳的清洁体验获得消费者的高度认可

二、iRobot 仅次于斐纳TOMEFON位于第二名，iRobot是美国著名的扫地机器人品牌，可有效清洁地板、地砖或地毯上的灰尘、毛发等，清扫轨迹遍布整个房间包括家具底部、墙根等平时难以触及的地方。2个虚拟墙可设置清洁区域，自动检测不同地面转换4种不同的清扫模式，有自动回归基座自动返回充电。虽是美国品牌，旗下扫地机器人还内置中文语音操作，十分方便。 三、普桑尼克 台湾品牌，依托于台湾工研院的技术，采用IPNAS无线载波导航规划系统，

先利用无线载波室内定位技术，为全屋提供0.3厘米精度定位信息，大范围精准定位，后启用HSIR+多点矩阵构图系统与双侦测科技的联合运用，实现全屋环境的地图规划。 四、科沃斯 中国知名扫地机器人品牌，新品搭载蓝鲸清洁系统2.0，采用创新恒压浮动抹布，可弹性紧贴地面，深度清除顽固污渍，可用手机智能调节水量，根据家中的地面情况选择高中低三档出水，可应对大户型的湿拖。机身底部滚刷吸口可切换，面对宠物的毛发清洁可轻松解决，并无惧灰尘。

清洁机器人系统设计

本科毕业设计（论文）清洁机器人系统设计 学院信息工程学院 专业测控技术与仪器 （光机电一体化方向）年级班别 2011级（1）班 学号 学生姓名 指导教师 2015 年 5 月

摘要 清洁机器人结合了传感器、移动机器人技术等多个领域的关键技术，实现对室内环境的半自动或全自动清洁，替代了传统的人工清洁工作，具有十分广阔的市场前景。 本文首先综述了清洁机器人的国内外研究现状，在综合比较了国内外多种典型产品的基础上，提出适合中低端用户使用的清洁机器人整体设计方案。 清洁机器人系统由清洁机器人和充电站组成。清洁机器人是实现智能清扫的主体部分，本文介绍了清洁机器人的组成部分，并完成了硬件电路的实现。考虑到存储、接口资源及可靠性能等，主控器选择了STC89C52单片机，所构成的单片机应用系统功能强、性价比高，完全满足控制功能的要求。然后，详细设计了红外传感器，碰撞检测，电源模块、充电模块、键盘、液晶显示以及各种电机控制等电路。在软件设计方面，采用C51语言编制了控制系统各部分的软件，包括主控程序以及中断服务、红外、碰撞传感器检测等子程序。 最后，综合设计结果制作了实验样机，进行实验研究。结果表明，所制作的清洁机器人能够完成房间清扫工作，达到了预期的设计效果。 关键词：清洁机器人，智能清扫，单片机系统 注：本设计（论文）题目来源于自选。

Abstract Cleaning robot is a combination of sensors, the key technology of mobile robot technology, and other fields, the implementation of the indoor environment of semi-automatic or fully automatic cleaning, replacing the traditional manual cleaning, has the very broad market prospect. This article first summarizes the domestic and foreign research present situation of cleaning robot, on the basis of comprehensive comparison of the various typical products at home and abroad, puts forward overall design scheme suitable for low-end users use cleaning robot. Cleaning robot system consists of a cleaning robot and charging station. Cleaning is the main part of the intelligent cleaning robot, this paper introduces the part of the cleaning robot, and the realization of the hardware circuit are completed. Considering storage, interface resources and the reliable performance, and the host controller chose STC89C52 single-chip computer, made up of single chip microcomputer application system function is strong and high cost performance, fully meet the requirements of control function. Are designed in detail, and the infrared sensors, collision detection, power supply module, the charging module, keyboard, LCD display and a variety of motor control circuit and so on. In the aspect of software design, the use of C51 language to compile the various parts of the control system software, including the main program and interrupt service, infrared and collision sensors DengZi program. Finally, the comprehensive design results made experimental prototype, experiment research. Results show that the production of the cleaning robot can complete the room cleaning work, achieved the desired design effect. Key words:cleaning robot, intelligent cleaning, MCU system

智能清扫机器人

摘要 总体方案是设计一个自主控机器人，在一个模拟的平面结构内运动，移动机器人本体，完成自主移动、避障功能。尽快遍历每一个角落，完成任务，这个工作受多个因素的影响。其中在现实生活中清洁机器人清理的过程中，利用了机器人自身的传感系统、运动控制系统和自主蔽障系统，自动记录时间系统等。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。 采用的技术主要有： （1）通过编程来控制小车的速度； （2）传感器的有效应用； 关键词80C51单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车、舵机 一.国内外研究现况 在日本，东日本铁路公司、shinko电器公司和Howa工业有限公司联合研制了车站地面清扫机器人. 机器人可沿墙壁从任何一个位置自动启动. 利用不断旋转的刷子将废弃物扫入白带容器中[1]日本静甲株式会社的清水工厂开发出一种自动清扫机器人. 可用于各种工厂的清扫工作. 机器人采用光纤陀螺控制方向. 采用编码器和超声波传感器测距. 采用光学探测器探测障碍物机器人的四周装有橡胶垫. 橡胶垫内部装有触觉传感器. 一旦机器人与人接触. 触觉传感器信号会使机器人停下来1以保证人的安全Br-3]这些应用还都是用于工业或者公共的场合. 真正具有里程碑意义的是2002年9月清洁机器人‘‘Roomba”美国面市. 这是一款面向家庭的机器人。重约2ky直径为 762mm(30"). 具有高度自主能力. 可以游走于房间各家具缝隙间. 灵巧地完成清扫工作. 据说这是将用于军事的“躲避地雷的移动技术，'应用到了吸尘器上。“Roomba”的动作有点迟缓. 但却能稳定安全地完成任务由于能够在完成任务后自动切断电源. 所以可以在外出期间让‘‘Roomba”在家进行清扫英国法国和澳大利亚也都推出过清洁机器人产品 在国内，对清洁机器人相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划机器人控制、电源与电源管理、动力驱动等技术的研究. 哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学等高校，也对清洁机器人进行了大量的研究，并取得了一些成果，这些都为清洁机器人的研究开发和推广奠定了物质和技术基础 二. 设计思路 为了制作一个能够覆盖全区域的清洁机器人，首先是设计一个移动的平台。为了简便起见，设计了两轮车身，两个后轮做主动轮，主动轮用两个直流电机。从动轮用一个万向轮。清扫装置用一个伺服电机带动一个灰尘刮和一个刷子，产生推动力达到除尘的目的。在车身前部放置一个储存垃圾的箱体。在车身的最后还设计了一个抹地机械手，进一步达到清洁的目的，机械手下带有洒水除尘装置，机械手上面的水箱带有一个用伺服电机控制的门，用来控制洒水量。车身上部安

扫地机器人设计

扫地机器人设计报告

一、功能综述 1、清扫模式：随机清扫、螺旋式清扫、交叉清扫、沿边清扫、定点清扫、预约清扫等相结合，实现全方位立体清扫； 2、智能导航系统：实现对房间地形的重构，自动规划清扫路线； 3、智能安全监控：防撞，防跌落，防缠绕，电池电量监测； 4、创新功能：灰尘量识别，实现床底清扫，手机遥控模式，尖端气流滤尘技术，室内空气质量监测与提醒； 5、其他基础功能：自动返回并充电，灰尘盒安装检查，灰尘盒容量探测。 二、机械及系统设计 扫地机器人机械设计如图1所示。 前 图1 扫地机器人机械设计图 清扫机构，行走机构，吸尘机构是本次设计的重点，也是难点所在。由于机器人运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动。因此，增加机器人运动平稳性，提高机器人动力学特性尤为重要。为此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心装

配。 (1)行走驱动轮及驱动电机 该部分主要保证机器人能够在平面内移动。为了保证小车良好的直线性，可采用双电机驱动左右两轮的方式，且在车体的后端装有一个不锈钢万向滚珠，这样可以使小车获取较好的机动性和灵活性及灵活性。前轮驱动的好处是：转向性能得到改善。前轮是转向轮，使得转向时的行驶方向容易控制，不容易出现过度转向的现象，转向安全性也得到提高。 (2)清扫机构 用电机带动两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动，这样就可以在清扫灰尘时将灰尘集中于吸风口处，为吸尘机构的工作做准备；清扫刷设计成可更换型的，可选择棉质纺织品或尼龙等化纤材料的，以适应不同的工作环境。 (3)吸尘机构 旨在强大的吸力、将灰尘吸入灰尘储存箱中；这里我们采用尖端气流滤尘技术，全方位，多层次将灰尘一网打尽。 (4)擦地机构 在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦出残留在地面上的细小灰尘，同时也能够擦除地面上的顽固污渍，从而保证清洁工作的质量。 扫地机器人功能框图如图2所示。

智能清洁机器人

智能清洁机器人设计 引言：本学期我选修了《机器人概论》这一门选修课，听了老师对多种机器人多方面的介绍，我基本上对智能机器人有了一个大概的了解，同时也萌发了自己设计多用途的智能机器人的兴趣。于是，在老师的讲解下，以及自己对生活的一些感悟设计了一款适用于百姓家庭的清洁机器人，以下是我对这款智能机器人的介绍。 Introduction:this semester I took "robot introduction the optional course, listening to the teacher to a variety of robot various introduction, I basically to intelligent robot a general understanding, also had their design utility of intelligent robot interest. And so, in the sense of the teacher, and some of the design life feeling a applicable to the people of the family clean robot, the following is I to this type of intelligent robot in the paper. 关键词：智能化，清洁，机器人 前言：人们常常会问为什么要发展机器人？要发展怎样的机器人？那些机器人适合我们人类生活？其实，机器人分很多种：有军用机器人、生活机器人、医用机器人、农业机器人、微操作机器人等等，毫无疑问它们都是智能化的机器人，它们的出现就是要满足人们各方面的需求，给人们带来便利。最早的机器人出现在1959年，就是说机器人的历史并不算长，但它的发展速度确是飞快的人们都热衷于生产出各式各样适合人们使用的机器人，从以前的机械化到现在的智能化，机器人已发生了很大的变化。在现在的二十一世纪里，人们对生活质量以及对工作的要求促使着智能机器人的发展，机器人可以替人们干那些人干不了、干不好的工作。生活中有些工作会对人体造成伤害，比如喷漆、重物搬运等；有些工作要求质量很高，人难以长时间胜任，比如汽车焊接、精密装配等；有些工作人无法身临其境，比如火山探险、深海探密、空间探索等；有些工作不适合人去干，比如一些恶劣的环境、一些枯燥单调的重复性劳作等；这些都是机器人大显身手的地方。服务机器人还可以为您治病保健、保洁保安；水下机器人可以帮助打捞沉船、铺设电缆；工程机器人可以上山入地、开洞筑路；农业机器人可以耕耘播种、施肥除虫；军用机器人可以冲锋陷阵、排雷排弹…… 所以说，机器人已经成为现代生活工作不可缺少的一部分，与人们的生活密切相关。灵感来自平常生活，人们都不大热衷与做家务，有些人觉得烦，有些人则没时间做，与其这样子，为什么不设计生产出可以做家务、搞清洁的智能机器人呢？智能清洁机器人可以帮你清洁你的家居，帮你完成各种烦心的清洁任务，给人们一个干净、清洁、舒适的家。 正文：

家用清洁机器人设计方案

家庭清洁机器人”设计 方案 学院：电气与电子工程学院专业班级：电信1101 申报 人：万威组内成员：彭超峰、姚钟方、仝鹏、仲红玉 引言 家庭卫生状况的好与坏，直接影响到家人的身体健康及心情的好坏，一个清新整洁的居住环境不仅能给家人带来身心的健康，还能促进家庭成员关系的融洽性，而地面卫生会直接反映出家中的卫生状况好与坏，你还为每天扫地而发愁吗？没关系，家用清洁机器人来帮你。本设计就是针对上面所出现的问题而设计的，可以对室内卫生进行

智能清洁，可以把室内的尘土，碎屑，果皮等统统清洁干净，无缝隙、无死角、无残留，还你一个干净的地面，实现生活的便捷化和智能化。 1. 总体方案设计及功能描述 利用 STC89C52单片机对小车及吸尘装置遥控控制和自动控制，实现人工清洁模式和自动清洁模式，并利用按键及 LCD12864液晶显示屏进行切换和显示两种模式。在自动清洁模式下，利用 DS1302提供时间，可以对智能吸尘小车设定时间，利用按键及 LCD12864液晶屏设定和显示设定清洁时间，可以设定每半天、每天或每两天的指定时间进行卫生清洁，做到定时自动清洁，也可以在发现室内卫生状况比较差的情况下，通过按动按键，人为即时开启家用清洁机器人进行卫生清洁工作；在人工清洁模式下，通过遥控器遥控控制小车，进行来清洁指定地方的垃圾，做到定点快速清洁。在小车自动清洁模式下，通过超声波测距模块来感知障碍物的存在，得到数据后传回 STC89C52单片机中，利用程序算法，实现小车的自动 转弯、后退，避免小车与障碍物发生碰撞及进入死角后出不来，转弯后通过调节小车车轮转 速使小车改变一定角度行驶大约30cm后，在调整一定角度，实现与原来行驶方向反向，并 与原来行驶轨迹中线相隔大约 20cm，实现小车新旧运行轨迹间紧密结合，做到无缝隙，无死角的清洁工作，做到传统吸尘机器人不易做到的功能。

关于智能清洁机器人的商业价值

关于智能清洁机器人的商业价值 一、智能家居系统的发展前景 在许多人的概念里，智能家居系统这个词离我们的生活似乎异常遥远，只是存在于高科技展览会里的表演，或是富豪们向人们炫耀财富而展示的一种家居装饰,可是他们没有意识到的是，在我们生活的周围存在着很多智能家居的影子。所谓的智能家居系统一般包括安防、电话、影音、空调、灯光等等各个方面，一整套完整的智能家居系统可以满足自己居家的各种需求。随着科学技术的不断进步、人民生活水平的不断提高、人们生活质量也越来越好，人们追求高品质住房的要求也不断提高，而家居智能化概念的普及，智能化装修的观念必将深入人心，事实上，近年来智能家居系统已开始一步一步走进越来越多的普通家庭。家居智能化装修的选择必将是大势所趋。可以说，也许就在不远的将来，家居智能化必然是生活中一个最基本的要求，如果您家没有进行智能化装修，那将是一件让人感觉不可思议的事情。智能家居有未来，而且一定会很好的服务中国人民。消费者在享受智能化的时尚生活的同时也给他们带来简单、方便、快捷。 也许有的人不一定相信未来的家庭装修将是智能化的天下，但是从不同角度分析之后，这种怀疑将不复存在。一、从发展趋势上来说：根据十一五规划纲要的要求，国家着重强调了住宅建设要做好节能减排、绿色建筑、智能建筑的要求，中央也不断加大了财政与政策支持，提出了“到2010中国大中城市60%的住宅要实现智能化”这一发展目标。因此，住宅智能化必然会是未来住宅建设发展的趋势，而住宅的智能化即意味着家庭的智能化。同时，之前已经提到过，现代社会在不断地发展着，与此同时人们的生活水平与生活质量也在不断的提高，可是随着社会的发展，普通的家庭装修已经无法满足人们的日益增长的对于生活水平提高的要求，人们追求高品质住房的要求不断的提高，而家居智能化概念的普及，智能化装修的观念正好迎合了人们的需求，所以说，家庭装修的智能化必将深入人心，也必将是众望所归的。到那时，家居智能化必然是生活中一个最基本的要求，如果您家没有进行智能化装修，那么就好像现在您家没有安装宽带一样，让人无法接受。智能家居有美好未来，这将是毋庸置疑的。 二、以人为本：智能家居系统的产品与家庭的日常生活息息相关，功能单一化、操作复杂化的产品不是智能家居的最终归途，智能家居系统的产品未来的趋

智能清洁机器人的商业价值

智能清洁机器人的商业价值 一、智能吸尘机器人占据未来市场的可能性 作为清洁设备的一个做组成部分，智能吸尘机器人同样有着广阔的发展前景，随着人们日益提高的生活水平，人们对于享受生活的要求也就越来越高。家庭清洁－一项家庭日常必需做得工作，费时费力，很多人都希望可以简单而又轻松的完成这一项工作。故而，智能吸尘机器人有了其存在的市场价值。并且随着越来越多的人需要它，它的存在价值以及发展潜力也就越来越大了。 相比于普通的吸尘器，智能清洁机器人与其相比存在着很大的不同。智能吸尘机器人存在内置智能芯片，可以自动识别判断家庭环境，通过算法来计算行走路径，通过物理或者光学感应来检测家中灰尘的位置并能够自动清扫地板上的灰尘，清理毛发和碎物，并且在清扫任务完成后，智能吸尘机器人可以自动返回充电。而使得智能吸尘机器人可以做到这样的原因就是智能吸尘机器人内置的智能芯片以及提前下载拷贝到芯片中的程序。 在组成部分上，智能吸尘机器人与传统的吸尘器有着很大的不同：1、传感部分：相当于人的五官，起到对外界的感知作用。2、控制部分：相当于人的大脑，起到连接对肢体的支配。3、驱动部分：相当于人的肢体，被控制起到协调作业。4、吸尘部分：在智能吸尘器里面嵌入真空吸尘器部分。5、电源部分：提供机器所需要的动力系统。可以说，除了吸尘部分与传统的吸尘器有共同点之外，用户无法从智能吸尘机器人上找到一丁点吸尘器的影子，而这些正是在未来智能吸尘机器人可以取代吸尘器的原因。 在功能方面，智能吸尘机器人更加适合未来用户关于家庭清洁方面的要求，比如：1、智能清扫：仅仅只需要按下启动，无需人工辅助，智能吸尘机器人便可自动进行吸尘工作遥控清扫，用户可以通过红外线遥控感应器，随时遥控，随时清扫。2、超薄机身：可以直接切入家具底部进行清扫。在不工作时，可以放在任何地方，不占用太大的空间。3、自主导航：由于智能吸尘机器人的内置智能芯片以及算法的缘故，智能吸尘机器人可以采用不同的

家用清洁机器人设计方案

“家庭清洁机器人”设计 方案 学院：电气与电子工程学院 专业班级：电信 1101 申报人：万威 组内成员：彭超峰、姚钟方、 仝鹏、仲红玉

引言 家庭卫生状况的好与坏，直接影响到家人的身体健康及心情的好坏，一个清新整洁的居住环境不仅能给家人带来身心的健康，还能促进家庭成员关系的融洽性，而地面卫生会直接反映出家中的卫生状况好与坏，你还为每天扫地而发愁吗没关系，家用清洁机器人来帮你。本设计就是针对上面所出现的问题而设计的，可以对室内卫生进行智能清洁，可以把室内的尘土，碎屑，果皮等统统清洁干净，无缝隙、无死角、无残留，还你一个干净的地面，实现生活的便捷化和智能化。 1.总体方案设计及功能描述 利用STC89C52单片机对小车及吸尘装置遥控控制和自动控制，实现人工清洁模式和自动清洁模式，并利用按键及LCD12864液晶显示屏进行切换和显示两种模式。在自动清洁模式下，利用DS1302提供时间，可以对智能吸尘小车设定时间，利用按键及LCD12864液晶屏设定和显示设定清洁时间，可以设定每半天、每天或每两天的指定时间进行卫生清洁，做到定时自动清洁，也可以在发现室内卫生状况比较差的情况下，通过按动按键，人为即时开启家用清洁机器人进行卫生清洁工作；在人工清洁模式下，通过遥控器遥控控制小车，进行来清洁指定地方的垃圾，做到定点快速清洁。在小车自动清洁模式下，通过超声波测距模块来感知障碍物的存在，得到数据后传回STC89C52单片机中，利用程序算法，实现小车的自动转弯、后退，避免小车与障碍物发生碰撞及进入死角后出不来，转弯后通过调节小车车轮转速使小车改变一定角度行驶大约30cm后，在调整一定角度，实现与原来行驶方向反向，并与原来行驶轨迹中线相隔大约20cm，实现小车新旧运行轨迹间紧密结合，做到无缝隙，无死角的清洁工作，做到传统吸尘机器人不易做到的功能。 2.创新与特点

智能清洁机器人国内外发展状况浅析

146 研究与探索Research and Exploration ·探讨与创新 中国设备工程 2018.02 (下) 智能清洁机器人集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、人工智能等诸多科技为一体，不仅是一种环保、智能型的服务机器人，还具有良好的应用前景和广泛的市场需求，近年来智能清洁机器人的发展和应用受到国内外的广泛重视，其技术越来越成熟，应用也越来越广泛。 1?国内外发展情况 1.1?国内相关研究情况 黑龙江八一农垦大学尧李慧、田雷与黑龙江省农业机械工程科学研究院蔡晓华、侯云涛对牛舍清洁机器人的结构与避障设计进行分析与研究，并结合迂回式路径规划算法和靠墙或牛栏等障碍物的避障策略，实现清洁机器人对牛舍的全方位清扫工作。 中国计量大学的郑哲恩、孙坚、沈斌，利用工业相机拍摄粉尘，经过MALTAB 处理之后对粉尘面积进行计算，并利用清洁机器人进行清洁，根据清洁效率计算得出清洁机器人的清洁性能。 解放军理工大学国防工程学院茅靳丰、朱国栋、张虎、宋威，根据风管机器人视觉检测系统的组成，包括照明系统、摄像头、图像采集卡、图像采集软件以及图像分析软件，利用Matlab 的图像处理功能对采集到的风管内部图像进行预处理，并依据特定的算法对其清洁度进行评估。 东南大学的陆晓敏，吴浩真，韩可炯，秦家晨设计了一种基于MSP430f149 的智能清洁机器人系统。机器人依靠车体的风机装置吸附在玻璃上，可以自动完成路径规划、探测窗户的边角距离、自动清洁窗户。实现使用设计的机器人来代替人进行高空作业，在高层建筑中对外壁玻璃上的粉尘和其他污物进行清洁。 东北林业大学的王振秋、薛建琪、张宇崴、狄海廷针对变直径杆件，设计一种爬杆清洁机器人。模拟人的上肢和下肢，轮流夹紧杆体，在曲柄连杆机构的驱动下，实现机器人的攀爬运动，在机器人攀爬过程中实现 自动清洁。 广东技术师范学院天河学院的陈朝大和广州航海学院的吕志胜针对红外避障检测和绝对定位的局限性，对智能寻迹的清洁机器人进行研究。机器人采用超声波传感器配合伺服电机构成自动避障系统，对室内未知环境进行探测，提出了多路径融合规划控制算法，使机器人能够完成自主全区域覆盖行走。 由此可见，国内智能清洁机器人研究主要集中在对障碍物的躲避以及特殊区域的清洁方面，研究应用范围主要包括高空清洁、管道清洁、牛舍清洁等，对更为复杂环境的清洁能力检测方面研究较少，利用静态图像进行分析和评估以及终端特殊机械机构的设计是目前主要的技术研究方向。1.2?国外相关研究情况 由新加坡国际和南洋理工大学控制专家Elid 开发的机器人技术系统Outobot，展示了一个能够清洁和油漆高层建筑外部的机器人，声称提供一个更安全和更有效的替代人工清洁的方法，清洁水平达到了一个新的标准。 韩国的Jin-Ho Suh 等人发明了一种更为高效的水下清洗机器人研制平台，平台可用于研制和设计可满足应用在工业清洁工作领域中的水下清洗机器人性能，所开发水下清洁机器人的方法，可用于实现清洗不同类型的工业水箱的功能。 英国的Jo ?ao Mouraa B 等人提出了一种驾驶室前清扫机器人的控制和路径规划方法。所提出的解决方案包括研究机器人之间的相互作用机械手联合清洁一个未知的表面，并在制定操作空间的实施的同时，通过力和位置控制末端执行器的轨迹，从一个光栅实时的扫描到被清洁表面与局部的自适应路径表面几何的细微差别。 英国的Tetsuo Tomiyama 等人介绍了列车驾驶室前部清扫机器人的系统和概念设计方法。对现行程序进行分析，发现过程中可能出现的空白，并产生一个满足这些要求的清洁系统概念设计的要求清单。提出的解决方案包括系统在不同子系统中的划分，每个子系统的不 智能清洁机器人国内外发展状况浅析 褥铜，赵晨 （顺德出入境检验检疫局技术中心，广东?佛山?528303） 摘要：通过分析智能清洁机器人的国内外发展状况，为相关企业做技术研发方向提供服务，对于提高我国智能清洁机器人生产企业的技术水平，以及提升我国在国际智能清洁机器人市场的竞争力有着积极的意义。 关键词：智能清洁机器人；国内；国外；发展状况 中图分类号：F416 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2018）02（下）-0146-02

家用擦玻璃清洁机器人结构设计毕业设计说明书

毕业设计说明书 作者：学号： 学院：机械工程学院 系(专业)：机械设计制造及其自动化 题目：家用擦玻璃清洁机器人结构设计指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2015 年 5 月 31 日

毕业设计中文摘要

毕业设计（论文）外文摘要

目录 第一章引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 国内外擦玻璃机器人的研究概况 (1) 1.3 本课题的主要工作 (3) 第二章家用擦玻璃清洁机器人总体方案设计 (3) 2.1 家用擦玻璃清洁机器人的设计原则 (4) 2.2 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案的确定 (4) 2.2.1 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案 (4) 2.2.2 总体方案的对比与选择 (12) 第三章家用擦玻璃清洁机器人详细结构设计 (14) 3.1 关键部件的选型 (14) 3.1.1 电机的选型 (14) 3.1.2 微动开关的选型 (15) 3.1.3 电池的选择 (15) 3.1.4 磁铁的选择 (16) 3.2 微动开关缓冲机构的设计 (16) 3.3 磁铁升降机构的设计 (17) 3.3.1 磁铁升降机构的ANSYS分析 (18) 第四章家用擦玻璃清洁机器人控制系统设计 (21) 4.1 单片机控制系统电路的设计 (21) 4.1.1 单片机系统元器件的选型 (21) 4.1.2 单片机系统的硬件电路及I/O口分配 (25) 4.2 单片机系统编程框图 (25) 第五章家用擦玻璃清洁机器人样机研制与调试 (27) 5.1控制电路板的设计与调试 (27)

5.1.1 PCB设计 (27) 5.1.2 电路板的调试 (28) 5.2 家用擦玻璃清洁机器人样机的制作 (31) 5.3 家用擦玻璃清洁机器人样机的测试 (31) 第六章总结与展望 (33) 参考文献 (34) 致谢 (35) 附录 (37)

一种新型智能清洁机器人测控系统的设计与实现

一种新型智能清洁机器人测控系统的设计与实现 0 引言 移动机构是清洁机器人的主体，决定了清洁机器人的运动空间，一般采用轮式结构。传感器系统一般采用超声波传感器、红外光电传感器、接触传感器等构成多传感器系统。随着近年来控制技术、传感技术以及移动机器人技术等技术的迅速发展，智能清洁机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。吸尘系统在原理上与传统立式吸尘器相同，主要是在结构设计上更多考虑结构尺寸、集成度以及一些辅助机构的合理布置和利用，以此来提高能源利用率和工作效率。本文主要研究智能清洁机器人测控系统的设计与实现，最终目标是通过软硬件的合理设计，使智能清洁机器人能够自动避开障碍物，实现一般家居环境下的自主清洁工作。 1 测控系统组成及功能 智能清洁机器人测控系统主要包括控制器核心系统、传感器系统和驱动系统等。其原理如图1所示。基于清洁机器人自身体积尽可能小的原则，本设计将控制器核心系统、传感器系统、行走驱动及相关电路集成在一块电路板上。为防止干扰，通过光电隔离器件将各模块在电气上隔离开来。利用超声波传感器、红外反射式传感器和接触传感器组成多传感器系统，检测信号经调理电路处理后送控制器；采用8位单片机SST89E554RC作为控制器，控制器对传感器信号加以判断，根据判断结果，选定相应的控制策略，并控制语音系统发出相应的报警信号；在相应的控制策略下，通过专用驱动器驱动直流电机，带动驱动轮，两轮独立驱动，实现避障功能；同时，控制器控制小型双风机真空吸尘系统对经过的地面进行必要的清扫。

图1 系统原理 该新型智能清洁机器人实验平台如图2所示，该平台为圆形结构，两轮独立驱动，具备完整的吸尘系统和电源系统等功能模块。最终将在该平台上对本文所介绍的测控系统的性能进行实验验证。 图2 智能清洁机器人实验平台 2 测控系统硬件设计 2.1 CPU控制模块 CPU采用美国SST公司制造的8位单片机SST89E554RC。器件使用与8051完全相同的指令集，并与标准的8051器件管脚对管脚兼容。片内拥有1 kB 字节RAM空间，3个16位定时计数器，4个8位I/O端口，拥有可编程计数阵列(PCA),可提供5路256级PWM调速，可通过全双工增强型串口实现人机通讯。 依据SST89E554RC单片机的引脚特性，在实际设计中，各电机驱动信号由单片机P1口输出，左右驱动电机占用P1.1～P1.6共6个端口(其中P1.3和P1.6作为PWM调速信号输出端口使用)，吸尘风机和起尘电机分别占用P1.0和P1.7口；红外反射式传感器和接触传感器检测信号分别送给P2口的P2.0～P2.7共8个端口；超声波接收器信号经调理后送人外部中断INT1(P3.3口)；2个触摸式选择屏的触摸信号经处理后分别送给P3.4口和P3.5口。 2.2 驱动模块

中国服务机器人的发展现状

中国服务机器人的发展现状以及对未来的展望 服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能胜任大概80多个细分领域的服务型工作，但主要的应用场景有清洁、陪护、教育、医疗、迎宾、巡检等等场景。不同于从事生产作业的工业机器人，服务机器人对于应用场景的复杂性有着更高的要求。 服务机器人的市场前景 近年来，服务机器人在国内外市场的增速越来越快，预计2018年到2020年，全球的服务机器人平均将会有30%以上的持续增速。单2017年一年，全球的服务机器人销量就达到了900万台，约有70亿美元的市场空间。而中国在2017年一年的服务机器人领域也有12.8亿美元的市场份额额，占全球市场规模的20%左右。中国基本占了全球五分之一的服务机器人市场份额，同时增速高于全球平均水平，大约能达到40-50%。对于中国服务机器人的现状，中国服务机器人的投资数目巨大，且增长速度不断攀升，总共投资金额也高达694亿人民币。可以说，中国的服务机器人行业相当景气。 中国服务机器人企业的现状 在性能方面，服务机器人被看重的就是交互能力。所谓的交互能力，主要包括了自然语言处理和图象的处理，其相当于人类在图象、声音的感知能力。服务机器人的性能好不好，主要看的是其产业链完善不完善。服务机器人的产业链基本可以分为上中下三个层面，上游就是核心零部件，包括芯片、算法、激光雷达；中游就是功能模块，属于人工智能的领域；下游基本上是应用的各个不同的细分市场。 中国服务机器人的新方向 清洁机器人为什么市场做得那么好？工作场景相对封闭，交互的需求比较少；第二，清洁机器人完全可以替代吸尘器；第三，减少人类的劳动，满足人类

的不愿进行单调枯燥的劳动的需求。通过对清洁机器人的分析，接下来教育机器人可能会成为中国服务机器人的新方向。原因如下，首先，教育机器人的工作场景也相对封闭，交互需求少；同时教育机器人能够完全取代现在市面上的学习机；由于中国人对教育的迫切需求，教育机器人能充分满足。 国内的机器人企业也越来越多，在服务机器人领域，发展较为可观的有杭州国辰机器人，其迎宾机器人产品目前已经是国内服务机器人行列中名列前茅的。由此可见，国内的服务机器人产品性能基本已经可以实现大多数企业的需求。无论是平台型还是应用型企业，在中国服务机器人发展势头迅猛的大背景下，都在不断实现弯道超车。相信未来中国在服务机器人领域还将会收获更好的成绩。

扫地机器人的设计方案

扫地机器人（自动打扫机）的设计方案 1.绪论 随着现代社会生活节奏的加快，人们或忙于工作，或享受生活，时间越来越宝贵，所以不会把它浪费在整理家务和打扫卫生方面。收入水平的不断提高使得人们对生活质量的要求越来越高，高品质的生活首先要保证居住环境的干净卫生，因此大家渴望找到一种机器人，能够智能的打扫房间卫生。 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的几十年发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓无所不在。目前机器人已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经离不开机器人的帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。 目前机器人行业的发展与30年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦查机器人、以及通过编译程序使其能做整套表演动作的舞蹈机器人，还有不少参考人、狗、恐龙等动物的模样制造机器人玩具。 扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。扫地机器人也是当下比较流行的一种机器人，随着不断的研究发展智能化大幅度提高，能够自我定位、感应障碍物、规划路径以及自动充电。 2.扫地机器人的技术指标 综合考虑经济型和先进性的原则，参考淘宝网在售产品，我选择了一款扫地机器人以作对比，实物如图2.1所示。该产品采用革命性清扫系统，真空龙卷大吸力（普通机器人的5倍），无毛刷设计，首创滚筒吸取器，将适配器与座充合二为一（简约、美观而且不占空间），零部件高度模块化，可自由拆卸更换，垃圾盒、独立滤网仓方便抽取和清理。

基于AT89C51的智能清洁机器人设计

第24卷 第5期 2008年3月 甘肃科技 Gansu Science and T echnolo gy Vol.24 N o.5M ar. 2008 基于AT 89C 51的智能清洁机器人设计 韩 珩,张 波 (沈阳化工学院,辽宁沈阳110142) 摘 要:设计一种基于AT 89C51的智能清洁机器人系统,介绍了机器人总体设计、各组成部分及系统软件设计。该系统包括主控模块、执行机构以及传感器模块等几个子系统,以通用性和功能完备为目标使机器人具备了智能清洁的能力。 关键词:清洁机器人;单片机;传感器;红外遥控中图分类号:T P242 1 机器人的总体设计 总体设计目标是设计一个具有自主清扫、避障、卡住报警、尘仓满仓检测等功能,能够在无人干预情况下自主完成室内清扫工作,也可以人为通过红外遥控器控制其状态的机器人系统。同时,为使机器人高效、可靠地完成作业,在其内部嵌入路径覆盖算法,使它脱离随机清扫的模式,能够记忆已走过的路径和遇到的障碍物位置,不遗漏地进行全区域清扫和不重复遇到同一个障碍物,实现高覆盖率、低重复率的清扫过程。 2 机器人的组成结构 机器人由5部分组成:系统主控制部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分。主控系统使用单片机AT 89C51控制,包括红外遥控接收模块,对输入输出器件的操作,对执行电机的控制,以及对传感器的响应等。执行电机部分是吸尘机器人的主要构成部分,包括行走驱动子系统和吸尘子系统。行走结构采用轮式结构,圆形壳体,底盘为三轮电动小车,前面两轮由两个电机独立驱动,后轮为万向轮。吸尘系统用电机带动清扫刷的转动,清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处,由吸尘机构制造强大的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。在清扫吸尘之后,利用安装在壳体下面的清洁布擦除残留在地面上的细小灰尘。轮子电机、吸尘电机和毛刷电机使用的都是无刷直流电机;传感器部分即检测子系统,主要为了保障机器人能够安全地工作;输入输出部分包括遥控子系统和显示子系统,能够较好地实现人机交互的功能;电源部分采用可充电的12伏锂电池。 2.1 系统的主控部分 本设计选用了A TL 公司生产的89C4051单片 机作为控制器。AT89C51与其它各部分电路的关系为[1]:通过红外接收模块接收来自遥控器的命令;通过各个传感器接收外部环境的状态信息;通过2路PWM 信号给电机提供电压,控制轮子的速度和方向;由I/O 口信号控制三极管进而控制继电器驱动清扫、吸尘电机;通过捕获2个电机编码器信号检测轮速;通过多个I/O 口控制LCD;利用串口变并口芯片控制多个LED 指示灯和按键等。系统结构如图1所示。 2.2 执行电机部分 机器人的行进电机由驱动电路放大后驱动,考