家庭清洁机器人

吸尘机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，实现室内环境（地面）的半自动或全自动清洁，替代传统繁重的人工清洁工作，近年来已受到国内外的研究人员重视。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化自主式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。从市场前景角度讲，自主吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。因此，开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性，又具有广阔的市场前景。

融合现代传感器以及机器人领域的关键技术，本课题旨在开发一部价格便宜，全区域覆盖，能够充分满足家庭需求且方便适用的智能家庭清扫机器人。使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家庭生活电气化、智能化，使科技更好地为人类服务。

家庭清洁机器人的关键技术吸尘机器人系统通常由四个部分组成:移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。移动机构是吸尘机器人的主体,决定了吸尘器的运动空间,一般采用轮式机构。感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD摄像机等。随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展,吸尘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。吸尘机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的,因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性以及清洁度。用传感器探测环境、分析信号,以及通过适当的建模方法来理解环境,具有特别重要的意义。近年来对智能机器人的研究表明,对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人,要进一步提高其自动化程度,主要依靠模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法,还需要进一步开发全局模型,从而为机器人获取全局信息。目前发展较快、对吸尘机器人发展影响较大的关键技术是:传感技术、智能控制技术、路径规划技术、吸尘技术、电源技术等。

为了让吸尘机器人正常工作,必须对机器人位置、姿态、速度和系统内部状态进行监控,还要感知机器人所处工作环境的静态和动态信息,使得吸尘机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。

通常采用的传感器分为内部传感器和外部传感器。其中内部传感器有:编码器、线加速度计、陀螺仪、磁罗盘等。其中编码器用于确定当前机器人的位置,线加速度计获取线加速度信息,进而得到线加速度和位置信息;陀螺仪测量移动机器人的角度、角速度、角加速度以得到机器人的姿态角、运动方向和转动时运动方向的改变等绝对航向信息。外部传感器有:视觉传感器、超声波传感器、红外传感器、接触和接近传感器。视觉传感器采用CCD 摄像机进行机器人的视觉导航与定位、目标识别和地图构造等;超声波传感器测量机器人工作环境中障碍物的距离信息和地图构造等。红外线传感器大多采用红外接近开关来探测机器人工作环境中的障碍物以避免碰撞。接触和接近觉传感器多用于避碰规划。

吸尘机器人的路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息,按照某种优化指标,

在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径,并且实现所需清扫区域的合理完全路径覆盖。机器人路径规划研究开始于20世纪70年代,目前对这一问题研究仍旧十分活跃。其主要研究内容按机器人工作环境不同可分为静态结构化环境、动态已知环境和动态不确定环境,按机器人获取环境信息的方式不同可以分为基于模型的路径规划和基于传感器的路径规划。

对运动规划问题,目前有具体的解析算法。但由于解析算法牵涉到复杂的椭圆积分问题,实现起来依然具有相当的难度。根据机器人对环境信息知道的程度不同,可以分为两种类型:环境信息完全知道的全局路径规划和环境信息完全未知或部分未知,通过传感器在线地对机器人的工作环境进行探测,以获取障碍物的位置、形状和尺寸等信息的局部路径规划。全局路径规划包括环境建模和路径搜索策略两个子问题。其中环境建模的主要方法有:可视图法(V-Graph)、自由空间法(Free Space Approach)和栅格法(Grids)等。

真空吸尘器是由高速旋转的风扇在机体内形成真空从而产生强大的气流,将尘埃和脏物通过吸口吸入机体内的滤尘袋内。吸尘系统包括滤尘器、集尘袋、排气管以及其他一些附件。其吸尘能力取决于风机转速的大小。最近,澳大利亚Jetfan公司又开发出采用新原理的气流滤尘器。这个吸尘器是一个全封闭系统,既无外部气体吸入,也无机内气体排除,所以就无需滤尘器、集尘袋、排气管等附件。其原理是利用附壁效应去形成低压涡流气体,最后将沉渣截留于吸尘器内的涡流腔内。在英国Dyson公司最近推出的DC06型智能吸尘器中就采用了这种技术。

移动电源在吸尘机器人中的地位十分重要,可以说是它的生命源。移动电源需要同时满足吸尘机器人的多种能源需要,如为移动机构提供动力,为控制电路提供稳定的电压和为吸尘操作模块提供能源等。在这一领域,一般采用化学电池作为移动电源。理想的电源应该能够在放电过程中保持恒定的电压、内阻小以便快速放电、可充电以及成本低等。但实际上没有一种电池可同时具备上述优点,这就要求设计人员选择一种合适的电池,尽可能增加吸尘机器人的不间断工作时间。

清洁机器人的机械设计

机械结构组成和工作原理

本课题要研制一台结构小巧、灵活，控制简单、易于实现，初步完成自主移动、自动避障和路径规划任务的清洁机器人。整个清洁机器人由机械部分和控制系统两大部分组成。机械部分包括高强度塑料底盘、外壳、两个驱动轮和一个随动轮。它们是吸尘电机、清洁刷、电池以及控制系统的载体。

机械结构组成

本清洁机器人的结构主要包括以下几部分:

(1) 个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。壳体前端和侧面装有红外开关，作为碰撞检测传感器。底面的3个红外开关作为台阶检测传感器，防止跌落。驱动轮上装有光电编码盘，可以对轮速进行检测和控制，实现定位和路径规划。同时还扩展了超声波传感器，用于精确定位的需要;

(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；

(3) 吸尘机构。制造强大的吸力，将灰尘吸入灰尘存储箱中；

(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除残留在地面上的细小灰尘，保证清洁工作的质量。

移动机构是其它部件的载体，机器人移动机构按结构分有轮式、履带式和步行式等。轮式和履带式机器人适合条件较好的地面，而步行机器人则适合于条件较差的路面。本课题研制的自主清洁机器人工作在环境较好的室内，所以采用轮式移动机构较为适合。

轮式移动机器人一般有三轮、四轮和六轮，移动机器人若采用三轮结构则比较简单，能够满足一般的需求，应用也比较广泛;四轮的稳定性好，承载能力较大，但结构较复杂;六轮与四轮类似，只不过有更大的承载能力和稳定性。在本课题中，清洁机器人的重量不是很大，工作条件是室内，也不恶劣，三点确定一个平面，三轮理论上也是稳定的。但是对负载有一定的限制，对三轮移动机器人来说，重心都比较低，载荷稳定且中心位置基本不发生变化，所以采用三轮结构就能满足要求。

三轮转向装置的结构通常有两种方式:

(1) 铰轴转向式:转向轮装在转向铰轴上，转向电机通过减速器和机械连杆机构控制铰轴，从而控制转向轮的转向。

(2) 差速转向式:在机器人的左、右轮上分别装上两个独立的驱动电机，通过控制左右轮的速度比实现车体的转向。在这种情况下，非驱动轮应为自由轮。移动机器人若采用铰轴转向式控制简单，但精度不是太高;差动转向式控制复杂，但精度较高。考虑到本课题清洁机器人将来作为服务型机器人使用，在控制方式上应达到一个较高层次，所以采用差动转向式比较好，并且其运动和转向的精度也高一些，以便为以后的避障和轨迹规划打下一个良好的基础。因此本系统的移动机构采用的是三轮差速转向式的。

按照上述的移动结构，清洁机器人采用两直流电动机独立驱动左右两轮的差动方式，控制简单、精确、易于实现，可以方便地实现吸尘机器人的前进、左转、右转、后退，以及调头等功能，清洁机器人能够在任意半径下，以任意速度实现转弯，甚至可以实现零转弯半径(即绕轴中点原地旋转)。

工作原理

清洁机器人由多个功能模块共同组成，这几个模块共同工作、相互协调、相互作用，保证了机器人能够顺利的进行清扫。具体的工作原理如下清洁机器人的中心是清洁机器人的CPU，它对其它各个功能模块进行控制。信息采集模块负责采集周围环境以及机器人本身的各种信息。键盘模块和红外遥控接收模块可以接收人们对机器人的控制信息，然后把信息传给CPU进行处理。当接收到需要机器人进行清扫工作的信号时，CPU可以通过控制行走机构和清洁机构让机器人进行工作。在机器人工作的过程中还可以通过LCD显示模块和状态指示模块对机器人的状态进行时实的显示。

机器人工作的流程如下:

(l) 首先可以通过键盘或者遥控器启动清洁机器人，让它开始清扫工作。

(2) 机器人一旦开始工作，便控制清扫机构进行清扫、吸尘机构开始吸尘、擦地机构开始擦地。

(3) 机器人开始工作，传感探测模块就开始不断地采集外部信息，送到CPU进行分析和决策产生机器人行走的路径。

(4) 当路径规划需要机器人实现转向的时候。CPU就分别改变左右轮的速度，通过差速来实现转向。

(5) 工作期间机器人可以通过LCD显示一些相关信息(比如工作模式、工作计时或温度)。

(6) 遥控器除了可以控制清洁机器人的启停，还可以对机器人进行定时，让机器人在一定时间后开始工作或者工作一定时间后停止工作。

该机器人利用安装的各类传感器来获取室内环境以及自身的基本信息，如障碍物的位置、自身走过的距离等;然后根据获得的信息，选定相应的控制策略;通过以单片机为核心的控制系统进行障碍物判断、避障策略选择和运动行走实施。机器人面板上有控制其开始/停止工作的按键。同时也可以通过遥控来控制，遥控还可以用来对机器人进行定时，LCD 实时的显示定时的倒记时和当前的温度值。

清洁机器人总体设计

机器人外形设计

根据家庭清洁机器人的设计要求，机器人应该包括清扫机构、行走机构、吸尘机构、垃圾收集处理机构，其中清扫机构的设计尤为重要。

机器人的行走机构设计

为实现机器人的转弯半径为0，在机器人的行走机构中采用两轮驱动，两个驱动轮对称分布在清扫机构的后方，两个轮子和刷子支撑机体工作和运动，这样设计既节省材料，又可以使刷子和地面全面的接触，从而利于更彻底的清扫。在机器人转弯时，通过控制行走机构的两个电机的转速及旋转方向，进而控制两个轮子，通过轮子的前后差速运动实现机体的转弯半径为0。

清扫机构的设计

电机带动蜗杆，蜗杆两端接蜗轮，两个蜗轮分别接皮带轮，皮带轮上的轴接刷子，从而实现清扫。

吸尘机构设计

在吸尘机构的设计中将风扇固定在垃圾储藏室上壁，在风扇上罩一个薄壁腔。在薄壁腔上方开一个圆孔，以便于空气的排出。在垃圾储藏室上壁开两个小长方孔，在方孔下加上一个隔尘罩。通过风扇的旋转带动垃圾储藏室内的空气流动，又通过储藏室内的管腔将刷子清扫引起的尘土吸附进来，带尘土的空气通过防尘罩将尘土挡到垃圾储物室内，较干净的空气则通过吸尘室上壁腔的圆孔排带大气中去。从而实现吸尘的目的。

因为清扫部分是家庭清洁机器人的最重要的部分，整个机体的大半质量都集中在这一部分。为了减轻机器的质量，使其在使用时更方便一些，将这一部分单独设计一个固定件固定在机体上，这样既满足工作要求又减轻了机体的质量。

虽然自主吸尘机器人的研究已经取得了很大进步,进入了实用阶段,但是自主能力、工作效率方面还不理想,需要在技术上解决传感器技术、定位和环境建模技术.在此基础上,自主吸尘机器人可以向着高度智能化、多功能集成、低成本的方向发展。

现在的自主吸尘机器人在行为上还处于“低级生物”的阶段,环境感知能力有限,对路径的规划只是随机的方式或者是基于局部环境信息的规划方式.在复杂环境和多房间的环境下,这种工作方式的效率会锐减.因此,建立CCD视觉系统,融合多种传感器进行定位和环境建模,实现全局路径规划,将是一个重要的研究方向.同时,算法必须考虑系统的处理速度、存储空间的限制.

自主吸尘机器人是一个可移动的智能平台,在吸尘功能之外可以进行功能扩展,比如进行家电控制、房间环境监测(防止火灾、电器故障、盗窃等).这方面的市场需求已经被Tmsuk 和三洋公司抓住,并在2002年发布了两款这样的机器人.

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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

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

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。

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。

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

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)

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。

清扫机器人结构设计

毕业设计（论文）中文题目：清扫机器人结构设计 学习中心（函授站）：江阴 专业：机械设计及自动化 姓名：夏成 学号：CS051410248 指导教师：孙菊 南京航空航天大学 2016年5月 目录 中文摘要......................................................... I ABSTRACT ........................................................ II

第一章绪论 (1) 第一节研究的目的和意义 (1) 第二节设计的重点和难点 (1) 第三节家庭清扫机器人的关键技术 (1) 第四节论文主要完成工作 (2) 第二章总体结构设计 (3) 第一节整体结构布局 (3) 第二节驱动部分 (4) 第三节吸尘部分 (6) 第四节电源部分 (6) 第五节路径规划算法 (6) 第六节仿真结果 (8) 第三章硬件控制部分设计 (9) 第一节 AT89系列单片机简介 (9) 第二节外围电路 (9) 结论 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13) 题目：清扫机器人结构设计

中文摘要 摘要:清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。 通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。 关键词:清洁机器人避障 AT89C51单片机

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

家庭清洁机器人毕业设计

摘要 近年来，随着计算机技术与人工智能科学的飞速发展，智能机器人技术逐渐成为现代机器人研究领域的热点。其中，服务机器人开辟了机器人应用的新领域。服务机器人的出现主要有三大原因：一是劳动力成本的上升；二是人类想摆脱枯燥乏味的体力劳动，如清洁、家务、照顾病人等；三是人口的老龄和社会福利制度的完善也为某些服务机器人提供了广泛的市场应用前景。服务机器人区别于工业机器人的一个主要特征就是服务机器人是一种适用于具体的方式、环境及任务过程的机器人系统，其活动空间大，具有在非结构环境下的移动性，因此服务机器人大多数是移动机器人。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸 CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:二二壹五八玖一壹五一随着社会的发展需要，服务机器人已经渗透了我们的生活、工作和经济方面，并且起到了很大的作用。服务机器人的研究和发展对我们的经济发展有很多的影响。这片文章主要通过阐述清洁机器人在服务行业的重要性，对机器人在各国发展状况的一些综述，让读者了解将来机器人发展对社会发展的重要性，文章还写了本人对我国机器人现状的一些调查和理解看法，在机器人发展中存在的一些影响因素，还有对机器人使用领域的一些展望。 关键词：机器人：清洁机器人：运动原理：清洁方式

目录 摘要 (1) 1 前言 (4) 1.1课题设计背景和题目要求 (4) 设计家庭清洁机器人的工作内容和要求： (4) 1.2 国内外相关产品研究 (4) 1.2.1 国外产品研究状况 (5) 1.2.2 国内产品研究状况 (10) 1.2.3 自主充电技术发展现状 (11) 1.3研究的目的和意义 (11) 1.4设计的重点和难点 (12) 2. 家庭清洁机器人的关键技术 (13) 2.1传感技术 (13) 2.2路径规划技术 (14) 2.3吸尘技术 (14) 2.4电源技术 (14) 3 清洁机器人的机械设计 (16) 3.1机械结构组成和工作原理 (16) 3.1.1 机械结构组成 (16) 3.1.2 工作原理 (18) 3.2清洁机器人总体设计 (20) 3.2.1 机器人外形设计 (20) 3.2.2 机器人的行走机构设计 (21) 3.2.3 清扫机构的设计 (21) 3.2.4 吸尘机构设计 (24) 3.2.5 垃圾收集处理机构设计 (24) 4 具体计算 (28) 4.1电机选择 (28) 4.2蜗轮蜗杆的选择 (29) 4.3清扫机构的电机的选择 (31) 4.4家庭清洁机器人电池的选用 (32) 4.5清扫机构中蜗杆上轴承的寿命的计算 (33) 5 总结也展望 (36) 5.1发展趋势 (36) 5.1.1 高度智能化 (36) 5.1.2 功能扩展 (36) 5.1.3 低成本化 (36) 5.2展望 (37)

基于单片机的扫地机器人的设计开题报告

基于单片机的扫地机器人的设计开题报告沈阳航空航天大学 北方科技学院 论文题目: 基于单片机的扫地机器人的设计专业: 通信工程学号: B24121129 学生姓名: 王新指导教师: 马凤霞 2016年 3 月 21 日 一、立题依据 1、选题目的 自动扫地机器人，是一种智能扫地、吸尘工具，是一种配备了微电脑系统的电动保洁设备，它能按照人们的设置清洁房间的某一特定部分或全部。清洁机器人最早出现在于美国，随后发展的欧美，风靡港澳台，90年代中期进入大陆。现在市场上的自动扫地机器人主要几种品牌:(TOMEFON德国)斐纳扫地机器人，(irobot美国)irobot扫地机器人，(Proscenic台湾)浦桑尼克扫地机器人，(科沃斯中国)科沃斯扫地机器人，(PHILIPS荷兰)飞利浦扫地机器人等。 人类的一只脚已经迈进了机器人时代的大门，中国10年内机器人将融入市民日常生活，机器人将和汽车一样成为生活必需用具。这些机器人从用途上看，有用于教育类的机器人，有用于服务类的机器人，有用于制造类的机器人，等等。其中自动扫地机器人就属于服务类的机器人。机器人的发展就像上世纪80年代的个人电脑、上世纪90年代中期的手机一样，正处于产业真正起飞的前夕，巨大的市场前景已经展现。资料显示，2003年至2007年间，全球机器人以每年40%左右的速度增长。据统计，到2009年底，全球投入使用的服务型机器人已达到450万台。 2、选题的意义

自动扫地机器人优于普通吸尘器的地方主要体现在:省时、省力，整个清洁过程中不需要人控制，减轻您操作负担;还比一般吸尘器的噪音小，清洁房间的过程免受噪音之苦;还可以净化空气，内置活性炭、吸附空气中的有害物质，粉尘净化率高达96%，清洁效率接近100%;轻便小巧:轻松打扫普通吸尘器清理不到的死角。总之，自动扫地机器人，具有操作简单，使用方便、智能、安全、、清洁效果显著的特点。 3、国内外研究现状 现在国内外市场上的扫地机器人推出速度如雨后春笋，国外品牌中，美国iRobot和德国TOMEFON扫地机器人比较热门，国内目前比较知名的有科沃斯、地贝、福玛特等，其中作为进入扫地机器人市场的Proscenic，也是比较热门的一个品牌。 研究现状:自动扫地机器人作为服务机器人领域中的一个新产品，尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果，但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高，如路径规划就是其中的一个比较重要的技术。有的可在房间内随机移动，有的能在 1 单个房间内比较简单地以一定的路线移动(不能100%走遍)。事实上，虽然有一些公司推出了一些样品或产品，但却不能达到满意程度:清洁效果不佳，遍历时间长。 目前，在一些发达国家的办公室、工厂、车站、机场等场所已广泛使用到自动扫地机器人。随着科学技术的进步和社会的发展，人们希望更多地从繁琐的日常事务中解脱出来，这使得自动扫地机器人进入人家庭成为可能。如果自动扫地机器人性价比足够高，那么自动扫地机器人市场将会被看好。 二、研究方案

扫地机器人的设计方案

机械电子学课程作业 专业：精密仪器及机械课程名称：机械电子学 学号： 姓名： 完成时间：类别标准分数实得分数平时 成绩 作业 成绩 总分100 授课教师 签字

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，在短短的几十年内发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域内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，自动在房间内完成地板清理工作。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。

家用清洁机器人设计

目录 摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 ABSTRACT -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1 前言------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 1.1国内外相关产品研究 ------------------------------------------------ 3 1.1.1国外产品研究情况--------------------------------------------- 3 1.1.2国内产品研究情况--------------------------------------------- 4 1.2研究的目的和意义 -------------------------------------------------- 5 2家用清洁机器人的关键技术 ------------------------------------------------------------------------------- 6 2.1传感技术 ---------------------------------------------------------- 6 2.2路径规划技术 ------------------------------------------------------ 6 2.3吸尘技术 ---------------------------------------------------------- 7 2.4电源技术 ---------------------------------------------------------- 7 3 家用清洁机器人的机械设计 ------------------------------------------------------------------------------ 8 3.1机械结构组成 ------------------------------------------------------ 8 3.2家用清洁机器人的总体设计 ------------------------------------------ 8 3.2.1外形设计----------------------------------------------------- 8 3.2.2行走机构设计------------------------------------------------- 8 3.2.3清扫机构设计------------------------------------------------- 9 3.2.4吸尘机构设计------------------------------------------------ 10 4 具体计算 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 12 4.1电机选择 --------------------------------------------------------- 12 4.2蜗轮蜗杆的选择 --------------------------------------------------- 13 4.3电池的选用 ------------------------------------------------------- 15 4.4清扫机构中蜗杆上轴承寿命计算 ------------------------------------- 15 4.5蜗轮轴的校核 ----------------------------------------------------- 17 5 总结与展望 --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 19 5.1总结 ------------------------------------------------------------- 19 5.2展望 ------------------------------------------------------------- 19参考文献 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- 21致谢------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 22附录------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 23

清扫机器人的结构设计.

毕业设计（论文）题目清扫机器人结构设计 院（系）： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： ?年月曰

摘要 清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括：小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路 及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能，达到设计要求。 关键词：清洁机器人避障AT89C51 单片机

Abstract Cleaning robot is one part of the serving robot..Serving robot is beingresearched and developed in the countries all over the world,and which is beingused widely in the west developed countries.If the rate of quality and price of thecleaning robot is highly enough ,the market of the cleaning robot would beprospered. The paper studies the applications and developments of cleaning robot athome and abroad, and researchesthe control system of the cleaning robot avoidinga obstacle mainly.The model is designed under the actual condition of the lab. The main work of the paper is as follows. The mechanical design of cleaning robot,thetheory of the control system, the design of control system of hardware circuit andsoftware based on AT89C51 SCM, the design of inspective circuit and theexperiment of performance of the cleaning robot avoiding a obstacle. The result of the experiment shows that the robot designed has the functionsof avoiding a obstacle, so it fills the demand of the task. KEY WORD: cleaning robot avoid a obstacle AT89C51 SCM.

一种新型智能清洁机器人测控系统的设计与实现_百度文库

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。