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智能樓梯清潔機器人總結報告
一、項目簡介
隨著生活和科技水平的日益提高,自動清潔機器人已經(jīng)成為社會關注的焦點之一。本作品是一種樓梯智能的清潔機器人。該機器人采用一種全新的、高效的三葉型輪主驅(qū)動外加履帶驅(qū)動方式,清潔機器人能夠自如靈活的完成攀爬樓梯、樓梯清潔、跨越門檻等障礙、以及在樓梯臺階和平地上橫向運動、清潔等動作。在機器作業(yè)時三葉型履帶輪的轉(zhuǎn)動使機器人能夠攀爬臺階,履帶驅(qū)動能調(diào)節(jié)機器人在臺階上的位置;三個橫向驅(qū)動輪在升降裝置的作用下能夠使十字履帶輪脫離地面,然后使整車橫向運動,進行移動清潔工作。清潔部分采用噴水、清潔盤強力洗刷、吸水膠條汲取污水為一
2、體的裝置。此外該機器人采用選用了高性能、低成本、低功耗的STM32單片機作為控制器,并帶有光電、超聲波等傳感器實現(xiàn)智能清掃,并有主要由TFT觸摸屏組成的人機交互界面可以通過設定需要清潔的層數(shù)后,由機器人自己完成清潔動作。該機器人能進行長時間,大面積清潔工作,減少人力勞動強度。
二、主要工作原理:
整體裝置:車體、三葉型履帶輪、升降橫向行走機構、洗刷裝置、傳動部分和電控部分等。
1 .車體:車體主要用鋁材和鋼材連結。/
2 .三葉型履帶輪:履帶輪由三葉骨架、傳動軸、齒輪、履帶等構成。該設計主要為了能穩(wěn)定地攀爬樓梯,及在地面上行走。三葉輪由兩個電機單獨驅(qū)動:整輪可在鏈條的驅(qū)動下,在樓梯上進
3、行翻轉(zhuǎn)運動;外面附著履帶可以在內(nèi)驅(qū)動軸驅(qū)動齒輪的作用下,沿著三葉骨架表面運動。履帶不僅可增大地面摩擦力,還起到在樓梯上進行微小的位置調(diào)整得作用。
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4.洗刷裝置
洗刷裝置主要由殼體、滾刷(3個),密封橡膠皮,過濾裝置及傳動裝置構成。兩滾刷之
間會積存一些水,可以濕潤滾刷。滾刷在齒輪的驅(qū)動下在地面上清潔污漬,并在殼體內(nèi)被另一毛滾刷清洗表面,被帶進殼體內(nèi)的小碎屑會被過濾網(wǎng)攔截,過濾網(wǎng)可拆卸并清理污物。
5.傳動部分
傳動部分主要由鏈條、鏈輪驅(qū)動。三葉輪整體由一個減速器輸出的動力驅(qū)動;內(nèi)驅(qū)動軸左右各用一個蝸輪蝸桿電機驅(qū)動,以實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。每個洗刷用一個電機驅(qū)動。
三、
4、電路控制部分
本機器人采用嵌入式智能控制技術,電控部分搭載在stm32平臺上,運用人機交互界面和自動控制原理,實現(xiàn)機器人的基本運行。利用觸碰開關,超聲波傳感器,紅外傳感器來保證機器人的安全準確操作。
傳感器
1、加速度傳感器
采用14腳封裝形式。ADXL34*ADI公司的三軸數(shù)字加速度傳感器,最大可感知土16g的加速度,感應精度可達/LSB,傾角測量典型誤差小于1°,傳感器采樣速度在~3200Hz之間可調(diào)。通過加速度傳感器測得(3葉拿東西的反轉(zhuǎn)角度)。/
2.雙超聲波傳感器\/
采用雙超聲波傳感器,探測范圍2cm-450cm精度優(yōu)于2mm的超聲波傳感器測量機體的偏斜程度,以及在樓梯
5、的上的相對位置,從而判斷機器人的運動方式,及平動距離。
如圖示1所示,在攀爬樓梯時首先使用超聲發(fā)射器3、4發(fā)射超聲波,實施對車體的定位,然后根據(jù)反饋調(diào)整車體到達工作位置;設置兩個傳感器的好處是可以檢測車體是否發(fā)生偏斜;
車體在樓梯上左右移動時,用超聲發(fā)射器1、2對墻壁進行測距,從而達到橫向清掃樓梯的目的;
在樓梯的末端(轉(zhuǎn)彎處的平面)首先使車體到達墻角處,然后放下洗刷,開始工作,利用超聲探測器5到達另一墻壁時,向后退一個洗刷的距離后,繼續(xù)反向工作,如此循環(huán)。
四、主要創(chuàng)新點:
1、三葉型驅(qū)動輪,實現(xiàn)機器人自動攀爬;外加履帶驅(qū)動,極大的提高了機器人運動靈活穩(wěn)定性,并且加工簡單,
6、易于實現(xiàn)。
2、采用雙滾刷浸潤設計,在兩滾刷之間形成一條水溝渠,使?jié)L刷表面濕潤,且水渠內(nèi)的水可
在殼體與水箱之間循環(huán)流動,可以提高清潔速度及質(zhì)量;
3、橫向升降行走結構,有效的避免了清潔死角,能夠全面覆蓋樓梯的各個角落,并且適用于各種環(huán)境。
4、采用高性價比、低功耗的設計電路。
5、擁有智能化的控制系統(tǒng),能供實現(xiàn)自動清掃。
五、項目研究成果:
1 .本項目設計并制作出一臺以三葉型驅(qū)動輪為特色的樓梯智能清潔機器人,可實現(xiàn)完全
自動化清潔樓梯的作業(yè)等一系列動作,可以進行樓梯識別、位置定位、清潔表面等簡單任務,具有一定的推廣與使用價值。我們將設計制作好的一臺智能樓梯清潔機器人應用在學校多出
樓梯場所,由測試得到的各項數(shù)據(jù)分析顯示,我們的作品的實際效果與最初的設計預想相符,具有很好的應用前景。
2.代表燕山大學參加了第二屆大學生機械創(chuàng)新設計大賽,榮獲一等獎,第五屆全國大學
生機械創(chuàng)新設計大賽,榮獲河北省二等獎和全國二等獎。
六、實物照片