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智能樓梯清潔機(jī)器人總結(jié)報(bào)告
一、項(xiàng)目簡介
隨著生活和科技水平的日益提高，自動清潔機(jī)器人已經(jīng)成為社會關(guān)注的焦點(diǎn)之一。本作品是一種樓梯智能的清潔機(jī)器人。該機(jī)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(jī)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(yùn)動、清潔等動作。在機(jī)器作業(yè)時三葉型履帶輪的轉(zhuǎn)動使機(jī)器人能夠攀爬臺階，履帶驅(qū)動能調(diào)節(jié)機(jī)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(yùn)動，進(jìn)行移動清潔工作。清潔部分采用噴水、清潔盤強(qiáng)力洗刷、吸水膠條汲取污水為一
2、體的裝置。此外該機(jī)器人采用選用了高性能、低成本、低功耗的STM32單片機(jī)作為控制器，并帶有光電、超聲波等傳感器實(shí)現(xiàn)智能清掃，并有主要由TFT觸摸屏組成的人機(jī)交互界面可以通過設(shè)定需要清潔的層數(shù)后，由機(jī)器人自己完成清潔動作。該機(jī)器人能進(jìn)行長時間，大面積清潔工作，減少人力勞動強(qiáng)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(jī)構(gòu)、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(jié)。/
2 .三葉型履帶輪：履帶輪由三葉骨架、傳動軸、齒輪、履帶等構(gòu)成。該設(shè)計(jì)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(jī)單獨(dú)驅(qū)動：整輪可在鏈條的驅(qū)動下，在樓梯上進(jìn)
3、行翻轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)動。履帶不僅可增大地面摩擦力，還起到在樓梯上進(jìn)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(gòu)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(jìn)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(jī)驅(qū)動，以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。每個洗刷用一個電機(jī)驅(qū)動。
三、
4、電路控制部分
本機(jī)器人采用嵌入式智能控制技術(shù),電控部分搭載在stm32平臺上，運(yùn)用人機(jī)交互界面和自動控制原理，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的基本運(yùn)行。利用觸碰開關(guān)，超聲波傳感器，紅外傳感器來保證機(jī)器人的安全準(zhǔn)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(yīng)精度可達(dá)/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(jī)體的偏斜程度，以及在樓梯
5、的上的相對位置，從而判斷機(jī)器人的運(yùn)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(shí)施對車體的定位，然后根據(jù)反饋調(diào)整車體到達(dá)工作位置；設(shè)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(jìn)行測距，從而達(dá)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(dá)墻角處，然后放下洗刷，開始工作，利用超聲探測器5到達(dá)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(diǎn)：
1、三葉型驅(qū)動輪，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動攀爬；外加履帶驅(qū)動，極大的提高了機(jī)器人運(yùn)動靈活穩(wěn)定性，并且加工簡單，
6、易于實(shí)現(xiàn)。
2、采用雙滾刷浸潤設(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)，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(jià)比、低功耗的設(shè)計(jì)電路。
5、擁有智能化的控制系統(tǒng)，能供實(shí)現(xiàn)自動清掃。
五、項(xiàng)目研究成果：
1 .本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)完全
自動化清潔樓梯的作業(yè)等一系列動作，可以進(jìn)行樓梯識別、位置定位、清潔表面等簡單任務(wù)，具有一定的推廣與使用價(jià)值。我們將設(shè)計(jì)制作好的一臺智能樓梯清潔機(jī)器人應(yīng)用在學(xué)校多出
樓梯場所，由測試得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析顯示，我們的作品的實(shí)際效果與最初的設(shè)計(jì)預(yù)想相符,具有很好的應(yīng)用前景。
2.代表燕山大學(xué)參加了第二屆大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，榮獲一等獎，第五屆全國大學(xué)
生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，榮獲河北省二等獎和全國二等獎。
六、實(shí)物照片
智能樓梯清潔機(jī)器人
