自動清掃機器人的設計答辯學生：

研究內容1.自動清掃機器人的工作原理和流程；2.自動清掃機器人的整機方案；3.自動清掃機器人的機械系統設計；4.自動清掃機器人的控制系統設計；

工作原理驅動工作原理：電機帶動動力輪運動，實現機器人的移動。清掃工作原理：機器人側前方旋轉的邊刷將垃圾清理至滾動主刷的工作范圍內，主刷高速旋轉，帶動空氣高速運動，進而將垃圾掃入垃圾箱內部。工作原理

工作流程第一點通過鍵盤或者遙控器啟動機器人，開始清掃工作；第二點機器人工作時，清掃系統開始清掃工作，吸塵系統開始吸掃；第三點控制系統傳感模塊采集外部信息，處理器分析和決策行走路線，行走方向控制動力輪差速調節。整機方案設計整機設計1.整機采用成本低廉且經久耐用的塑料作為材料，并進行噴漆噴塑處理；2.為了避免與障礙物產生棱角碰撞，機器人外形設計則考慮為圓盤形。整機方案設計機器人：機械系統、控制系統、電源系統三大部分。機械系統清掃系統電機的軸上有錐齒輪和清掃刷，電機軸轉動，清掃刷和錐齒輪轉動，滾刷的錐齒輪帶動另一個錐齒輪轉動，帶動吸塵毛刷轉動機械系統清掃系統1.電機帶動斜齒輪1，斜齒輪1帶動斜齒輪2，斜齒輪2帶動斜齒輪3，斜齒輪3上的軸連接滾刷，實現垃圾清掃。2.電機帶動錐齒輪1，錐齒輪1帶動錐齒輪2，錐齒輪2上的軸連接滾刷，實現垃圾清掃。機械系統清掃系統3.電機帶動蝸桿，蝸桿兩端連接渦輪，兩個渦輪的軸上分別連接刷子，從而實現清掃。機械系統清掃系統電機選用永磁直流無刷電機，特點：功率大;效率高;體積小；用銅量少等特點。適用于小型機器人，電動摩托車等。機械系統吸塵系統滾刷的旋轉帶動垃圾儲藏室內的空氣流動，又通過儲藏室內的管腔將刷子清掃引起的塵土吸附進來，帶塵土的空氣通過防塵罩將塵土擋到垃圾儲物室內，較干凈的空氣則通過吸塵室上壁腔的圓孔排帶大氣中去，從而實現吸塵的目的。機械系統吸塵系統吸塵系統的設計中將風扇固定在垃圾儲藏室上壁，在風扇上罩一個薄壁腔。在薄壁腔上方開一個圓孔，以便于空氣的排出。在垃圾儲藏室上壁開兩個小長方孔，在方孔下加上一個隔塵罩。機械系統移動系統清潔機器人，三點確定一個平面，三輪結構穩定，重心低，載荷穩定且中心位置不發生變化。機器人的行走機構采用兩輪驅動，對稱分布在清掃機構的后方。兩個輪子和刷子支撐機體，既節省材料，又可以使刷子和地面全面的接觸，從而清掃。在機器人轉彎時，通過控制行走機構的兩個電機的轉速及旋轉方向，進而控制兩個輪子，通過輪子的前后差速運動實現機體的轉彎半徑為0。機械系統移動系統三輪結構轉向裝置通常有兩種：（1）鉸軸轉向式：轉向輪裝在轉向鉸軸上，轉自電機通過減速器和機械連桿機構控制鉸軸從而控制轉向輪的轉向。（2）同步轉向式：在機器人的左右輪上分別裝有兩個驅動電機，控制左右輪的速度比實現車體的轉向。清掃機器人在控制方式上所以采用差動輪轉向式合理，運動轉向的精度高，該清掃機器人采用三輪同步轉向式結構。機械系統GM27—320

1.微型直流減速電機，低轉速，大扭力。2.符合歐盟環保節能功耗要求，最小電流可至100mA3.軍品設計要求，超低靜音，最低噪音可至40dB控制系統傳感器分布

紅外傳感器在使用過程中容易受障礙物表面特性影響，表面顏色深的障礙物，檢測距離會縮短，單個超聲波覆蓋范圍有限，存在較大的盲區。故周圍布置多個紅外和超聲波傳感器來避障。但由于傳感器的本身特性，為避免因傳感器盲區而引起的碰掛問題，在機器人正前方另安裝一碰掛擋板和限位開關。當發生碰撞時，碰撞擋板在撞擊力作用下向機器人車體方向移動，進而觸發限位開關動作，機器人接收到限位開關信號便停止運動。控制系統總體流程圖

(1)啟動清掃機電源，使各模塊持續供電。

(2)啟動各電路模塊，啟動液晶顯示系統，以便顯示清掃機行進速度及運行時間。

(3)當接收到前進指令時，啟動驅動系統。

(4)當遇到障礙時啟動清掃系統及避障系統，此過程是整個清掃系統的關鍵，此過程包括清掃命令接收判斷及是否遇到障礙物判斷。控制系統驅動流程圖1.設置寄存器、配置GPIO、定時器、A/D轉換器和外部中斷、啟動A/D轉換。2.檢測GPIO有沒有啟動信號,檢測到啟動信號后,從另一個GPIO發出控制信號給直流電機加電。3.讀取電流信號數據,求平均值得到電機的電流值，對輸出數據進行FFT變換,求出基波的頻率，再根據電機的具體型號乘以一個系數得到電機的轉速。4.把測試電流和轉速送給液晶顯示系統顯示清掃機行進速度。5.啟動總線傳輸，把測試結果傳輸到單片機,以對數據進行保存和分析。控制系統清掃流程圖(1)紅外發光管發射紅外光，光波在遇到障礙物后反射，被紅外接收管接收，產生對應電流，放大后輸出模擬電壓，轉換后輸入單片機。(2)接觸傳感器，判斷其是否是清掃。若可清掃則單片機向清掃電機發出清掃指令，執行清掃命令，若不可清掃，判斷其為墻角類障礙，此時累加器累加判斷為墻角的次數。(3)判斷墻角累加次數的奇偶，若為奇數則通過控制電機調速模塊來控制左右輪速度，控制清掃機行進方向，使其左后轉行進。若判斷為偶數，則使其右后轉行進。鉛酸電池

特點：鉛酸電池是一