擦玻璃机器人的设计

林醒 张昊 尹康 杨洋 严建强

绪论

机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。

研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现;生产计划的制订和生产调度;编制和贯彻制造工艺;设计和制造工具、模具;确定劳动定额和材料定额;组织加工、装配、试车和包装发运;对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。

1 应用机器人的意义

随着科学技术的发展，机器人也越来越多的地被应用。在机械工业中，铸、焊、铆、冲、压、热处理、机械加工、装配、检验、喷漆、电镀等工种都有应用的实理。其他部门，如轻工业、建筑业、国防工业等工作中也均有所应用。

在机械工业中，应用机器人的意义可以概括如下：

一、以提高生产过程中的自动化程度

二、以改善劳动条件，避免人身事故

三、可以减轻人力，并便于有节奏的生产

2 本课题研究的内容

本论文主要研究运用SolidWorks对擦玻璃机器人进行设计。在设计过程中，了解擦玻璃机器人的结构特征和三维软件的使用要领。

本文的设计目标是设计一种擦玻璃机器人，该机器人能够实现随机清扫，交叉清扫，床底清扫，防撞等等多种功能，其研究内容包括：

（1）功能分析与方案设计;

（2）结构设计与三维造型;

（3）控制系统设计。

3擦玻璃机器人总体方案结构的设计

3.1 擦玻璃机器人的总体方案

本次设计的擦玻璃机器人采取的方案是：在机器人的两侧各布置一组毛刷，成对称分布，通过电动机通过伞齿轮传动控制动力轮转动来实现机器人的移动动作。根据控制方法的不同，机器人的转速或者方向也有所不同。整机采用成本低廉且经久耐用的塑料作为材料，经过喷漆喷塑处理后在外观上面得到了一定的保证。其具体方案布局图如下：

3.2 擦玻璃机器人的工作原理

本次设计的擦玻璃机器人的工作原理为：通过电动机通过伞齿轮传动控制动力轮转动来实现机器人的移动动作，根据控制方法的不同，机器人的转速或者方向也有所不同。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

4 机械系统设计

4.1擦玻璃机器人的功能概述

本次设计的擦玻璃机器人，主要具有如下功能：

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。

4.1.1 擦玻璃机器人的清扫模式

清扫模式包括随机清扫、螺旋式清扫、交叉清扫、沿边清扫、定点清扫、预约清扫等。 随机清扫是指根据地面状况在其他几种清扫模式之中进行切换;螺旋式清扫是指绕圈清扫的模式; 交叉清扫是指在不同的区域之间交叉穿梭来清扫，也可以称为Z字形清扫; 沿边清扫是沿着房间的边界进行清扫; 定点清扫是指在指定的位置小范围内清扫; 预约清扫是指每天在指定的时间自动清扫，可以预约一次和一周内任意预约清扫时间，可以放心上班和出差，也可以自动打扫。

4.1.2 智能导航系统

擦玻璃机器人的智能导航实质就是路径自动规划。擦玻璃机器人路径自动规划有两种方法：：随机式全区域覆盖和规划式全区域覆盖。随机式全区域覆盖方法控制简单，不需要很多的硬件，软件编程也简单，易于实现。但其缺点是移动机器人运行轨迹重复性较大，且运行轨迹不能较快地、充分地覆盖整个区域，这种路径规划只考虑完成任务，没有考虑到时间消耗和能量消耗情况，因此选择规划式全区域覆盖方法。此设计中选择往返式路径规划方法。往返式路径规划清扫路径的规则为当擦玻璃机器人置于室内时，可通过超声波测距传感器的信息来判断它放置于墙边还是房屋中间。在房屋中间，则先设为它沿某一方向运动到靠近墙边的某一点。机器入就可从墙边的某一点开始，按顺时针方向绕墙运动一周，先对室内墙边地面进行一次预清扫。擦玻璃机器人在绕完一圈后再向左或向右行走到墙壁的最左端或者最右端，以此来作为它清挡路径的起始点，也即绝对坐标的原点。

4.2擦玻璃机器人的智能控制系统

擦玻璃机器人在工作过程中难免遇到各种障碍物，如果不及时躲避障碍物，将影响擦玻璃机器人正常工作。因此在擦玻璃机器人内部安装三个超声波测距传感器，用来检测擦玻璃机器人行进路线上是否有障碍物。

超声波是一种一定频率范围的声波。它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同媒质的界面处，会产生反射现象。利用这一特性，就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用。避障功能的实现正是利用了这一超声波测距的原理。

结  论

在这段时间学习中，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复習所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，本文所设计的是擦玻璃机器人的设计，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好。

参考文献

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