2河南工程學院答辯專用

家用清潔機傳動系統(tǒng)和外形設(shè)計學生姓名：楊江濤專業(yè)班級：機制1222班學號：201250616114系（部）：機械工程學院完成時間：2013年5月25日HenanInstituteofEngineering一、課題背景及研究目的二、設(shè)計要求三、外形的設(shè)計四、移動機構(gòu)的設(shè)計五、吸塵機構(gòu)的設(shè)計六、拖地機構(gòu)的設(shè)計七、總結(jié)設(shè)計的主要內(nèi)容HenanInstituteofEngineering一、課題背景及研究目的近年來,隨著中國工業(yè)的快速發(fā)展,清潔機的產(chǎn)銷量也大幅增加,在我國市場具有旺盛的生命力。隨著社會的進步和發(fā)展,人們的物質(zhì)和精神生活質(zhì)量的提高,迫切需要從繁重的清潔工作中解脫出來。由此誕生了一種家用服務(wù)型清潔機器人,它將移動機器人技術(shù)和清潔技術(shù)有機地融合起來,實現(xiàn)家庭、賓館、寫字樓等室內(nèi)環(huán)境的半自動或全自動清潔。自動進行房間地面清潔的自主吸塵式家庭服務(wù)機器人,它集機械學、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、機器人技術(shù)、人工智能等諸多學科為一體。自主清潔機器人作為智能移動機器人實用化發(fā)展的先行者,其研究始于20世紀80年代,到目前為止,HenanInstituteofEngineering已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機和產(chǎn)品。清潔機器人的發(fā)展,帶動了家庭服務(wù)機器人行業(yè)的發(fā)展,也促進了移動機器人技術(shù)、傳感器、圖像和語音識別等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,從技術(shù)方面講,智能化自主式清潔機比較具體地體現(xiàn)了移動機器人的多項關(guān)鍵技術(shù),具有較強的代表性。從市場前景角度講,自主吸塵器將大大降低勞動強度、提高勞動效率,適用于家庭和公共場所的室內(nèi)清潔。因此,開發(fā)自主智能清潔機既具有科研上的挑戰(zhàn)性,又具有廣闊的市場前景。本次設(shè)計的題目就是在這種背景下提出的。HenanInstituteofEngineering1.清潔機具有吸塵和拖地功能2.適合清潔的作業(yè)區(qū):光滑硬質(zhì)地面3.移動機構(gòu)形式:輪式4.最高行進速度:0.5m/s5.拖地洗盤轉(zhuǎn)速:3r/s6.轉(zhuǎn)彎半徑:07.整機高度:<200mm8.整機直徑:400mm9.清洗方式:旋轉(zhuǎn)拖地10.電量低警示方式:LED閃燈11.具有避障功能12.具有自動充電裝置二、設(shè)計要求HenanInstituteofEngineering三、外形設(shè)計根據(jù)家庭清潔機器人的設(shè)計要求,本次設(shè)計的機器人應(yīng)該包括拖地機構(gòu)、行走機構(gòu)、吸塵機構(gòu),其中拖地機構(gòu)的設(shè)計尤為重要。通過在網(wǎng)上搜索一些相關(guān)資料以及在圖書館查閱的資料,初步把機器人的外形設(shè)計為長寬均為400mm高為100mm的長方體,但是后來發(fā)現(xiàn)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)的不合理之處,周邊有棱角的機器人在躲避障礙物是很不便,非常容易碰到障礙物,而圓形物體則比較容易避開障礙物。因而最終把機器人的外形設(shè)計為圓盤形,其外部輪廓大體下圖所示HenanInstituteofEngineeringHenanInstituteofEngineering四、移動機構(gòu)的設(shè)計移動機構(gòu)是其它部件的載體,機器人移動機構(gòu)按結(jié)構(gòu)分有輪式、履帶式和步行式等。輪式和履帶式機器人適合條件較好的地面,而步行機器人則適合于條件較差的路面。本課題研究的自主清潔機器人工作在環(huán)境較好的室內(nèi),清潔機器人的重量不是很大,工作條件是室內(nèi),也不惡劣,所以采用三輪驅(qū)動,三點確定一個平面,三輪理論上是穩(wěn)定的。考慮到本課題清潔機器人將來作為服務(wù)型機器人使用,在控制方式上應(yīng)達到一個較高層次,所以采用差動轉(zhuǎn)向式比較好,并且其運動和轉(zhuǎn)向的精度也高一些,以便為以后的避障和路徑規(guī)劃打下一個良好的基礎(chǔ)。因此移動機構(gòu)采用的是三輪差速轉(zhuǎn)向式的,如下圖所示。HenanInstituteofEngineeringHenanInstituteofEngineering五、吸塵機構(gòu)的設(shè)計本文設(shè)計的吸塵機構(gòu),主要由吸嘴﹑吸管﹑儲塵箱﹑電動風機等部位組成。從外界吸進的灰塵和垃圾首先到達吸塵部,吸塵部分的功能主要是使吸進的高速氣流通過過濾網(wǎng),濾出垃圾和灰塵。過濾網(wǎng)不僅僅能擋住較大顆粒的垃圾,而且能阻止細小的塵埃通過,性能好的過濾網(wǎng),排出的灰塵在直徑5微米以下,此外,過濾網(wǎng)的透氣性好,能長時間過濾而不被堵塞,使電機得到充分的冷卻,灰塵通過吸塵器的吸嘴進入到吸塵器吸管,而后經(jīng)過風葉罩的過濾,大顆粒垃圾沉積在儲塵箱里,氣流由電動風機吸入口吸入,而后經(jīng)過過濾網(wǎng)過濾,再由出氣口排出。HenanInstituteofEngineeringHenanInstituteofEngineering六、拖地機構(gòu)的設(shè)計在拖地機構(gòu)的設(shè)計中想到了五種方案:方案一:由電機帶動斜齒輪1，斜齒輪1帶動斜齒輪2，斜齒輪2帶動斜齒輪3，斜齒輪上的軸連接滾刷，進而實現(xiàn)拖地；HenanInstituteofEngineering方案二:如圖電機帶動錐齒輪1，錐齒輪1帶動錐齒輪2，由錐齒輪2上的軸連接滾刷，進而實現(xiàn)拖地；HenanInstituteofEngineering方案三:由電機帶動蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個蝸輪的軸上分別接刷子，從而實現(xiàn)拖地；HenanInstituteofEngineering方案四:由電機帶動蝸桿，蝸桿兩端接蝸輪，兩個蝸輪分別接皮帶輪，皮帶輪上的軸接刷子，從而實現(xiàn)拖地。HenanInstituteofEngineering方案五:直流減速電機，通過電機軸帶動左邊帶輪，左邊的帶輪通過同步帶帶動拖把軸上的帶輪來帶動拖把軸，右邊的傳動靠齒輪嚙合、帶傳動來帶動右邊拖把旋轉(zhuǎn)。HenanInstituteofEngineering因為所設(shè)計的機器人它的體積有限制,在直徑為四百,高為一百左右的圓內(nèi)要放置有拖地機構(gòu)、行走機構(gòu)、吸塵機構(gòu)、垃圾收集處理機構(gòu),同時還得留下放電池、控制中心、觀察中心的地方,而方案一雖然易于安裝,傳動平穩(wěn),但是斜齒輪所占的面積非常大,如果選用它,則會占用大量的空間,使其它幾個單元有些部分將放置不下,從而超出所要設(shè)計的尺寸,因而否定了這種方案；方案二中,錐齒輪傳動不如斜齒輪平穩(wěn),同時錐齒輪一所占的體積也比較大,而拖地機構(gòu)又是本次設(shè)計中最重要的部分,因而選用錐齒輪的弊端也很大,所以經(jīng)過計算及各個機構(gòu)總體布局的綜合考慮,舍棄了方案二；HenanInstituteofEngineering方案三中通過電機帶動蝸桿旋轉(zhuǎn),再有蝸桿帶動其兩端的蝸輪,由蝸輪上的軸帶動固定在其上的刷子旋轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)了拖地的目的。為了使機器人的外壁在靠近墻邊時刷子能夠掃到墻壁的邊緣,同時使它在拖地過程中沒有工作盲區(qū),開始設(shè)計時用兩個直徑都為150mm的刷子,這樣的話,蝸輪和蝸桿的中心距就必須為75mm,而在這種中心距的情況下,蝸輪蝸桿的尺寸都比較大,雖然能夠放置下,但是蝸輪蝸桿這個裝置就顯得比較笨重,所占的重量很大,這就加重了機器的人的總重量,因而這種方案也不是很合理；HenanInstituteofEngineering最后在方案三的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了方案四。方案四中通過兩邊加皮帶輪這個結(jié)構(gòu)縮小了蝸輪蝸桿的中心距,從而減小了機器的總重量,但是考慮到蝸輪蝸桿為非標準件,制造安裝較復雜,所以考慮應(yīng)用方案五。方案五兼顧了方案四的優(yōu)點,制造安裝方便,因而選擇方案五為本次設(shè)計的拖地機構(gòu)。HenanInstituteofEngineering總的來說,這次設(shè)計是我學了兩年本科全部課程之后的又一次重要檢驗。它考驗了我是否真的牢固掌握了全部所學的專業(yè)知識,以及運用知識的能力并且是否具有廣泛