保潔機器人價格

清潔機器人的機械設計,機械結構組成和工作原理

本課題要研制一臺結構小巧、靈活,控制簡單、易于實現,初步完成自主移動、自動避障和路徑規劃任務的清潔機器人。整個清潔機器人由機械部分和控制系統兩大部分組成。機械部分包括高強度塑料底盤、外殼、兩個驅動輪和一個隨動輪。它們是吸塵電機、清潔刷、電池以及控制系統的載體。機器人整體外觀如圖3-1所示。

清潔機器人的結構如圖3-2所示。主要包括以下幾部分:

(1) 個行走驅動輪及驅動電機。該部分主要保證機器人能夠在平面內移動。殼體前端和側面裝有紅外開關,作為碰撞檢測傳感器。底面的3個紅外開關作為臺階檢測傳感器,防止跌落。驅動輪上裝有光電編碼盤,可以對輪速進行檢測和控制,實現定位和路徑規劃。同時還擴展了超聲波傳感器,用于精確定位的需要;

(2) 清掃機構。用電機帶動兩個清掃刷,使左面清掃刷順時針轉動,右面逆時針轉動,這樣就可以在清掃灰塵時將灰塵集中于吸風口處,為吸塵機構的工作做準備;

(3) 吸塵機構。制造強大的吸力,將灰塵吸入灰塵存儲箱中;

(4) 擦地機構。在清掃、吸塵之后,利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在 地面上的細小灰塵,保證清潔工作的質量。

清潔機器人,保潔機器人移動機構是其它部件的載體,機器人移動機構按結構分有輪式、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。本課題研制的自主清潔機器人工作在環境較好的室內,所以采用輪式移動機構較為適合。

輪式移動機器人一般有三輪、四輪和六輪,移動機器人若采用三輪結構則比較簡單,能夠滿足一般的需求,應用也比較廣泛;四輪的穩定性好,承載能力較大,但結構較復雜;六輪與四輪類似,只不過有更大的承載能力和穩定性。在本課題中,清潔機器人的重量不是很大,工作條件是室內,也不惡劣,三點確定一個平面,三輪理論上也是穩定的。但是對負載有一定的限制,對三輪移動機器人來說,重心都比較低,載荷穩定且中心位置基本不發生變化,所以采用三輪結構就能滿足要求。

三輪轉向裝置的結構通常有兩種方式:

(1) 鉸軸轉向式:轉向輪裝在轉向鉸軸上,轉向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) 差速轉向式:在機器人的左、右輪上分別裝上兩個獨立的驅動電機,通過控制左右輪的速度比實現車體的轉向。在這種情況下,非驅動輪應為自由輪。移動機器人若采用鉸軸轉向式控制簡單,但精度不是太高;差動轉向式控制復雜,但精度較高。考慮到本課題清潔機器人將來作為服務型機器人使用,在控制方式上應達到一個較高層次,所以采用差動轉向式比較好,并且其運動和轉向的精度也高一些,以便為以后的避障和軌跡規劃打下一個良好的基礎。因此本系統的移動機構采用的是三輪差速轉向式的,如圖3-3所示。

按照上述的移動結構,清潔機器人采用兩直流電動機獨立驅動左右兩輪的差動方式,控制簡單、精確、易于實現,可以方便地實現吸塵機器人的前進、左轉、右轉、后退,以及調頭等功能,清潔機器人能夠在任意半徑下,以任意速度實現 轉彎,甚至可以實現零轉彎半徑(即繞軸中點原地旋轉)。

圖3-3 移動機構示意圖

Fig3-3 Schematic diagram of the mobile body

3.1.2 工作原理

本系統的功能模塊關系如圖3-4所示。清潔機器人由多個功能模塊共同組成,這幾個模塊共同工作、相互協調、相互作用,保證了機器人能夠順利的進行清掃。具體的工作原理如下清潔機器人的中心是清潔機器人的CPU,它對其它各個功能模塊進行控制。信息采集模塊負責采集周圍環境以及機器人本身的各種信息。鍵盤模塊和紅外遙控接收模塊可以接收人們對機器人的控制信息,然后把信息傳給CPU進行處理。當接收到需要機器人進行清掃工作的信號時,CPU可以通過控制行走機構和清潔機構讓機器人進行工作。在機器人工作的過程中還可以通過LCD顯示模塊和狀態指示模塊對機器人的狀態進行時實的顯示。

機器人工作的流程如下:

(l) 首先可以通過鍵盤或者遙控器啟動清潔機器人,讓它開始清掃工作。

(2) 機器人一旦開始工作,便控制清掃機構進行清掃、吸塵機構開始吸塵、擦地機構開始擦地。

(3) 機器人開始工作,傳感探測模塊就開始不斷地采集外部信息,送到CPU進行分析和決策產生機器人行走的路徑。

(4) 當路徑規劃需要機器人實現轉向的時候。CPU就分別改變左右輪的速度,通過差速來實現轉向。

(5) 工作期間機器人可以通過LCD顯示一些相關信息(比如工作模式、工作計時或溫度)。

(6) 遙控器除了可以控制清潔機器人的啟停,還可以對機器人進行定時,讓機器人在一定時間后開始工作或者工作一定時間后停止工作。

圖3-4 功能模塊關系示意圖

Fig3-4 Schematic diagram of the relationship between functional modules

該機器人利用安裝的各類傳感器來獲取室內環境以及自身的基本信息,如障礙物的位置、自身走過的距離等;然后根據獲得的信息,選定相應的控制策略;通過以單片機為核心的控制系統進行障礙物判斷、避障策略選擇和運動行走實施。機器人面板上有控制其開始/停止工作的按鍵。同時也可以通過遙控來控制,遙控還可以用來對機器人進行定時,LCD實時的顯示定時的倒記時和當前的溫度值。

 


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