室內(nèi)智能掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì)

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摘 要在科技高速發(fā)展、物質(zhì)生活水平不斷提高的 21 世紀(jì)，人們不僅僅對自己的要求在提高，在對物質(zhì)生活的要求上也不同以往。本文是關(guān)于市場上的掃地機(jī)器人的調(diào)查，利用調(diào)查結(jié)果分析確定模型及制作實(shí)物模型的過程分析，主要通過市場調(diào)查的網(wǎng)絡(luò)查詢法、觀察法及其他方法，針對市場上現(xiàn)有的掃地機(jī)器人從功能、類別、造型、使用情況、工作原理、結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求、限制條件、特點(diǎn)等方面進(jìn)行調(diào)查分析。確定出掃地機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)、尺寸、外觀造型及三維模型的制作。 本產(chǎn)品以簡單、實(shí)用 、多功能的設(shè)計(jì)理念展開設(shè)計(jì)，對其多方面的影響因素進(jìn)行分析，使產(chǎn)品成為更加功能化和實(shí)用化。關(guān)鍵詞：掃地機(jī)器人；功能原理；實(shí)物模型 ；3d 模型；目 錄第一章 掃地機(jī)器人的市場調(diào)查 .11.1 掃地機(jī)器人的定義 .11.2 目前掃地機(jī)器人的主要品牌介紹、功能和優(yōu)缺點(diǎn) .11.2.1 品牌介紹 .11.2.2 現(xiàn)有功能介紹 .21.2.3. 主要優(yōu)點(diǎn) .31.2.4.主要缺點(diǎn) .31.3 掃地機(jī)器人的結(jié)構(gòu) .41.4 掃地機(jī)器人的清掃結(jié)構(gòu) .5第二章 掃地機(jī)器人的模型制作 .72.1 手繪草圖 .72.1 模型底板 .82.2 模型的殼體 .82.3 模型的面板 .92.4 最終模型圖 .10第三章 三維模型制作 .113.1 三維模型面板 .113.2 三維模型集塵盒 .113.3 三維模型底板 .123.4 三維模型中掃機(jī)構(gòu) .123.3 三維模型驅(qū)動(dòng)輪 .13第四章 結(jié)論 .141第一章 掃地機(jī)器人的市場調(diào)查1.1 掃地機(jī)器人的定義掃地機(jī)器人是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。一般來說，將完成清掃、吸塵、擦地工作的機(jī)器人，也統(tǒng)一歸為掃地機(jī)器人。1.2 目前掃地機(jī)器人的主要品牌介紹、功能和優(yōu)缺點(diǎn)1.2.1 品牌介紹目前的主要品牌有 KV8、?，斕亍⒁婀?jié)、V-BOT、地貝、夏普、伊萊克斯、凱馳、irobot、三星、飛利浦、ZECO、美菱、寶家麗等。圖 1-1 夏普掃地機(jī)器人 圖 1-2 地貝掃地機(jī)器人伊萊克斯 2001 年首推出實(shí)用的商品化的自動(dòng)吸塵系統(tǒng) Trilobite，美國的irobot 公司憑借其長期在軍用機(jī)器人方面的積累，于 2002 年推出 roomba。后來其他公司也陸續(xù)推出了各自的產(chǎn)品。其最核心的技術(shù)，是感知四周的環(huán)境，然后規(guī)劃行走的路徑，有效地遍歷各個(gè)區(qū)域，完成各個(gè)區(qū)域的打掃。目前最先進(jìn)的有 irobot 公司的 iAdapt 技術(shù)為核心的roomba 系列、neatorobotics 公司的 RPS 技術(shù)為核心的 neato xv 系列（含德國 vr 系列） ，Evolution Robotics 公司（已于 2012 年 9 月被 irobot 公司收購）的 north star 技術(shù)為核心的 mint 系列擦地機(jī)。目前（2012 年 10 月）能夠?qū)嵱玫膾叩貦C(jī)器人有：irobot 公司的 roomba 5 系列、7 系列，mint 系列，scooba 系列；neato 公司的 xv 系列；Proscenic 公司的 902 和2Pro nono。掃地機(jī)器人的發(fā)展方向，將是更加高級的人工智能帶來的更高的清掃效果、更高的清掃效率、更大的清掃面積。1.2.2 現(xiàn)有功能介紹目前基本功能：自動(dòng)清掃、自動(dòng)回充、定時(shí)清掃、智能防跌落。部分機(jī)型新增殺菌抹地功能。圖 1-3 智能防跌落紫外燈殺菌功能：對于床底、沙發(fā)下以及其他角落會(huì)有很多細(xì)菌和小昆蟲，如果可以殺菌，會(huì)提高家庭的環(huán)境質(zhì)量，但是有人在家時(shí)不適宜打開紫外燈，因其對人有傷害。圖 1-4 UV 殺菌燈3自動(dòng)充電功能：由于電池電量有限，所以需要充電才能持續(xù)工作，但是現(xiàn)在市面上的產(chǎn)品能夠自動(dòng)充電的產(chǎn)品非常少，而且非常貴，采用的方式是配備充電的一套東西，一般采用接觸式充電方法，而不是無線充電方式。圖 1-5 智能自動(dòng)回充1.2.3. 主要優(yōu)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)無線終端控制，它可以用遙控器，或者手機(jī)、電腦進(jìn)行控制，遙控控制范圍遠(yuǎn)，無阻隔，無輻射。掃地機(jī)器人裝有感應(yīng)探頭，遇到障礙物相觸碰后能夠改變方向，而且配有橡膠，防止撞擊，起到緩沖保護(hù)的作用。掃地機(jī)器人內(nèi)部設(shè)有殺菌燈管，能夠有效殺滅螨蟲、細(xì)菌和病毒等病菌配有虛擬墻，能夠阻隔不需要清掃的區(qū)域。1.2.4.主要缺點(diǎn)由于現(xiàn)在的掃地機(jī)器人還處在研發(fā)初期，很多智能學(xué)習(xí)與工作方面的能力還有待提高，在滿足人們更多需求的能力上，也有很大的拓展空間。掃地機(jī)器人的噪音問題也有待解決。由于其工作的特點(diǎn)是吸塵，不可避免的會(huì)有風(fēng)聲，還有電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，特別是較差的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的聲音比較大，也是要提高的。對家具多的地方、墻角小東西就無能為力了，有時(shí)還只會(huì)在一個(gè)地點(diǎn)打轉(zhuǎn)，打掃不徹底；部分不能自動(dòng)充電的產(chǎn)品持續(xù)工作能力差；產(chǎn)品噪音較大；無法自動(dòng)掃描，比如某一個(gè)地方有一灘墨水，那么機(jī)器人掃過后，會(huì)污染很多其他地方，只能針對簡單需要吸塵的地面。41.3 掃地機(jī)器人的結(jié)構(gòu)掃地機(jī)器人包括計(jì)算機(jī)、傳感器、電機(jī)與動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電源、吸塵器、電源開關(guān)、操作電位計(jì)等，在清掃機(jī)的頂部共設(shè)有三個(gè)超聲波距離傳感器；清掃機(jī)底部前方邊沿安裝有 5 個(gè)接近開關(guān)，接近開關(guān)與超聲波距離傳感器一起，構(gòu)成清掃機(jī)測距系統(tǒng)；清掃機(jī)裝有兩臺直流電機(jī)；在清掃機(jī)的底部安裝有吸塵器機(jī)構(gòu)。自動(dòng)清掃機(jī)器人的功能是自動(dòng)完成房間空曠地面尤其是家居空曠地面的清掃除塵任務(wù)，打掃前，要把房間里的物體緊靠四周墻壁，騰出空曠地面。清掃機(jī)完成的主要功能：能自動(dòng)走遍所以可進(jìn)入的房間，可以自動(dòng)清掃吸塵，可在遙控和手控狀態(tài)下清掃吸塵。圖 1-6 掃地機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1-7 掃地機(jī)器人的外部結(jié)構(gòu)51.4 掃地機(jī)器人的清掃結(jié)構(gòu)目前市面上銷售的保潔機(jī)器人從底部清掃結(jié)構(gòu)上來看，主要分為兩種結(jié)構(gòu)類型：一類是有滾刷三段式清掃結(jié)構(gòu)，另一類則是無滾刷雙重清掃結(jié)構(gòu)。圖 1-8 兩種中掃結(jié)構(gòu)有滾刷的三段式清掃結(jié)構(gòu)由一個(gè)位于右側(cè)的邊刷、一個(gè)位于中前部的膠質(zhì)滾刷、一個(gè)位于中后部的毛質(zhì)滾刷和吸塵馬達(dá)共同組成，邊刷主要負(fù)責(zé)將附近的臟物掃入滾刷范圍，膠質(zhì)滾刷以從前往后的旋轉(zhuǎn)方向負(fù)責(zé)卷起體積稍大的垃圾，而毛質(zhì)滾刷則以與膠刷相反的方向旋轉(zhuǎn)，在接住膠刷卷起的垃圾的同時(shí)卷起地面的毛發(fā)和細(xì)小灰塵并反向旋轉(zhuǎn)送入集塵盒，最后這些都通過吸塵馬達(dá)吸附在集塵盒內(nèi)完成地面清潔工作。在整個(gè)三段式清掃結(jié)構(gòu)中，吸塵馬達(dá)的功率雖然較小，但是由于有滾刷模組的高速旋轉(zhuǎn)帶走地面臟物，吸塵馬達(dá)更多的是充當(dāng)吸附垃圾的作用，并不直接起到對地表吸塵的作用或者說是主打吸塵的作用。目前三段式有滾刷清掃結(jié)構(gòu)為主流設(shè)計(jì)。圖 1-9 有滾刷的三段式清掃結(jié)構(gòu)6無滾刷結(jié)構(gòu)的保潔機(jī)器人一般采用雙邊刷加吸塵口的雙重清掃結(jié)構(gòu)，左右兩個(gè)邊刷負(fù)責(zé)將附近的臟物掃入機(jī)器中央的吸塵口范圍內(nèi)，所有臟物直接由吸塵口用吸力來吸附于集塵盒內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的保潔機(jī)器人由于沒有滾刷結(jié)構(gòu)，僅靠吸力遠(yuǎn)遜于傳統(tǒng)吸塵器馬達(dá)的小型吸塵馬達(dá)來負(fù)責(zé)全部地面吸塵工作，顯然不可能獲得較好的地面清掃效果，特別是當(dāng)?shù)孛嬗蓄愃骑埩Ｖ惖恼承耘K物時(shí)，無滾刷設(shè)計(jì)的保潔機(jī)器人幾乎不可能完成清掃，但是放到三段式清掃結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品上則是異常輕松的事情。圖 1-10 無滾刷的清掃結(jié)構(gòu)7第二章 掃地機(jī)器人的模型制作2.1 手繪草圖根據(jù)市場調(diào)查的情況，設(shè)計(jì)兩種草圖，最后通過分析挑選，選擇了草圖方案一。圖 2-1 草圖方案一圖 2-2 草圖方案二82.1 模型底板模型底板是一個(gè)紙質(zhì)的圓盤，上下各有一個(gè)方形孔，安裝上后，方形孔里裝有兩個(gè)固定的輪子，是機(jī)器的驅(qū)動(dòng)輪，可以靠差速來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)向，右邊是個(gè)萬向輪，主要負(fù)責(zé)機(jī)器的轉(zhuǎn)向和支撐作用，萬向輪是靠螺絲固定在底板上。圖 2-3 底板正面圖 圖 2-4 底板背面圖2.2 模型的殼體模型殼體的主要材料也是用的硬紙板，一塊圓形的的紙板加三塊方形的紙板，用膠水和透明膠布連接在一起，殼體上下固定著兩個(gè)輪子，輪子是用螺絲固定在紙板上，兩個(gè)長方體形狀的紙板用雙面膠進(jìn)行連接的，然后用的透明膠布固定在模型的殼體上。圖 2-5 模型殼體的正面圖9圖 2-6 模型殼體的側(cè)面圖2.3 模型的面板模型的面板的主要材料是硬質(zhì)紙板，面板主要由四個(gè)圓形按鍵、一個(gè)液晶顯示、四個(gè)前部感應(yīng)器、一個(gè)把手。部件與部件的連接都是用的雙面膠。圖 2-7 面板的主要零件 圖 2-8 面板圓臺的安裝10圖 2-9 面板按鍵的安裝圖 圖 2-10 面板把手的安裝2.4 最終模型圖圖 2-11 最終模型圖11第三章 三維模型制作3.1 三維模型面板圖 3-1 機(jī)器操作面板3.2 三維模型集塵盒圖 3-2 機(jī)器尾部集塵盒123.3 三維模型底板圖 3-3 機(jī)器底板3.4 三維模型中掃機(jī)構(gòu)圖 3-4 機(jī)器的中掃零件13圖 3-5 機(jī)器的中掃零件圖 3-6 機(jī)器的中掃零件3.3 三維模型驅(qū)動(dòng)輪圖 3-7 機(jī)器的驅(qū)動(dòng)輪 圖 3-8 機(jī)器的軟橡皮輪14第四章 結(jié)論課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)將要結(jié)束了。在這兩周的學(xué)習(xí)中，我學(xué)到了很多，也找到了自己身上的不足。感受良多，獲益匪淺。在課程設(shè)計(jì)的第一天我便對這次課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)劃。在以后的幾天中，查閱資料、對資料進(jìn)行分析，并在這段時(shí)間里完成了掃地機(jī)器人的模型制作，并最后撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告及個(gè)人總結(jié)。在課程設(shè)計(jì)的過程中。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。在這個(gè)過程，我受到了好多幫助，一句溫暖的話語，一杯熱熱的咖啡，讓人有無比的動(dòng)力和解決問題的決心。其實(shí)這次的課程設(shè)計(jì)我的最大的感受不是知識的獲得，而是解決問題和知識綜合運(yùn)用的能力。