林醒 張昊 尹康 楊洋 嚴(yán)建強(qiáng)

緒論

機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。

研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來的需要。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn);生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度;編制和貫徹制造工藝;設(shè)計(jì)和制造工具、模具;確定勞動(dòng)定額和材料定額;組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運(yùn);對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機(jī)械一般是由許多各有獨(dú)特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。

1 應(yīng)用機(jī)器人的意義

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人也越來越多的地被應(yīng)用。在機(jī)械工業(yè)中，鑄、焊、鉚、沖、壓、熱處理、機(jī)械加工、裝配、檢驗(yàn)、噴漆、電鍍等工種都有應(yīng)用的實(shí)理。其他部門，如輕工業(yè)、建筑業(yè)、國防工業(yè)等工作中也均有所應(yīng)用。

在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)器人的意義可以概括如下：

一、以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度

二、以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故

三、可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)

2 本課題研究的內(nèi)容

本論文主要研究運(yùn)用SolidWorks對(duì)擦玻璃機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，了解擦玻璃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。

本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種擦玻璃機(jī)器人，該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)隨機(jī)清掃，交叉清掃，床底清掃，防撞等等多種功能，其研究?jī)?nèi)容包括：

（1）功能分析與方案設(shè)計(jì);

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型;

（3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3擦玻璃機(jī)器人總體方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 擦玻璃機(jī)器人的總體方案

本次設(shè)計(jì)的擦玻璃機(jī)器人采取的方案是：在機(jī)器人的兩側(cè)各布置一組毛刷，成對(duì)稱分布，通過電動(dòng)機(jī)通過傘齒輪傳動(dòng)控制動(dòng)力輪轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)動(dòng)作。根據(jù)控制方法的不同，機(jī)器人的轉(zhuǎn)速或者方向也有所不同。整機(jī)采用成本低廉且經(jīng)久耐用的塑料作為材料，經(jīng)過噴漆噴塑處理后在外觀上面得到了一定的保證。其具體方案布局圖如下：

3.2 擦玻璃機(jī)器人的工作原理

本次設(shè)計(jì)的擦玻璃機(jī)器人的工作原理為：通過電動(dòng)機(jī)通過傘齒輪傳動(dòng)控制動(dòng)力輪轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的移動(dòng)動(dòng)作，根據(jù)控制方法的不同，機(jī)器人的轉(zhuǎn)速或者方向也有所不同。1、清掃模式：隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體清掃;

2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)房間地形的重構(gòu)，自動(dòng)規(guī)劃清掃路線;

3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測(cè);

4、創(chuàng)新功能：灰塵量識(shí)別，實(shí)現(xiàn)床底清掃，手機(jī)遙控模式，尖端氣流濾塵

技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與提醒;

5、其他基礎(chǔ)功能：自動(dòng)返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測(cè)

4 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1擦玻璃機(jī)器人的功能概述

本次設(shè)計(jì)的擦玻璃機(jī)器人，主要具有如下功能：

1、清掃模式：隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體清掃;

2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)房間地形的重構(gòu)，自動(dòng)規(guī)劃清掃路線; 3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測(cè);

4、創(chuàng)新功能：灰塵量識(shí)別，實(shí)現(xiàn)床底清掃，手機(jī)遙控模式，尖端氣流濾塵技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與提醒;

5、其他基礎(chǔ)功能：自動(dòng)返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測(cè)。

4.1.1 擦玻璃機(jī)器人的清掃模式

清掃模式包括隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等。 隨機(jī)清掃是指根據(jù)地面狀況在其他幾種清掃模式之中進(jìn)行切換;螺旋式清掃是指繞圈清掃的模式; 交叉清掃是指在不同的區(qū)域之間交叉穿梭來清掃，也可以稱為Z字形清掃; 沿邊清掃是沿著房間的邊界進(jìn)行清掃; 定點(diǎn)清掃是指在指定的位置小范圍內(nèi)清掃; 預(yù)約清掃是指每天在指定的時(shí)間自動(dòng)清掃，可以預(yù)約一次和一周內(nèi)任意預(yù)約清掃時(shí)間，可以放心上班和出差，也可以自動(dòng)打掃。

4.1.2 智能導(dǎo)航系統(tǒng)

擦玻璃機(jī)器人的智能導(dǎo)航實(shí)質(zhì)就是路徑自動(dòng)規(guī)劃。擦玻璃機(jī)器人路徑自動(dòng)規(guī)劃有兩種方法：：隨機(jī)式全區(qū)域覆蓋和規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋。隨機(jī)式全區(qū)域覆蓋方法控制簡(jiǎn)單，不需要很多的硬件，軟件編程也簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。但其缺點(diǎn)是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行軌跡重復(fù)性較大，且運(yùn)行軌跡不能較快地、充分地覆蓋整個(gè)區(qū)域，這種路徑規(guī)劃只考慮完成任務(wù)，沒有考慮到時(shí)間消耗和能量消耗情況，因此選擇規(guī)劃式全區(qū)域覆蓋方法。此設(shè)計(jì)中選擇往返式路徑規(guī)劃方法。往返式路徑規(guī)劃清掃路徑的規(guī)則為當(dāng)擦玻璃機(jī)器人置于室內(nèi)時(shí)，可通過超聲波測(cè)距傳感器的信息來判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在房屋中間，則先設(shè)為它沿某一方向運(yùn)動(dòng)到靠近墻邊的某一點(diǎn)。機(jī)器入就可從墻邊的某一點(diǎn)開始，按順時(shí)針方向繞墻運(yùn)動(dòng)一周，先對(duì)室內(nèi)墻邊地面進(jìn)行一次預(yù)清掃。擦玻璃機(jī)器人在繞完一圈后再向左或向右行走到墻壁的最左端或者最右端，以此來作為它清擋路徑的起始點(diǎn)，也即絕對(duì)坐標(biāo)的原點(diǎn)。

4.2擦玻璃機(jī)器人的智能控制系統(tǒng)

擦玻璃機(jī)器人在工作過程中難免遇到各種障礙物，如果不及時(shí)躲避障礙物，將影響擦玻璃機(jī)器人正常工作。因此在擦玻璃機(jī)器人內(nèi)部安裝三個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，用來檢測(cè)擦玻璃機(jī)器人行進(jìn)路線上是否有障礙物。

超聲波是一種一定頻率范圍的聲波。它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象。利用這一特性，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測(cè)距的原理。

結(jié)? 論

在這段時(shí)間學(xué)習(xí)中，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，本文所設(shè)計(jì)的是擦玻璃機(jī)器人的設(shè)計(jì)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好。

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