徐 哲 王朋飛 李 波 張非凡

(皖西學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院，安徽 六安 237012)

1 總體外觀設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)外觀設(shè)計

外殼為置于系統(tǒng)內(nèi)部的眾多元器件提供受力點(diǎn)以便安裝，同時支撐起整個系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)；較封閉的殼體結(jié)構(gòu)使得本系統(tǒng)可以抵御大部分的油煙、水蒸氣，為系統(tǒng)內(nèi)部主要電子元器件提供一個較為理想的工作環(huán)境；矩形鋼框架加不銹鋼蒙皮的組合則可以抵御在平時日常使用過程中可能發(fā)生的對系統(tǒng)的沖撞、擠壓等各種中低烈度磕碰情況，使得系統(tǒng)整體壽命得到進(jìn)一步延長；簡潔、新穎的系統(tǒng)外觀又可以達(dá)到一定的視覺沖擊效果，同時也方便對系統(tǒng)外殼的清洗，圖1便是設(shè)計的系統(tǒng)外殼外觀的三視圖。

圖1 系統(tǒng)外殼三視圖

1.2 總體機(jī)械設(shè)計方案

系統(tǒng)對油煙凈化器集煙罩相對于地面參考系地面設(shè)計。將油煙凈化器集煙罩與地面相水平的一面的較長邊設(shè)為X軸，將油煙凈化器集煙罩與地面呈一定角度的一(兩)面的另外線設(shè)為Y(以下統(tǒng)稱為)，并借此建立一個X/Y軸坐標(biāo)。機(jī)器便可以在軸上進(jìn)行運(yùn)動，方便觀察與描述。

X軸的移動利用了如圖3所示的鑲嵌式卡扣輪行進(jìn)方式：系統(tǒng)行進(jìn)模塊為“上四、下兩”共計6個輪子所組成的輪組，其中上面4個輪子中的2個分別由一個減速電機(jī)驅(qū)動。上下輪組的間距較大，使其能夠在幾種不同規(guī)格的集煙罩中行進(jìn)，提高了適用范圍。

圖2 系統(tǒng)安裝示意圖

圖3 鑲嵌式卡扣輪式

Y軸傳動裝置原理—即利用同步帶輪帶動系統(tǒng)的噴頭/刷口模塊(以下統(tǒng)稱為噴刷模塊)在Y軸方向上的往復(fù)移動。

為了實現(xiàn)噴刷模塊在Y軸上的往復(fù)運(yùn)動，運(yùn)用了雙排滑軌可升降噴刷模塊(以下簡稱Z軸)設(shè)計：系統(tǒng)在貼著集煙罩內(nèi)側(cè)行進(jìn)的同時，噴刷模塊沿著滑軌做往復(fù)運(yùn)動，根據(jù)顏色識別傳感器的反饋，對于油污顏色深(即油污積累較厚)的地方，升降結(jié)構(gòu)會啟動，使刷頭緊貼在集煙罩內(nèi)側(cè)外表面，確保能夠?qū)⒂臀鬯⑾锤蓛?這里模擬了人在擦拭頑固污漬時手會加大力度下壓清潔工具的情況)。

圖4 雙排滑軌可升降噴刷模塊

根據(jù)長時間以及按照經(jīng)驗所得的數(shù)據(jù)來看，只有當(dāng)所行進(jìn)的路線出現(xiàn)類似函數(shù)的圖像的時候才可以把所要求清洗的不銹鋼油污集煙罩內(nèi)壁盡可能地清潔干凈，而通過對函數(shù)圖像的分析，可以得知每次清洗都會有大約10%的區(qū)域清洗不干凈。通過對傳統(tǒng)的圓盤刷頭進(jìn)行一定的改造：在圓盤刷頭上沿圓邊伸出一段正反面都有刷毛的刷頭，便可以在清洗油污集煙罩內(nèi)壁的同時清潔顏色識別傳感器透明蓋上面的因為清洗作業(yè)而不斷積累的油污，這樣可以保證顏色識別傳感器的正常工作。根據(jù)此函數(shù)圖像，可以計算出同一時間段，系統(tǒng)沿y軸所行進(jìn)的路線是沿x軸的3/5，即系統(tǒng)在y軸上的行進(jìn)速率與在x軸上行進(jìn)速率之比為5∶3，但實際上在實驗室中所測得的系統(tǒng)沿x軸的行進(jìn)速度為25 cm/s，所以本系統(tǒng)沿X軸Y軸的實際行進(jìn)速率之比為25∶15。

為了更好地清洗掉頑固油漬，增設(shè)了電動推桿，通過電動推桿的伸縮，可以實現(xiàn)Z軸整體向上抬高和復(fù)原，雙排滑軌可升降噴刷模塊的整體在抬高的時候，可以使得刷頭緊貼集煙罩內(nèi)壁，從而對油污造成一個向下的壓力，使得清洗的效果更好，其作用效果如圖5所示。

圖5 推桿示意圖

2 總體模塊設(shè)計方案

系統(tǒng)外觀設(shè)計。通過安置在其外殼兩側(cè)的超聲波測距傳感器便可以實現(xiàn)系統(tǒng)在集煙罩內(nèi)壁的往復(fù)運(yùn)動。利用槽型光耦傳感器模塊ITR9606來實現(xiàn)噴刷模塊和顏色識別傳感器沿著Y軸做往復(fù)運(yùn)動，再由顏色識別傳感器TCS230來監(jiān)測油污的存在，如果檢測到油污，X軸和Y軸上的減速電機(jī)便會停止，同時啟動驅(qū)動刷頭的電機(jī)和水泵，并且利用伸縮桿來減小刷頭與集煙罩內(nèi)壁的間距，對集煙罩內(nèi)壁上的油污進(jìn)行最為有效的清理。

圖6 系統(tǒng)流程圖

TCS2300顏色識別傳感器就相當(dāng)于本系統(tǒng)的眼睛，當(dāng)TCS2300顏色識別傳感器識別到油污時，如果顏色識別傳感器監(jiān)測到油污的存在，將會通過L298N讓兩個減速電機(jī)同時停下，然后啟動升縮桿，把Z軸整體向上，對油污造成一個向下的壓力，使得清洗的效果更好。通過噴刷模塊與顏色識別傳感器模塊，可以把對頑固油漬的清洗，形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)會不斷清洗，直到污漬被清洗干凈，而當(dāng)污漬被清洗干凈以后，升縮桿縮回到原來的位置，系統(tǒng)按照原來的運(yùn)行軌跡運(yùn)行，繼續(xù)下一區(qū)域的清洗。

4 總體測試

經(jīng)過實地的拍攝取樣，得到以下多張圖片：先將圖片進(jìn)行灰度處理，將圖片轉(zhuǎn)換為灰度圖，只有黑白兩種顏色，然后設(shè)置maxVal為150，minVal為80若轉(zhuǎn)換出來的梯度值>maxVal則處理為邊界，即為舍棄。若minVal<梯度值

GX=SX×A

GY=SY×A

圖7 8/19/20/21樣張

圖8 22/23 邊緣檢測樣張

對這些圖片進(jìn)行基本處理得到以下樣張。

將圖片分割為一個又一個像素點(diǎn)，利用高斯濾波器將圖片歸一化處理。

可以看到對于圖像的邊緣可以監(jiān)測的非常準(zhǔn)確(紅色點(diǎn)落下的地方既標(biāo)為邊界)。

通過觀察這些圖片得到了以下結(jié)論。

油污空白油污不銹鋼集煙罩表面金屬R190-2300-10190-210G160-2000-10180-210B10-500-10190-200

圖9 24圖像處理結(jié)果