自動家用拖地機(jī)的設(shè)計(jì)【含proe三維及5張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家】.zip,含proe三維及5張CAD圖帶開題報(bào)告-獨(dú)家,自動,家用,拖地,設(shè)計(jì),proe,三維,CAD,開題,報(bào)告,獨(dú)家 開題報(bào)告 課題名稱 自動家用拖地機(jī) 課題來源 課題類型 指導(dǎo)教師 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)班級 本課題的研究現(xiàn)狀、研究目的及意義 1.拖把作為家庭清潔工作的必需品，是生活中不可缺少的幫手。市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，原型拖把、膠棉 拖把和甩干拖把在市場上占主導(dǎo)作用。原型拖把、擰水拖把價(jià)格低廉，但清潔效果一般，效率低；膠棉 拖把價(jià)格適中，使用方便，但擠水提拉處的塑料鉸鏈易老化破損，使用壽命不長；甩干拖把可以將工作 頭甩干，省力便捷，但拖把頭偏小、覆蓋面小，且價(jià)格略高；蒸汽拖把功能齊全，清潔效果佳，但重量 大價(jià)格高。綜上分析可知，目前家庭清潔工具存在或掃拖分離、拖后地面無法立刻變干，或受電源線束 縛無法隨心所欲移動等問題，不能實(shí)現(xiàn)一步到位的清潔工作。隨著社會和科技的進(jìn)步，人們?nèi)粘Ｉ钸M(jìn) 一步要求快節(jié)奏、高效率，為給快節(jié)奏生活的人們節(jié)約更多的家庭清潔工作的時(shí)間和精力，筆者設(shè)計(jì)了 一款集掃地拖地風(fēng)干地面等功能于一體，同時(shí)又不受電線束縛的家用清潔工具———自動掃地拖地機(jī)。 傳統(tǒng)的拖把的劣勢： 1.勞累傷身 5.水澤殘留 2.清洗不便 6.掉毛嚴(yán)重 3.費(fèi)時(shí)費(fèi)心 7.干濕拖把需要同時(shí)備用 4.細(xì)菌超多 2.國內(nèi)大部分普通家庭對于自動掃地機(jī)器人沒有什么概念，大多數(shù)還是使用的傳統(tǒng)的拖把和掃把來完成繁瑣的家務(wù)瑣事。而國外的很多發(fā)達(dá)國家例如美國歐洲大部分國家的家庭用戶對于掃地機(jī)器人來說，是一個(gè)生活日常用品了，自動拖地機(jī)器人已經(jīng)滲入了家庭生活中，他們在一天的工作后，不用再為繁瑣的家務(wù)操心，現(xiàn)在的智能家具比如自動拖地機(jī)器人，已經(jīng)可以通過APP來操控，為拖地機(jī)器人來分配任務(wù)。拖地機(jī)器人有很高的商用價(jià)值，美國、歐洲、日韓等發(fā) 達(dá)國家和地區(qū)已對這一機(jī)器人領(lǐng)域投入很多人力與物力，開發(fā)出了很多性能強(qiáng)大的掃地機(jī)器人。 現(xiàn)在國內(nèi)外市場上的掃地機(jī)器人推出速度如雨后春筍， 國外品牌中， 美國 iRobot 和德國 TOMEFON掃地機(jī)器人比較熱門，國內(nèi)目前比較知名的有科沃斯、地貝、?，斕氐?，其中作為進(jìn)入掃地機(jī)器人市場的 Proscenic ，也是比較熱門的一個(gè)品牌。研究現(xiàn)狀：自動掃地機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)新產(chǎn)品，盡管目前國內(nèi)在這方面的研究開發(fā)方面已經(jīng)取得一定的成果，但是仍有許多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決或提高，如路徑規(guī)劃就是其中的一個(gè)比較重要的技術(shù)。有的可在房間內(nèi)隨機(jī)移動，有的能在國內(nèi)相較于歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)而言對清潔機(jī)器人 的研究起步較晚， 但近些年相關(guān)技術(shù)得到飛速發(fā)展。 為了解決傳統(tǒng)拖把的種種劣勢以及掃地和拖地繁瑣的清潔次序還有融入這個(gè)即將進(jìn)入普通家庭的智能家居，我國對于自動家用拖把機(jī)的研究和投入是必要的。 本課題的研究內(nèi)容 設(shè)計(jì)一款自動家用拖地機(jī)，能自動清潔地面，具有掃地，拖地和吸塵的功能。并且能夠壁障，實(shí)現(xiàn)智能話的拖地掃地吸塵一體化的智能家居 它是一個(gè)在地上自動行走的小車，邊走邊進(jìn)行清掃（吸塵）。一般，它底部前面一個(gè)萬向輪，左右各自一個(gè)獨(dú)立驅(qū)動的行走輪，有風(fēng)機(jī)（吸塵器），由可充電電池供電，直流電機(jī)驅(qū)動。也有帶拖布的，有的還帶水箱。不帶水箱的用濕拖布，一次（不換）可用約30平米，而帶水箱的水也差不多管約30平米，相當(dāng)，其實(shí)，經(jīng)常拖，中途不換拖布也行，更何況，帶水箱的也有另一個(gè)小問題——一旦機(jī)器卡住又一直滲水，木地板就麻煩了，所以，個(gè)人認(rèn)為不帶水箱并不是問題。它應(yīng)該把該掃的地方都掃到，同時(shí)應(yīng)能掃干凈，所以吸力和路徑規(guī)劃就至關(guān)重要了，當(dāng)然，如帶拖布，則可適當(dāng)降低對吸力的要求 Roomba是最早流行的掃地機(jī)器人，它的路徑規(guī)劃是隨機(jī)碰撞模式，依據(jù)的是紅外傳感器和高精度的程序算法，雖然算法足夠精確，但它就在屋里撞來撞去，效率不是很高，看起來也很笨?，F(xiàn)在一般采用的是激光測距式導(dǎo)航系統(tǒng)（LaserSmart? Mapping and Navigation）來完成壁障的功能，它的原理是是通過激光測距的方法生成室內(nèi)地圖，在此基礎(chǔ)上合理地規(guī)劃清掃路線，而不是試探著撞來撞去，用戶直觀的感受是，它看起來比較聰明。其實(shí)現(xiàn)原理是：它的頂端設(shè)置有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的激光發(fā)射頭和配套接收器，通過發(fā)射激光掃描自身到邊界每個(gè)點(diǎn)的距離，從而生成數(shù)字地圖，還能根據(jù)屋內(nèi)家具位置的變化實(shí)時(shí)進(jìn)行更新。目前市場上采用這套壁障系統(tǒng)的是Neato掃地機(jī)器人。 掃地和吸塵和2個(gè)由起塵刷將前方的塵土已經(jīng)垃圾通過旋轉(zhuǎn)對刷匯聚，然后由后面緊接著的風(fēng)機(jī)吸進(jìn)去，完成掃地和吸塵的工作。 拖地則是由2個(gè)棘輪帶動的一個(gè)拖布卷，上方由若干個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)根據(jù)地面反饋力的大小自動調(diào)節(jié)松緊。水箱帶有電磁水閥，工作時(shí)，芯片某部分周期性加電，來灑水。 課題類型： （1）A—工程實(shí)踐型；B—理論研究型；C—科研裝置研制型；D—計(jì)算機(jī)軟件型； E—綜合應(yīng)用型 （2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題； （1）、（2）均要填，如AY、BX等。 本課題研究的實(shí)施方案、內(nèi)容 主要研究自動家用拖地機(jī)的功能，以及各個(gè)模塊的基本原理和實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備。 1.控制芯片 市面上已經(jīng)有很多種類的芯片方案來控制自動拖把機(jī)。采用 CPLD/FPGA復(fù)雜可編程邏輯器件或51單 片機(jī)作為控制器的方案使用較多。而考慮到家用自動拖地機(jī)的控制部分要求自動化 集成度高、可靠性強(qiáng)以及操作維護(hù)方面等 特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)型和實(shí)用性上，系統(tǒng)選用美國 INTEL公司自主研發(fā)AT89S51單片機(jī)作為控制核心。 自動拖地機(jī)是一款集自動拖地、換抹布、灑水、蔽障為一體的服務(wù)型機(jī)器。它以單片機(jī) 為控制核心，通過直流電機(jī)驅(qū)動 板控制電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和速度，從而實(shí) 現(xiàn)小車的前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、變速以及換布 裝置的自動換布與自鎖；通過控制繼電器 的開合來控制水泵的得電與失電，從而實(shí) 現(xiàn)拖地機(jī)的定時(shí)灑水功能；借助紅外模塊 來實(shí)現(xiàn)自動蔽障功能。 2.自動換抹布機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 自動換抹布系統(tǒng)最大特點(diǎn)在于拖布在 拖行一段時(shí)間后能夠?qū)⑴K的部分自動卷 起，用干凈的部分替換臟的部分，以實(shí)現(xiàn)一 塊拖布的充分利用，提高了抹布的利用率。 當(dāng)整個(gè)拖地過程結(jié)束后，拖布還能夠從軸 上取下，進(jìn)行清洗，以方便下次拖地。其實(shí) 現(xiàn)有兩種方案： 方案1：利用6方筒來實(shí)現(xiàn)換抹布。將 6 方筒與直流電機(jī)用聯(lián)軸器連接起來，把首 尾縫合的抹布緊套在6方筒上，通過的直流 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使6方筒旋轉(zhuǎn)，讓其不同的面與 地面接觸來達(dá)到換抹布的目的。但是此種方法所占體積大，而且要精確的使電機(jī)轉(zhuǎn) 過一定角度，還要在每次旋轉(zhuǎn)時(shí)都要將6方筒抬高，以避免與地面卡死，因此這種方法 比較復(fù)雜。 方案2：利用直流電機(jī)和棘輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 更換抹布。把主動軸和直流電機(jī)用聯(lián)軸器連接起來，從動軸與棘輪機(jī)構(gòu)連接起來。將抹布的兩端各繞在兩根轉(zhuǎn)軸上，通過直流 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，繼而使抹布在 一根轉(zhuǎn)軸上卷進(jìn)來，在另一根轉(zhuǎn)軸上卷出 達(dá)到換抹布的目的。電機(jī)在轉(zhuǎn)動一定時(shí)間 后，利用其自鎖功能和棘輪機(jī)構(gòu)達(dá)到抹布 鎖定的目的。綜合考慮后我們選擇方案2。 本課題研究進(jìn)度安排 要求： 1、收集資料（相關(guān)書籍5本以上，文章10篇以上）； 2、查閱相關(guān)資料，確定拖地機(jī)的系統(tǒng)方案； 3、用PRO/E畫出機(jī)械結(jié)構(gòu)三維圖； 4、實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的組裝； 5. CAD畫出總體裝配圖； 6．設(shè)計(jì)其控制電路，實(shí)現(xiàn)控制電路； 6、撰寫論文要符合要求； 7、翻譯3000字左右的英文文章一篇。 進(jìn)度： 1）、1—6 周，主要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，熟悉題目，收集資料，進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí)，明確研究目的和任務(wù)，構(gòu)思總體方案； 2）、7—10周，繪制相關(guān)圖紙； 3）、11—13周，收尾完善，編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 3 電機(jī)驅(qū)動板的選型 電機(jī)驅(qū)動板有采用H橋電路的電機(jī)驅(qū)動 模塊、L298N的電機(jī)驅(qū)動模塊或SM6235W電 機(jī)遙控驅(qū)動模塊的三種選擇方案。采用H 橋電路的電機(jī)驅(qū)動模塊電路不能夠驅(qū)動大 功率電機(jī)，并且電路暴露在外部導(dǎo)致穩(wěn)定 性不高[3]。采用SM6235W電機(jī)的遙控驅(qū)動 模塊其采用的是編碼輸入控制，而不是電 平控制，這樣在程序中實(shí)現(xiàn)比較麻煩，且電 機(jī)模塊價(jià)格比較高。采用L298N的電機(jī)驅(qū) 動模塊具有高集成度、高功率的特點(diǎn)，可以 驅(qū)動大的負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電 機(jī)等，較少的外圍電路（僅需要保護(hù)用的二 極管）便可以很好地驅(qū)動大功率的電機(jī)。其 輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方 便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動直流電機(jī)時(shí)，可 以直接控制兩路電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正 轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的 邏輯電平。而且此模塊體積小、驅(qū)動能力 強(qiáng)、散熱好、性能穩(wěn)定，并且可以使輸出動 力更強(qiáng)勁，承載能力更好。綜合上面三個(gè)方 案，我們選擇L298N作為我們的電機(jī)驅(qū)動 板。L298N為15個(gè)管角的單塊集成電路，高 電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計(jì)用L298N 來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性 負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))和開關(guān) 電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電 路。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，，便可給[P_IOA_DATA]傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)。 單片機(jī)和L298驅(qū)動器組成的直流電機(jī)控制 電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：使用元件少，組件的損 耗低，可靠性高體積小，軟件開發(fā)簡單，并 且計(jì)算機(jī)(或單片機(jī))硬件費(fèi)用大大減少。其 結(jié)構(gòu)圖和連接圖圖3所示： 系統(tǒng)將圖中L289芯片的IN2取反后和 IN1信號連接到一起接到單片機(jī)電機(jī)1的方 向控制引腳上，EA則直接連到單片機(jī)引腳 上，單片機(jī)使用PWM模塊控制電機(jī)1的啟 動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等。同理IN3、IN4、EB 同理和單片機(jī)引腳相連，然后用于控制電機(jī)2。L298芯片的9號引腳VS用于輸入直流 電機(jī)的驅(qū)動電壓。因?yàn)橄到y(tǒng)選用的額定電 壓為12V的直流電機(jī)。因此圖中VS直接連 到12V電壓 4 自動換抹布程序設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)自動拖地機(jī)的自動換抹布功能 就是要實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的驅(qū)動。如上所述，系 統(tǒng)選用L298作為電機(jī)的驅(qū)動芯片，其邏輯 功能如表1所示。 系統(tǒng)采用PWM控制模塊控制脈沖占空 比，從而達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)對加載在電機(jī)兩端電壓平均值大小的控制。在單位時(shí)間內(nèi) 加載在電機(jī)兩端平均電壓越大，則電機(jī)轉(zhuǎn) 動速度越快，否則越慢。單片機(jī)將產(chǎn)生的 PWM信號輸出到L298芯片的EA和EB引 腳，達(dá)到控制電機(jī)速度的目的。因?yàn)閱纹瑱C(jī) 的電機(jī)方向控制引腳是跟L289芯片的IN2 取反后和IN0信號連接到一起實(shí)現(xiàn)電機(jī)的 方向控制，因此當(dāng)單片機(jī)方向控制引腳輸 出高電平，則電機(jī)正轉(zhuǎn)，否則反轉(zhuǎn)。單片機(jī) 的部分電機(jī)控制流程圖如4所示： 當(dāng)小車開始工作，首先小車檢測前方 是否有障礙，若沒障礙，單片機(jī)控制小車前 行拖地；若前方有障礙，通過紅外模塊將信 息反饋給單片機(jī)，單片機(jī)控制小車先后退 一定距離然后拐彎，實(shí)現(xiàn)蔽障的功能。在小 車工作中單片機(jī)通過定時(shí)器控制小車的定 時(shí)換布與灑水，在這之外小車的換布裝置 處于自鎖狀態(tài)。 已查閱的主要參考文獻(xiàn) [1]潘玉榮,何志武,伍竹清. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)[J] 2012 NO.25. [2]岳泉婉.智能掃地機(jī)器人工作原理大剖析[J] 2014.4. [3]王為.機(jī)械設(shè)計(jì)[M] 武漢:機(jī)械工業(yè)出版社,2012 [4]李航,宋春華,羅勝彬,韋興平,劉小利.機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢 [5]白騰飛.《掃地機(jī)器人工作原理》[EB/OL]，知乎網(wǎng)站 https://www.zhihu.com/question/31899036?sort=created [6]岳泉婉.《智能掃地機(jī)器人工作原理》[EB/OL]，新浪博客網(wǎng)站 http://www.yuequanwan.com/saodizhishi/305.html 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日