编号：
本科毕业设计（论文）
题目：家用扫地机设计
Design of household cleaning machine
下属学院理工学院
专业机械设计制造及其自动化
班级
学号
姓名
指导教师
完成日期2014 年 4 月9 日
摘要
【摘要】随着人们生活水平的提高，越来越多的人由于生活压力的增加而不愿过多的做一些家中的清洁工作，所以本设计是为了帮着人们从一些繁杂的家务事中解脱出来，去做相对更重要的事情。本次设计的是一款在一般家庭中能帮着清扫地面卫生的家用扫地机。本文主要是对家用扫地机的内部结构的设计，具体有行走机构、清扫机构、吸尘机构、垃圾存储机构的设计，通过对各种结构中的各种方案进行对比分析，从中选取一种最适合本次设计的结构，再对各个结构中的一些零件进行选择和校核，同时也对各部分机构进行了材料的选择，最终完成了本次设计。
【关键词】家用扫地机；清扫机构；吸尘机构
Abstract
【ABSTRACT】Enter since twenty-first Century, with the rapid development of science and technology gradually, intelligent robot has become a research topic. Among them, the intelligent robot service type is a hot topic in the research project. Therefore, summarizes several reasons of service robots appear: one is the rise in labor costs, many enterprises are unable to find suitable workers, therefore appeared different degree of labor shortage; two is the people's living standard improves, more and more people are willing to spend money to buy intelligent robot to help with housework at home; three is now more and more young people to live in the hard, have no time to care for the elderly, and the old man's demand for service robots and young people to take better care of them, which will give service robot very good market prospects. This design is to design a small, convenient. Intelligent household sweeper.
【KEYWORDS】Household sweeper; sweeping mechanism; suction mechanism
目 录
1 设计的目的和要求 (7)
1.1 家用扫地机设计的目的 (7)
1.2 家用扫地机的要求 (7)
2 家用扫地机的机械设计 (7)
2.1 机械结构的组成 (7)
3 家用扫地机的总体设计 (9)
3.1 家用扫地机的总体设计 (9)
3.2 家用扫地机的行走机构设计 (9)
3.3 家用扫地机的清扫机构设计 (11)
3.4 家用扫地机的吸尘机构设计 (14)
3.5 家用扫地机的垃圾存储机构设计 (15)
4 设计参数的计算 (16)
4.1 驱动轮上的电机的选择 (16)
4.2 清扫机构中的电机的选择 (17)
4.3 蜗轮蜗杆的选择计算 (17)
4.3.1 选择蜗杆传动类型 (18)
4.3.2 选择蜗杆蜗轮的材料 (18)
4.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (18)
4.3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 (19)
4.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度 (20)
4.3.6 验算效率η (21)
4.4 带传动设计 (21)
4.4.1 V 带的选择 (21)
4.4.2 初选小带轮的基本直径 (21)
4.4.3 确定V 带的中心距a 和基准长度 (22)
4.4.4 验算小带轮上的包角1α (22)
4.4.5 计算V 带的根数Z (23)
4.4.6 计算单根V 带的初拉力的最小min 0F ）（
............................................................. 23 4.4.7 计算压力轴 .. (23)
4.5 清扫轴的基本参数计算 (23)
4.5.1 求轴上的功率P 、转速n 和转矩T (23)
4.5.2 初步确定轴的最小直径 (24)
4.5.3 轴的结构设计 (24)
4.6 蜗杆轴上的轴承校核 (24)
4.6.1 蜗杆轴上承受的力 (24)
4.6.2 查取参数 (25)
4.6.3 计算滚动轴承的当量动载荷 (26)
4.6.4 计算轴承寿命 (26)
5 总结和展望 (26)
5.1 总结 (27)
5.2 展望 (28)
参考文献 (29)
致谢 (30)
附录 (31)
1 设计的目的和要求
1.1 家用扫地机设计的目的
随着人们的生活水平的提高，更多的人愿意花钱去买机器人来帮忙干繁重的家务，并且现在一般的地面没过几天就会在表面出现一层灰尘，这就要求人们时常地清理地面卫生，但如今的人们都在为了生活打拼，都没有太多的时间去清扫自己的家庭卫生，因此，本次课题的提出就是为了解决这样的问题来缓解人们的生活压力。
1.2 家用扫地机的要求
本文的目的是开发一种能大面积清扫，以充分满足大多数家庭的要求，但也需要方便、实用的家用扫地机。使其能够完全替代传统的家庭人工清洗方法，能有更加舒适的家庭环境和生活。
本次课题主要是在想宽400mm左右，高100mm左右的空间里设计一款包括清扫机构，行走机构，吸尘机构，垃圾存储机构的智能家用扫地机。其中本次设计的重中之重是清扫机构。而且这些机构的布置也是一个难点。要考虑到安排的合理性，但也要考虑到清扫的全面性。
2 家用扫地机的机械设计
2.1 机械结构的组成
本次设计主要目的是结构简单、灵活，控制方便，易于实现的半自动或全自动的家用扫地机。扫地机作为一个整体主要有两个部分组成，即机械部分和控制系统。机械部分包括扫地机的整体外壳、两个驱动轮和一个万向轮。扫地机的整体外观类似于如图2-1所示
图2-1 家用扫地机
此次设计的家用扫地机的结构主要有以下几部分：
家用扫地机设计
（1）两个驱动轮和驱动电机。这个部分主要是能确保扫地机能够在地面上移动。两个驱动轮和前面的万向轮形成一个三点成面的形状，来执行扫地机的移动。
（2）清扫结构。两个电机带动的清扫刷分别进行顺逆时针旋转，这样就可以将灰尘清扫到吸尘口处达到清扫目的；
（3）吸尘结构。由风扇产生强大的吸力，灰尘被吸入垃圾存储室中；
（4）垃圾存储机构。通过吸尘机构的风扇的吸力将垃圾存放在垃圾存储机构中。
图2-2 家用扫地机的机械结构示意图
3 家用扫地机的总体设计
3.1 家用扫地机的总体设计
此次设计的家用扫地机包括清扫机构、行走机构、吸尘机构、垃圾存储机构，其中最重要的结构是清扫机构。通过查阅相关资料，起初想把扫地机的外形设计为长方形，这样便于各种机构的放置。但后来在设计的时候发现长方形有很多不便之处，当碰到有棱角的家具时，家用扫地机就很难旋转躲开这些棱角，而圆形的外形就比较容易避开这些有棱角的家具。考虑到这些于是就将家用扫地机的外形定为圆形，其外形大体如图3-1：
图3-1 家用扫地机的外形示意图
3.2 家用扫地机的行走机构设计
行走机构是其他机构的载体，如图3-2所示，移动机器人的行走机构按照结构可以分为轮式、履带式和步行式等。轮式和履带式的结构更适合在条件好的地面上行走，而步行的结构则更适合在条件较差的路面行走。而本课题研制的家用扫地机的工作环境在室内，所以可以采用轮式或者履带式结构，但履带式结构所占的空间太大，因此采用轮式移动机构较为适合。
家用扫地机设计
图3-3 轮式、履带式和步行式移动机器人
通过查阅相关资料得知轮式移动机器人具有三轮、四轮和六轮的结构形式，而家用扫地机若采用三轮结构则相对来说设计比较简单，同时也能满足这次体积不宜过大的要求，而且在产品中应用范围也比较广泛；而四轮结构虽然有好的稳定性和不错的承载能力，但结构相对复杂，设计也比较麻烦，最主要的是没有这么大的空间去容纳；六轮结构与四轮结构差不多，都有很好的承载能力和稳定性，但还是因为其结构的体积大而不能采用。在本课题中，家用扫地机的重量不是很大，工作环境一般只在室内，地面条件也比较好，一般三点就能确定一个平面，而且理论上也是稳定的，所以采用三轮结构比较合适。
三轮转向机构的实现方式通常有两种：
（1）三轮铰轴转向式：如图3-4所示，转向轮装在转向铰轴上，若轮1作为铰轴转向轮，通过电机来控制铰轴带动轮1转动，轮2和轮3作为从动轮，这样就可以控制家用扫地机的转向。若轮1不作为驱动轮，那可以选择轮2或者轮3作为驱动轮。
图3-4 三轮铰轴转向式
（2）差速转向式：将两个电机分别装在后面的两个驱动轮上，通过调节电机转速来控制两个驱动轮的速度来实现家用扫地机的转向。
家用扫地机若采用铰轴转向式虽然控制实现起来简单，但要清扫的地方不是很容易控制，很容易造成一些地方忽略清扫；差速转向式控制相对复杂但清扫的更仔细。考虑到家用扫地机是在家庭中使用，将会面对着各种家具和地面情况，所以为了更好地适应家庭地面环境，所以需要精度高点。因此采用差速转向式更能提高家用扫地机的性能。行走机构示意图如图3-5所示：
图3-5 行走机构示意图
按照上述的行走机构的示意图，家用扫地机采用两个直流电机独自带动左右两轮的差速转动方式，可以实现家用扫地机的前进、左转右转、后退和调头等功能，而且可以运动到任何地方。
3.3 家用扫地机的清扫机构设计
清扫机构是这次家用扫地机机构设计中的重中之重，这直接关系到家用扫地机结构的总体布局、寿命和实用性，因此清扫机构要设计的相对合理可行。
在清扫机构的传动方式的设计过程中主要提出了五种方案：
（1）电机通过减速器带动直齿轮1转动，直齿轮1带动与之相配对的直齿轮2，然后连接直齿轮2的轴直接带动清洁刷子进行清扫：
家用扫地机设计
图3-6 方案一示意图
（2）电机通过减速器带动斜齿轮1转动，斜齿轮1带动与之相配对的斜齿轮2，然后连接斜齿轮2的轴直接带动清洁刷子进行清扫：
图3-7 方案二示意图
（3）电机通过减速器带动锥齿轮1转动，锥齿轮1带动与之相配对的锥齿轮2，然后连接锥齿轮2的轴直接带动清洁刷子进行清扫：
图3-8 方案三示意图
（4）电机通过联轴器，联轴器连接蜗杆，然后蜗杆带动两个蜗轮旋转，蜗轮上的轴直接带动刷子进行清扫：
图3-9 方案四示意图
（5）电机通过联轴器与蜗杆连接，蜗杆带动两个涡轮旋转，涡轮上的皮带轮通过皮带带动另一个皮带轮旋转，另一个皮带轮的轴接刷子进行清扫：
图3-10 方案五示意图
由于设计的家用扫地机的工作环境是在一般家庭的室内地面，所以要求其高度不能太高，自己设计了大概100mm高度，这样能满足大部分的室内环境，而在其宽度和高度有限
家用扫地机设计
的范围内要很好的放置行走机构、清扫机构、吸尘机构和垃圾存储机构，同时还要放下电池等一些辅助功能的装置，因此要求所设计的机构都不宜过大。方案一虽然便于安装，但传动不够平稳，而且直齿轮所占的面积非常大，这样就不能把全部的机构放下了，因此放弃了这种方案；方案二中的斜齿轮和方案一的情况一样，但稳定性好了很多，并且占的空间很大，所以也舍弃了这种方案；方案三中的锥齿轮传动没有斜齿轮的传动来的平稳，同时锥齿轮所占的空间也是相当大的，而这次设计的家用扫地机的体积本身就不大，而且还要放置其他结构，因此出于对家用扫地机的总体布局的考虑，又放弃了方案三；方案四中电机通过联轴器带动蜗杆传动，再有蜗杆带动两端的蜗轮转动，由蜗轮上的轴直接带动刷子进行清扫。为了能够使扫地机在家里的各种角落里都能刷到，同时它再清扫的过程中没有工作盲区。起初打算是用两个直径都为200mm的刷子来进行清扫，但是这样的话就需要蜗轮蜗杆之间的距离为100mm，而在这种距离情况下，设计的蜗轮蜗杆的尺寸就会很大，这样在总体的布局下虽然可以放得下，但是会加重了扫地机的总质量，这样就会比较耗电，寿命就不会很长了，而且传动效率也不是很高了，因而这种方案就不是很合理；方案五是电机通过联轴器连接蜗杆，蜗杆带动蜗轮，蜗轮通过皮带带动两边的皮带轮转动，另一边的皮带轮上的轴带动刷子进行房间的清扫，这种设计的好处在于能缩短蜗轮蜗杆的中心距，同时还能减轻扫地机的总质量，也有利于其他的结构的放置，因而方案五是最合适的，所以这个方案就作为这次设计的清扫机构。
3.4 家用扫地机的吸尘机构设计
吸尘机构的设计是想将风扇固定在垃圾存储室的上表面，然后在风扇外面套一个薄壁空腔，在薄壁空腔上面开一个圆孔，这样就可以将风扇产生的热量和几个电机产生热量一起散发到空气当中。再将薄壁空腔固定在垃圾存储室的上表面，在其上壁的下表面上固定一个过滤网来过滤灰尘。其工作过程是通过风扇转动形成的吸力来吸引由刷子清扫引起的灰尘，未过滤的空气通过过滤网将灰尘阻挡在了垃圾存储室内，而过滤了之后的干净空气则通过薄壁空腔上方的圆孔排到大气当中去，这样就实现了吸尘的目的了。其大体结构如下图：
图3-11 吸尘机构示意图
3.5 家用扫地机的垃圾存储机构设计
此次设计的主要方案是通过刷子将垃圾清扫到吸尘口，因为吸尘口的面积最小，吸力最强。当被吸进来的垃圾通过风扇的风力吸进垃圾存储室内时，由于空间的突然变大，吸力就会瞬间变小，于是垃圾由于其自身的重力而停留在了垃圾存储室内。当垃圾堆满存储室后，只要将垃圾存储室拉出就可以倒出垃圾，使扫地机可以继续的工作。又因为此次设计的家用扫地机的工作环境是在室内，因此一般都是一些小型的垃圾，所以设计的垃圾存储室也不需要太大的空间，这完全符合我们的设计要求，故采用这样的方案作为家用扫地机的垃圾存储室。
最终设计的家用扫地机的总体布局如图3-12所示：
家用扫地机设计
图3-12 家用扫地机的总布局示意图
4 设计参数的计算
4.1 驱动轮上的电机的选择
（1）初步估计扫地机的重量为10千克，g 取9.8N/kg ，所以N G 988.910=?=，此次的机身有两个驱动轮和一个万向轮支撑着，所以分配到每个轮子上的力N F 7.32398==
因为其轮子的材质是橡胶，那按其在良好的路面上进行清扫工作，所以取1=δ，1.0=μ，则：滚动摩擦阻力m N F M f ?=?=?=0327.07.321δ
滑动摩擦力 N F f 27.31.07.32=?==μ
由前面的扫地机的总体结构布置发现家用扫地机的底盘应该要高于地面10mm 左右，因此因
此轮子的直径D 为90mm ，则mm D R 4521==
，所以轮子在行走时所受到的阻力矩：
m
N M R f T f w ?=+?=+?=180.00327.0045.027.3 （2）工作时要求的功率：w w w w n T P η??=
9550，其中m N T w ?=180.0
min /2.1069010005.060100060r D n w =???=???=ππν
取8.0=w η，所以
W P w 50.28.0955010002.106180.0=???= 电机需要的输出功率：ηw d P P =
，
其中
8047.099.099.097.032321=??=??=ηηηη 1η为弹性联轴器传动效率；2η为轴承传动效率；3η为齿轮啮合的攒动效率。 所以电机所需的输出功率W P P w d 11.38047.05.2===
η
（3）电机的选择 考虑到家用扫地机的两个驱动轮上的电机是要通过差速才能实现其转弯的功能，所以这电机必须具备调速的功能，再由上述计算所得的电机输出功率，通过在网上查到型号为YCJT-6-1的电机符合我们所设计的要求，输出功率是6W ，调速范围是90r/min~1350r/min ，已经完全满足我们的要求了，而且在满足要求的同时，其安装尺寸也是很小的，在总体布局下能安装的下，所以选取此型号作为行走机构的电机。
4.2 清扫机构中电机的选择
考虑到家用扫地机的工作环境是在室内，因此没有太大的垃圾需要处理，所以也就不需要刷子的旋转速度过大，估计在在3m/s~4m/s 的速度就可以实现清扫了，同时也可以将垃圾扫进垃圾存储室内了，而为了这次设计的相对简单点，于是将皮带轮的传动比定为1：1，所以刷子的速度就是皮带轮的速度，也是蜗轮的转速，即180r/min~210r/min ，通过蜗轮蜗杆之间的传动比可以知道蜗杆的转速大概在2610r/min~3045r/min 的范围之内。所以查阅相关资料得型号为55SZ01的电机满足要求，其具体参数为：转速3000r/min ，功率12W ，尺寸又可以满足我们的布局要求，所以决定它作为清扫机构的动力源。
4.3 蜗轮蜗杆的选择计算
家用扫地机设计
此次设计的蜗轮蜗杆为清扫机构的输入部分，起到的作用不是减速作用，而是执行的作用，是整个设计中的重要组成部分。
4.3.1 选择蜗杆传动类型
根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI ）
4.3.2 选择蜗杆蜗轮的材料
由于蜗杆传动的功率并不是很大，于是选蜗杆的材料为40Cr ，表面淬火硬度45~50HRC ，蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。
4.3.3 按齿面接触疲劳强度进行设计
根据蜗杆传动的设计准则，首先是按齿面接触疲劳强度来进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度是否满足要求。由文献[16]中式（11-12），传动中心距： []32
2???? ??≥H
E Z Z KT a σρ （1）确定作用在蜗轮上的转矩T 2 按21=z ，估取效率76824.099.097.08.0=??=η
12
16
222/1055.955.9i n P n P T η?=?= 式中W P 12=，76824.0=η，min /30001r n =，5.1412=i ，则
mm N i n P n P T ?=??=?=?=52.4255
.14/300076824.0121055.9/1055.955.961216222η （2）确定载荷系数K
此次设计的是小型的设备，所以工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数1=βK ；由文献[16]中表11-5选取使用系数15.1=A K ；由于冲击不大，可取动载系数05.1=v K ；则
21.105.1115.1≈??==v A K K K K β
（3） 确定弹性影响系数E Z
因选用的是铸锡磷青铜和钢蜗杆相配，故2
1160MPa Z E =；
（4） 确定接触系数ρZ
编号： 本科毕业设计（论文） 题目：家用扫地机设计 Design of household cleaning machine 下属学院理工学院 专业机械设计制造及其自动化 班级 学号 姓名 指导教师 完成日期2014 年 4 月9 日
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搬运码垛机器人毕业设计 Prepared on 22 November 2020
目录1
1绪论 研究背景及意义 随着现代社会科技水平日新月异的变化，机器人技术已经渗透到人类生活中的方方面面，演着不可替代的角色。机器人是多个学科技术综合而成的产物，其应用程度已经逐渐宽广起来研究机器人已经成为了当今时代的趋势。机器人的应用状况已经可以作为权衡一个国家现化程度高低的重要因素。从机器人工作的环境来对机器人进行分类，大体上能划分成两种，就是工业机器人与特种机器人。工业机器人是一种具有良好性能的自动化机械装置，是典型的含有很高科技含量的机电一体化产品。它在提高产品质量、增加经济效益、提高生产率方面起着重要作用。同时工业机器人的发展情况也是日新月异的，所以研发工业机器人是一件刻不容缓的事情。 码垛是随着物流产业的不断壮大而发展起来的一项高新技术，其思想是把物品按照一定规律码放在托盘上，从而能够使物品的存放、搬运、转移等活动变成单元化操作，从而大大提高物流运输的效率。在物料质量不大、尺寸不大、码垛速度要求不高的情况下，码垛工作都是通过人工来实现的。后来为了减轻工人在码垛时的工作强度，产生了托盘操作机、工业机械手等一些比较简单的机械设施。但是随着人们对码垛速度要求的不断提高，传统的人工码垛方式越来越难以达到人们的要求，这种情况下码垛机器人应运而生。 作为工业机器人典型的一种，码垛机器人技术近几年有着非常快速的发展，这样的发展速度和当今世界制造业的小批量、多种类的发展模式是十分吻合的。码垛机器人有着工作能力强、运行速度快、体积比较小、抓取种类多、应用范围广等特点，从而在市场上备受青睐，正因为这些优点，才使得码垛机器人被普遍应用于制造业、码垛、装配、焊接等诸多操作中。 近年来，袋装物品的需求和产量都十分巨大，进而对袋装物品进行运输的需求也在急剧增长。在我国有大量的袋装物品需要进行码垛、卸垛和运输。目前，对袋装物品的火车运输来讲，火车站台卸车、站台码垛、运输装车、运输卸车、库房码垛等工
扫地机器人结构及控制系统设计 自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向。从理论和技术上讲，自动清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性，从市场前景角度讲，自动清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、办公场所和大众家庭。因此开发自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。 家用智能清扫机，包括计算机、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开关、操作电位计等，在清扫机的顶部共设有三个超声波距离传感器；清扫机底部前方边沿安装有5个接近开关，接近开关与超声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有两台直流电机；在清扫机的底部安装有吸尘器机构。自动清扫机器人的功能是自动完成房间空旷地面尤其是家居空旷地面的清扫除尘任务，打扫前，要把房间里的物体紧靠四周墙壁，腾出空旷地面。清扫机完成的主要功能：能自动走遍所以可进入的房间，可以自动清扫吸尘，可在遥控和手控状态下清扫吸尘。 本文所介绍的自动清扫机器人的总体布局方案如图1所示，前后两轮为万向轮，左右两轮为驱动轮。驱动轮设计采用两轮独立且各由两台步进电动机驱动的转向方式，通过控制左右两轮的速度差来实现转向。考虑到机器人实际应用的实用性，本驱动系统设计成一个独立的可方便替换的模块，当机器人驱动系统发生故障时，只需简单步骤就可以对驱动部分进行替换。同时为了机器人能够灵活的运动，从动轮选用万向轮。 下图为自动清扫机的三维立体图：
自动清扫机器人车箱体采用框架式结构。从下至上分隔成三个空间：第一层装配各运动部件的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾存储空间；第三层装配机器人控制系统、接线板、
家庭清洁机器人”设计 方案 学院：电气与电子工程学院专业班级：电信1101 申报 人：万威组内成员：彭超峰、姚钟方、仝鹏、仲红玉 引言 家庭卫生状况的好与坏，直接影响到家人的身体健康及心情的好坏，一个清新整洁的居住环境不仅能给家人带来身心的健康，还能促进家庭成员关系的融洽性，而地面卫生会直接反映出家中的卫生状况好与坏，你还为每天扫地而发愁吗？没关系，家用清洁机器人来帮你。本设计就是针对上面所出现的问题而设计的，可以对室内卫生进行
智能清洁，可以把室内的尘土，碎屑，果皮等统统清洁干净，无缝隙、无死角、无残留，还你一个干净的地面，实现生活的便捷化和智能化。 1. 总体方案设计及功能描述 利用 STC89C52单片机对小车及吸尘装置遥控控制和自动控制，实现人工清洁模式和自动清洁模式，并利用按键及 LCD12864液晶显示屏进行切换和显示两种模式。在自动清洁模式下，利用 DS1302提供时间，可以对智能吸尘小车设定时间，利用按键及 LCD12864液晶屏设定和显示设定清洁时间，可以设定每半天、每天或每两天的指定时间进行卫生清洁，做到定时自动清洁，也可以在发现室内卫生状况比较差的情况下，通过按动按键，人为即时开启家用清洁机器人进行卫生清洁工作；在人工清洁模式下，通过遥控器遥控控制小车，进行来清洁指定地方的垃圾，做到定点快速清洁。在小车自动清洁模式下，通过超声波测距模块来感知障碍物的存在，得到数据后传回 STC89C52单片机中，利用程序算法，实现小车的自动 转弯、后退，避免小车与障碍物发生碰撞及进入死角后出不来，转弯后通过调节小车车轮转 速使小车改变一定角度行驶大约30cm后，在调整一定角度，实现与原来行驶方向反向，并 与原来行驶轨迹中线相隔大约 20cm，实现小车新旧运行轨迹间紧密结合，做到无缝隙，无死角的清洁工作，做到传统吸尘机器人不易做到的功能。
“家庭清洁机器人”设计 方案 学院：电气与电子工程学院 专业班级：电信 1101 申报人：万威 组内成员：彭超峰、姚钟方、 仝鹏、仲红玉
引言 家庭卫生状况的好与坏，直接影响到家人的身体健康及心情的好坏，一个清新整洁的居住环境不仅能给家人带来身心的健康，还能促进家庭成员关系的融洽性，而地面卫生会直接反映出家中的卫生状况好与坏，你还为每天扫地而发愁吗没关系，家用清洁机器人来帮你。本设计就是针对上面所出现的问题而设计的，可以对室内卫生进行智能清洁，可以把室内的尘土，碎屑，果皮等统统清洁干净，无缝隙、无死角、无残留，还你一个干净的地面，实现生活的便捷化和智能化。 1.总体方案设计及功能描述 利用STC89C52单片机对小车及吸尘装置遥控控制和自动控制，实现人工清洁模式和自动清洁模式，并利用按键及LCD12864液晶显示屏进行切换和显示两种模式。在自动清洁模式下，利用DS1302提供时间，可以对智能吸尘小车设定时间，利用按键及LCD12864液晶屏设定和显示设定清洁时间，可以设定每半天、每天或每两天的指定时间进行卫生清洁，做到定时自动清洁，也可以在发现室内卫生状况比较差的情况下，通过按动按键，人为即时开启家用清洁机器人进行卫生清洁工作；在人工清洁模式下，通过遥控器遥控控制小车，进行来清洁指定地方的垃圾，做到定点快速清洁。在小车自动清洁模式下，通过超声波测距模块来感知障碍物的存在，得到数据后传回STC89C52单片机中，利用程序算法，实现小车的自动转弯、后退，避免小车与障碍物发生碰撞及进入死角后出不来，转弯后通过调节小车车轮转速使小车改变一定角度行驶大约30cm后，在调整一定角度，实现与原来行驶方向反向，并与原来行驶轨迹中线相隔大约20cm，实现小车新旧运行轨迹间紧密结合，做到无缝隙，无死角的清洁工作，做到传统吸尘机器人不易做到的功能。 2.创新与特点
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
毕业设计说明书 作者：学号： 学院：机械工程学院 系(专业)：机械设计制造及其自动化 题目：家用擦玻璃清洁机器人结构设计指导者：讲师 (姓名) (专业技术职务) 评阅者： (姓名) (专业技术职务) 2015 年 5 月 31 日
毕业设计中文摘要
毕业设计（论文）外文摘要
目录 第一章引言 (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 国内外擦玻璃机器人的研究概况 (1) 1.3 本课题的主要工作 (3) 第二章家用擦玻璃清洁机器人总体方案设计 (3) 2.1 家用擦玻璃清洁机器人的设计原则 (4) 2.2 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案的确定 (4) 2.2.1 家用擦玻璃清洁机器人的总体方案 (4) 2.2.2 总体方案的对比与选择 (12) 第三章家用擦玻璃清洁机器人详细结构设计 (14) 3.1 关键部件的选型 (14) 3.1.1 电机的选型 (14) 3.1.2 微动开关的选型 (15) 3.1.3 电池的选择 (15) 3.1.4 磁铁的选择 (16) 3.2 微动开关缓冲机构的设计 (16) 3.3 磁铁升降机构的设计 (17) 3.3.1 磁铁升降机构的ANSYS分析 (18) 第四章家用擦玻璃清洁机器人控制系统设计 (21) 4.1 单片机控制系统电路的设计 (21) 4.1.1 单片机系统元器件的选型 (21) 4.1.2 单片机系统的硬件电路及I/O口分配 (25) 4.2 单片机系统编程框图 (25) 第五章家用擦玻璃清洁机器人样机研制与调试 (27) 5.1控制电路板的设计与调试 (27)
5.1.1 PCB设计 (27) 5.1.2 电路板的调试 (28) 5.2 家用擦玻璃清洁机器人样机的制作 (31) 5.3 家用擦玻璃清洁机器人样机的测试 (31) 第六章总结与展望 (33) 参考文献 (34) 致谢 (35) 附录 (37)
设计题目：基于索驱动的康复训练仿人机械臂 1 项目的背景和意义 近年来，由于各种原因导致肢体残障的人士越来越多。目前造成残障的主要原因有三。其一，由于灾害事故造成肢体残障。由中国康复研究中心完成的北京市脊髓损伤流行病学调查结果显示，我国每年有近十万新增肢体残疾病人，我国残疾人口总数为8296 万，占总人口的 6.34%，涉及 2.6 亿家庭人口。其二，由于人口老龄化导致瘫痪。据第六次人口普查报告可知，截止2010 年我国60 岁以上的老年人已超过 1.78 亿，占总人口的13.26%，比第五次人口普查上升2.93 个百分点；65 岁以上的老年人达到1.19 亿，占总人口的8.87%，比第五次人口普查上升1.91 个百分点。有关部门预计，从2011年到2015 年，全国60 岁以上老年人将由 1.78 亿增加到2.21 亿，平均每年增加老年人860 万；老年人口比重将由13.3%增加到16%，平均每年递增0.54 个百分点，到2030 年全国老年人口规模将会翻一番。并且我国老年人中，长期卧床、生活不能自理的约有2700 万人，半身不遂的约有70 万人，82 万老年性痴呆病人中约有24万人长期卧床。其三，由于中风、脊髓损伤等疾病引起的肢体残障。中风的世界平均发病率为200/10万，且根据世界卫生组织统计，中国的中风发病率排名世界第一；对于脊髓损伤，国外报道其年发病率为每百万人口15~40例，我国上海市1991年统计的脊髓损伤发生率为34.3人/百万人，北京市2002年脊髓损伤发病率为60人/百万人。 由于以上三点的形势比较严峻，导致残障人士越来越多。而残障人士由于生活不能自理，不仅给其自身造成了痛苦，而且对于其家庭和社会而言都带来了极大的负担，因此，残障人士的康复治疗越来越受社会关注。 早期的康复治疗方式主要是通过理疗师一对一指导进行指导，不仅需要大量的康复治疗中心和理疗师，需要很高的成本，同时由于康复治疗中心离患者有一段距离，而这些残障人士一般又难以独立出行，如此会给患者及其家属造成很大的不便。因此，早期康复治疗的发展一直受到了很大的限制。 而随着机器人的发展和康复机器人这一理念的提出，这一限制得到的缓解。由于康复机器人体积小，不需要单独的理疗师辅助治疗，可以方便患者自主在家庭使用，可以降低治疗的费用并且相对方便。这在缓解残障人士给社会带来的压力方面和缓解残障人士的痛苦方面，有着重大的意义。 2 国内外研究发展现状 2.1 康复机器人发展现状 康复机器人涉及机械、电子、控制、生物、传感等多个方面，起步于20世纪80年代，美国、英国和加拿大在康复机器人方面的研究处于世界的领先地位。1990 年以前全球的56 个研究中心分布在5 个工业区内：北美、英联邦、加拿大、欧洲大陆和斯堪的纳维亚半岛及日本。1990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。目前康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。 国内康复机器人由于存在技术含量低、产学研脱节、机械加工水平低等原因，使得目前国内的康复机器人主要还处于研究阶段。虽然在“十二五”
工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算
3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
扫地机器人（自动打扫机）的设计方案 1.绪论 随着现代社会生活节奏的加快，人们或忙于工作，或享受生活，时间越来越宝贵，所以不会把它浪费在整理家务和打扫卫生方面。收入水平的不断提高使得人们对生活质量的要求越来越高，高品质的生活首先要保证居住环境的干净卫生，因此大家渴望找到一种机器人，能够智能的打扫房间卫生。 机器人作为人类20世纪最伟大的发明之一，在短短的几十年发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓无所不在。目前机器人已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着人类的劳动，发挥着越来越重要的作用，人们已经离不开机器人的帮助。机器人工程是一门复杂的学科，它集工程力学、机械制造、电子技术、技术科学、自动控制等为一体。目前对机器人的研究已经呈现出专业化和系统化，一些信息学、电子学方面的先进技术正越来越多地应用于机器人领域。 目前机器人行业的发展与30年前的电脑行业极为相似。今天在汽车装配线上忙碌的一线机器人，正是当年大型计算机的翻版。而机器人行业的利基产品也同样种类繁多，比如协助医生进行外科手术的机械臂、在伊拉克和阿富汗战场上负责排除路边炸弹的侦查机器人、以及通过编译程序使其能做整套表演动作的舞蹈机器人，还有不少参考人、狗、恐龙等动物的模样制造机器人玩具。 扫地机器人，又称自动打扫机、智能吸尘、机器人吸尘器等，是智能家用电器的一种，能凭借一定的人工智能，自动在房间完成地板清理工作。一般采用刷扫和真空方式，将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒，从而完成地面清理的功能。一般来说，将完成清扫、吸尘、擦地工作的机器人，也统一归为扫地机器人。扫地机器人也是当下比较流行的一种机器人，随着不断的研究发展智能化大幅度提高，能够自我定位、感应障碍物、规划路径以及自动充电。 2.扫地机器人的技术指标 综合考虑经济型和先进性的原则，参考淘宝网在售产品，我选择了一款扫地机器人以作对比，实物如图2.1所示。该产品采用革命性清扫系统，真空龙卷大吸力（普通机器人的5倍），无毛刷设计，首创滚筒吸取器，将适配器与座充合二为一（简约、美观而且不占空间），零部件高度模块化，可自由拆卸更换，垃圾盒、独立滤网仓方便抽取和清理。
第1章绪论 1.1 概述 据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到2050年将达到4.37亿。在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状[1]。近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。在美国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景[2]。
康复机器人是康复设备的一种类型。康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。 由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。近年来，以气动元件柔性驱动器逐渐引起人们的重视，在医疗康复器械领域中得到越来越多的应用。 本课题的研究目的是设计一种用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练系统，帮助病人更好地进行康复训练，减轻他人的帮助，挺高效果。 1.2康复机器人的国内外研究现状 在对有运动障碍的老人或残疾人进行治疗和康复的过程中，使用康复机器人可以解决好多问题：机器人的使用可以解决专业护理人员缺乏和医疗费用昂贵的问题，可以避免由于训练方法不科学和专业护理人员个人疏忽等主观原因引起的对病人的伤害，可供病人在家或工作场所使用，使病人获得更多的独立生活能力，提高了病人的生活质量等。康复机器人是一种自动化医疗康复设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效的康复训练，使患者的运动机能得到更快更好的恢复。目
本科毕业设计 四自由度搬运物料工业机器人的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
毕业设计（论文）中文题目：清扫机器人结构设计 学习中心（函授站）：江阴 专业：机械设计及自动化 姓名：夏成 学号：CS051410248 指导教师：孙菊 南京航空航天大学 2016年5月 目录 中文摘要......................................................... I ABSTRACT ........................................................ II
第一章绪论 (1) 第一节研究的目的和意义 (1) 第二节设计的重点和难点 (1) 第三节家庭清扫机器人的关键技术 (1) 第四节论文主要完成工作 (2) 第二章总体结构设计 (3) 第一节整体结构布局 (3) 第二节驱动部分 (4) 第三节吸尘部分 (6) 第四节电源部分 (6) 第五节路径规划算法 (6) 第六节仿真结果 (8) 第三章硬件控制部分设计 (9) 第一节 AT89系列单片机简介 (9) 第二节外围电路 (9) 结论 (11) 致谢 (12) 参考文献 (13) 题目：清扫机器人结构设计
中文摘要 摘要:清扫机器人属于服务机器人的一种，世界各国尤其是西方发达国家都在致力于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高，那么清扫机器人的市场将会被看好。 本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况，侧重研究了清洁机器人的避障控制系统。结合实验室实际条件，设计了机器人样机。其主要工作内容包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51单片机控制系统硬件电路及检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。 通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。 关键词:清洁机器人避障 AT89C51单片机
湖面清扫智能机器人的控制系统设计 1、引言 机器人是上个世纪中叶迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，它作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度、提高生产率、改变生产模式，把人从危险、恶劣的环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。在发达国家，工业机器人已经得到广泛应用。随着科学技术的发展，机器人的应用范围也日益扩大，遍及工业、国防、宇宙空间、海洋开发、紧急救援、危险及恶劣环境作业、医疗康复等领域。进入21世纪，人们已经越来越切身地感受到机器人深入生产、深入生活、深入社会的坚实步伐。机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人；智能机器人是具有感知、思维和动作的机器人。所谓感知即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力，如装配机器人需要在非结构化的环境中认识障碍物并实现避障移动，这依赖于智能机器人的感觉系统，即各种各样的传感器；所谓思维是指机器人自身具有解决问题的能力，比如，装配机器人可以根据设计要求为一部复杂机器找到零件的装配办法及顺序，指挥执行机构，即指挥动作部分完成这部机器的装配；动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。由此可见，智能机器人是一个复杂的软件、硬件综合体。 机器人的核心是控制系统。机器人的先进性和功能的强弱通常都直接与其控制系统的性能有关。机器人控制是一项跨多学科的综合性技术，涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容。 近年来，随着工业和其它服务行业的蓬勃发展，人们在重视其经济效益的同时却往往忽略了他们对环境的污染，人类赖以生存的水资源也不例外。水面污染对人类的水源构成很大的威胁，湖泊尤其是旅游胜地和市内人工湖泊，更是无法逃避漂浮物污染的厄运，举目可见各种日常消费品的包装物在湖面上漂浮。污染的加剧根治水污染。但是，水面污染的治理是一项艰难的长期任务，是全人类必须面对的共同问题。用人工清理水面漂浮物只是权益之计，有些危险水域人无法工作。很多发达国家致力于水面污染治理设备的研究，如石油清理设备，但只是用于大量泄露石油的清理。目前，我国研制的清理水面漂浮物的设备还未见报道，国外研制的也不多，并且价格昂贵，实现的功能也不尽人意。因此，开发一种性