一种智能拖地机器人设计与研究

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收稿日期：2019－03－01 基金项目：大学生创新创业训练计划项目（2018CXCYS006） 作者简介：陈伟安（1997－），男，浙江省东阳人，本科生，主要研究方向为机构创新设计。*通讯作者：徐东镇（1972－），男，安徽合 肥人，硕士，实验师，主要研究方向为机械创新设计、计算机仿真技术。
在国内方面，相关研究起步较晚，但也已 经取得一定进展。1999 年初，浙江大学机械电 子研究所开始进行智能吸尘机器人的研究，两 年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主 吸尘机器人[7]，与苏州 TEK 公司合作研发，到 2003 年在自主能力和工作效率上都有了显著提 高。王佳佳等[8]通过对目前已有的各类自动黑板 刷的优缺点进行分析，设计出了一种新型智能吸 尘黑板刷扫地机器人，在无线遥控下，黑板刷可 以实现任意灵活刷黑板，并且带有自动吸尘的功 能，使用方便，应用静力学方法分析了智能吸尘 黑板刷方案的可行性。党磊等[9]运用 6R 机器人动 力学的逆解问题，为一般机器人的运动学研究提 出一种新的解决办法。哈尔滨工业大学多智能体 机器人研究中心[10]与龙昌国际集团合作对智能 清洁机器人进行了相关研究，该中心研制的机 器人采用 PID 校正来实现直线行走，机器人配
中图分类号：TP242.6
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2019.06.013
文章编号：1006－0316 (2019) 06－0066－05
Design and Research of an Intelligent Ground Moving Robot CHEN Weian，LI Mingxian，XU Dongzhen，HUANG Jun，ZHOU Jianpin，LIU Ran
机械 2019 年第 6 期 第 46 卷
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作[2]。服务类机器人还将朝着成本降低、功能 多样化以及超大的电池容量方向发展[3]。
在国外对于清洁机器人的相关研究已经相 当成熟。由美国麻省理工学院人工智能实验室 和马萨诸塞州电子机器人公司联合开发的 Roomba 重约 2 kg，直径为 73 cm，Roomba 一 共有 5 个电机，其中有两个电机用于驱动，保 证机器人的顺利行走，一个电机则用于产生真 空，是为了收集灰尘及小颗粒物，为了配合真 空电机，还设置了一个吸尘器电机，将灰尘吸 向真空口，便可以达到清扫的效果[4]；DC06 由 英国戴森（Dyson）公司在 2001 年初推出，其 形状为 50 cm 长的汽车模型状，重 9.2 kg 左右， DC06 装备的感应器比登陆火星的机器人还多， 配置了 70 多个传感器[5]；松下及日立公司研制 的自行式吸尘器周围安装有 21 个红外传感器， 其左右两侧各有一个直径约为 150 cm 的驱动 轮。日本日立制作所推出的清洁机器人，机身 下部设计了一个最大可自动伸出 5 cm 左右的 “可动吸尘口”，机器人走到房间角落后，可 动吸尘口就能够自动伸出，把角落打扫干净[6]。
构成，输出载荷大、传动效率高、工作状态稳定。齿条的往复运动使其单次可清洁约 60 cm×240 cm 的
面积，清洁效率高；把头机构可反复清洁地面；稳定机构能保证清洁工程机器人的状态稳定。系统采用
WIFI 远程控制，具有较强自主运动功能。
关键词：拖地机器人；智能；往复机构；运动机构；稳定机构；远程控制
( National Mechanical Engineering Experimental Teaching Demonstration Center, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China )
Abstract：Aiming at the problems of single function and unsatisfactory mopping effect of cleaning robot， an intelligent mopping robot is designed by using CATIA and other software to build a model, starting from the aspects of structure design and motor selection. It consists of reciprocating mechanism, moving mechanism of mop head and stabilizing mechanism. It has large output load, high transmission efficiency and stable working condition. The reciprocating motion of the rack makes it possible to clean the area of about 60 cm x 240 cm at a single time with high cleaning efficiency; the head mechanism can clean the ground repeatedly; and the stabilization mechanism can ensure the stability of the clean Engineering robot. The system adopts Wifi remote control and has strong autonomous motion function. Key words：ground-mopping robot；intelligence；reciprocating mechanism；motion mechanism；stabilization mechanism；remote control
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机械 2019 年第 6 期 第 46 卷
一种智能拖地机器人设计与研究
陈伟安，李明贤，徐东镇*，黄俊，周建平，刘然
（合肥工业大学 国家级机械工程实验教学示范中ห้องสมุดไป่ตู้，安徽 合肥 230009）
摘要：针对当前清洁机器人功能单一、拖地效果不理想等问题，利用 CATIA 等软件建立模型，从结构设
计以及电机选型方面入手，设计出一种智能拖地机器人。其由往复机构、拖把头运动机构以及稳定机构
1 拖地机器人国内外研究现状
随着现代科学技术的发展，服务类机器人 逐渐为人们的智能化生活提供了便利。扫/拖地 机器人作为一款智能家居，具备一定的人工智
能化，能够自主进行清扫工作，解放了人的双 手，提高了工作效率[1]。同时扫/拖地机器人作 为一项重要智能化技术正在迅速变革，从简单 的扫地、除灰等功能正在逐步扩展，增加了除 菌、自动充电、自动规划路线等更多智能化操