家庭清洁机器人设计-毕业设计（论文）.docx

1 前言

近年来,随着计算机技术与人工智能科学的飞速发展,智能机器人技术逐渐成为现代机器人研究领域的热点。其中,服务机器人开辟了机器人应用的新领域。服务机器人的出现主要有三大原因:一是劳动力成本的上升;二是人类想摆脱枯燥乏味的体力劳动,如清洁、家务、照顾病人等;三是人口的老龄和社会福利制度的完善也为某些服务机器人提供了广泛的市场应用前景。服务机器人区别于工业机器人的一个主要特征就是服务机器人是一种适用于具体的方式、环境及任务过程的机器人系统,其活动空间大,具有在非结构环境下的移动性,因此服务机器人大多数是移动机器人。
自动进行房间地面清洁的自主吸尘式家庭服务机器人,集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。自主吸尘机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者,其研究始于20世纪80年代,到目前为止,已经产生了一些概念样机和产品。吸尘机器人的发展,带动了家庭服务机器人行业的发展,也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展本次设计的题目<<家庭清洁机器人>>就是在这种背景下提出的,其具体设计要求如下:
设计家庭清洁机器人的工作内容和要求:
运行机构形式:轮式
最高行进速度: m/s
转弯半径:0
高度:<100mm
宽度:<400mm
清洁方式:吸尘、刷扫
一次充电连续工作时间: 小时
警示方式: LED闪光
具有自动路径规划、避障功能
具有自动充电装置。
国内外相关产品研究
地面清洁机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者,其研究始于20世纪80年代,到目前为止,已经产生了一些概念样机和产品。吸尘机器人的发
展,带动了家庭服务机器人行业的发展,也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展。现结合国内外的文献将清扫机器人及其自动充电技术的发展现状阐述如下。
国外产品研究状况
对于机器人大家可能不会太陌生,工业机器人在很多领域都得到了比较广泛的应用,但是对于家庭机器人我们所了解的却相当的少,而日本,欧美等国家的研究则比较领先,有的都已经投入市场,在实际中投入使用。
RC3000是世界上第一台能够自行完成所有家庭地面清洁工作的清洁机器人,如图1-1所示,它有光电传感器和芯片控制,当遇到障碍时,会随机改变一个角度,然后继续直走,直到遇到新的障碍物。内置了四种清洁程序,保证在遇到不同污渍的地面时,可以调整其清洁程序;通过传感器对于地板污渍的判断,选择合适的应用程序。内置光敏传感器,确保在遇到楼梯与台阶时,能够自动避让,不会掉落。扁平的设计使其能够清洁床,沙发,茶几等家具的下部位置。其相应的充电站有红外发射、工作时间设定、工作模式选择、充电、垃圾处理五个功能。充电站一直发射红外定位和导航信号来指引机器人回到充电站完成充电和垃圾处理的任务;同时能够根据用户设定的信息来控制机器人完成相应的操作。
如图1-1所示。
图1-1 智能机器人RC3000
Fig1-1 Intelligent Robot RC3000
在日本,东日本铁路公司、Shink电器公司和Howa工业有限公司联合研制了车站地面清扫机器人,机器人可沿墙壁从任何一个位置自动启动,利用不断旋转的刷子将废弃物扫人自带容器中。该机器人可采用“磁导引方式”、“示教方式”或“墙面复制方式”控制。东日本路公司、富士工业有限公司Subaru实验室和JR东方设施管理有限公司联合研制了车站地面擦洗机器人,该机器人工作时一面将清洗液喷洒到地面上,一面用旋转刷不停地擦洗地面,并将脏水吸人所带的容器中。机器人中的感知系统采用光纤陀螺和超声波传感器,自动清洗系统有两种,一种是“面积设定模式”,即将待清洗的面积分为若干个单位面积,按
照其存储器中的单位面积识别其行使路线,机器人还可利用其传感器识别和躲避障碍物;另一种叫“路径地图模式”,机器人按照内装的路径地图行使,机器人可存9幅地图,并可利用IC卡作为外存,在该模式下,机器人不会避障,仅适用于需要反复擦洗的指定地段。
东日本铁路公司和东芝公司联合研制的用于座椅布局简单的列车内部地面清洗的机器人,其体积小、重量轻、易于出人车厢及在车厢之间运动,感知系统采用超声波距离传感器和光学、接触式的接近传感器;机器人采用推算定位法,利用编码器中的数据,保持自己的位置和路径,若探测到错误位置,机器人会通过距离传感器自动修正;高级的列车地面清洗包括扫除垃圾、喷洒清洗液、擦洗、回收污水、用清水冲洗和给地面打蜡六个步骤。日本静甲株式会社的清水工厂开发出一种自动清扫机器人,可用于各种工厂的清扫工作,机器人采用光纤陀螺控制机器人的方向,采用编码器和超声波传感器测距,采用光学