小型室内清洁车的设计.docx

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小型室内清洁车的设计

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毕业设计（论文）

小型室内清洁车的设计

Smallindoorcleancar

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本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

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注。

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　　年　月　　日

摘要

在汽车技术和智能系统的迅猛发展，家庭用室内清洁车在人们的生活中越来越普及。

家庭用室内清洁车的发展有下列几大缘由：

一是劳动力成本的上升；二是人们对于各种无聊并且劳累的清洁劳动的厌恶；三是人们劳动效率低下。

家用室内清洁车与大多清扫机器不同的地方有：

家用室内清洁车有智能系统，节约了人们的劳动力；家用室内清洁车能对特殊的环境使用合理的打扫；有着广阔的运动范围；能够在障碍物较多的复杂环境进行清扫。

室内清洁车在科技的推动，已经慢慢的走进我们的生活，并且帮助了我们。

室内清扫车的进步促进经济改善了生活。

这片文章主要介绍了最近几年室内清扫车的发展过程，了解室内清洁车的结构与控制，意识到室内清洁车在人们的生活和社会的进步所起到的关键性作用。

关键词：

室内清扫车；运动方式；控制方式

Abstract

In recent years,along with the computer technology and the rapid development of artificial intelligence,robot technology gradually become modern robot research hotpots． Among them,service robot， opened a new field of application of robots． Service robots appeared three main reasons;one is rising labor costs. Second is the human to escape the boring physical labor, such as cleaning,housework and patient care,etc．The population is aged 3 and social welfare system for certain service robot also provides a broad application,prospect in the market．Service robots in industrial robots is one of the main features of service robot is a suitable way environment and the specific tasks of the robot system,the process of large space activities in unstructured environment,has the high mobility. So most of the mobile robot is service robots． 

With the development of society, we service robots have infiltrated the life,work and economic aspects,and play a very significant role．Service robot research and development of our economic development has a lot of influence．This article mainly elaborated through cleaning robot in the importance of service industry in the world,robot is reviewed the development of some future robots,et the reader know the importance of the development of social development，the article also wrote himself in the situation of robot,investigation and understanding in robot in some influencing factors,and to use the domain of robot． 

Key words：

cleancarsportscleanway

1绪论

1.1室内清洁车的背景

伴随着社会的飞速进步，各个国家城市化也在不断的提升，各种人们生活中产生的垃圾种类和数量也越来越多。

我国城市的固体垃圾数量正在以8%—10%的速度不断提升，所以怎么对这么垃圾进行收集和处理，已经越来越受到人们的重视。

在汽车技术和智能系统的迅猛发展，家庭用室内清洁车在人们的生活中越来越普及。

日常家庭用的室内清洁车开辟出清扫车的新领域。

室内清洁车的迅猛进步关键缘由有：

一是社会发展劳动力越来越昂贵，清洁员清洁工作任务重大，工作效率低，清洁工作时间太长；二是人类不想一直面对枯燥乏味的打扫生活，同样的时间可以做许多其他的事情；三是人口老龄化以及经济和智能系统的发展也推动了室内清洁车的高速发展；四是室内清洁车运动空间范围广，清洁速度快。

1.2室内清洁车的应用

室内清洁车在社会发展中应运而生，它在我们的日常生活中扮演这至关重要的角色。

在我国。

在各大机场，高铁动车站，人们居住的房间内都可以看到室内清洁车的身影，室内清洁车降低了打扫的工作强度，创造了舒适的环境，提高了人类的生活品质。

1.3室内清洁车的发展

本文主要讨论家庭式的室内清洁车，故搜集了国内外家庭用的室内清洁车的资料。

1.3.1国外室内清洁车的发展情况

对于清扫车大家可能并不陌生，道路清扫车，以及工业清扫车在人们的生活中早已普及，但对于家庭用室内清扫车却了解不多。

全球第一台室内清洁车是Kaercher公司生产的Rc3000，它具有各种传感器和控制芯片，并且智能对人们所居住的房间进行打扫工作。

每当室内清洁车在房间内遇到桌椅，地毯等东西时，他可以自发的改变前进方向，然后再继续进行清扫工作。

Rc3000中有4个不同的打扫程序内置了，保证了在室内清洁车遇到有不同垃圾或者污垢的房间地面的时候，可以自动更改打扫程序，室内清洁车上传感器可以对地面的污垢进行扫描，然后使用适当的运行程序，防跌落传感器在遇到台阶或者一些有危险的地方能够自我的转向从而确保室内清洁车的安全。

这款室内清洁车有着扁平的外形，能够对桌椅、沙发，高脚床等下方有着难打扫的地方进行清洁。

这款室内清洁车具备了与之匹配的充电站，充电站可以设置运行时间长短，选择工作的模式，对清洁车进行充电，处理收集的废弃物。

通过发射红外线信号来给室内清洁车定位和确定行走路径。

当室内清洁车回到充电站的时候，人么就可以通过控制面板来设定清洁车的工作。

紧随着这款室内清洁车的出现，各种各样的家庭用室内清洁车也相继出现在市场中，其中有2001年在英国家用电器生产商伊莱克斯展示了室内清洁车“三叶虫”，2003年韩国三星公司推出了型号为VC-RP30W的家用室内清扫车。

1.3.2国内室内清洁车的发展情况

在1999年，国内在浙江大学开始家庭用室内清洁车设计和开发，2001年我国第一个拥有智能化并且可以自动对房间进行打扫的的室内清洁车成功问世，它是和TEK合作进行的，两年后智能效果、自动清扫以及打扫的速度上面有了明显的进步效果。

在室内清洁车进行清扫之前要对所要打扫的地方进行环境监测，使用超声波进行距离测试以保证清洁车与墙体有可供清洁车运行的距离，当室内清洁车清扫房间墙角的时候可以记录行走距离从而测算出房间的大小，进一步算出打扫房间多需要的时间；使用随机和局部相互结合使用的方案，计算出最佳的室内打扫路程；当清洁车工作完成后，可以自发的运动到充电站进行充电；该室内清洁车在24m2的一般家庭房间中，打扫10min就可以清扫房间内90%以上的地方，至于空间更广的房间内所进行的清洁工作的结果，在数据的记录和分析比较复杂，所以暂时还没有这方面的实验结果。

到现在为止，国内市场已经有各种各样的家庭用室内清扫车，品牌也是各式各样，有美的，飞利浦等。

1.3.3室内清洁车的发展意义

家庭用室内清洁车将道路清洁车和家庭清洁电器等相关的应用相互结合，能够对室内较为平坦的地面进行自动打扫，室内清洁车的出现代替了人们的手工劳动，这么长时间已经让各种各样的人们越来越重视。

家庭用室内清洁车作为一种智能化能够自动打扫的装置，它的智能化系统表现除了清洁车的很多先进反面，有很大的变现作用。

室内清洁车已经走进人们的生活，它可以减轻人们的负担，很轻松的完成日常家庭的打扫工作，所以在以后的生活中，它有着很高的需求市场。

这种室内清扫车在科学研究上面有很大研究价值，并且肯定会有越来越多的人们需要。

它取代了人们手工打扫的状况，使得科技的发展和家电的发展可以为人们提供诸多便利和好处。

2小型室内清洁车的机械设计

2.1小型室内清洁车的设计方案与选择

本文主要设计一种体积较小，运动轻松简洁，能够自动打扫的家庭用智能室内清洁车。

2.1.1室内清洁车的形状设计与选择

由现在市场正在使用的各种各样的室内清洁车，以及马路上常见的道路清扫车和公共场所使用的室内清洁车资料，得出室内清洁车赢包含以下几个部分：

打扫装置、驱动装置、吸尘装置、垃圾箱、控制装置。

所以把清洁车的形状暂定为底部为边长0.4m的正方形、高为0.1m。

随着观察人们居住的房间发现，房间地面摆放的东西很多，这种形状的清洁车在室内打扫起来非常困难。

重新研究觉得现在室内使用的清洁车发现圆形物体在遇到障碍物，避让非常轻松。

所以决定使用底部为直径0.4M的圆，高设计为0.1M。

2.1.2室内清洁车的移动机构设计与选择

移动机构是室内清洁车的重要部分，移动机构决定了室内清洁车的移动，以及碰到障碍物的转向。

在我们日常生活中，车有很多结构，但有一些是基本的，有的是三个轮子，有的是四个轮子，我们对这两种进行考察研究。

三个轮子很常见，三轮车等一些都是三个轮子，在日常生活中随处可见，说明三个轮子可以使用。

四个轮子更常见，但很多都是重量较大的物体，这说明四个轮子的肯定比三个轮子承受重量更大。

在室内清洁车的研究中，因为清洁车在室内使用，家庭使用的室内清洁车体积并不大，重量也不大，工作条件是室内，地面环境也没有那么恶劣，暂时定为三轮或者四轮。

但是后来研究四轮的清洁车在碰到障碍物的时候，并没有三轮的转向方便，三点确定一个平面，说明三个轮也可以让室内清洁车进行一般的任务，因此最终决定使用三个轮子。

上文确定室内清洁车由三个轮子组成，由此对清洁车转向进行研究：

（1）铰轴转向式：

驱动电机带动转向轴承，通过转向轴承的动作由此改变轮子的方向，从而完成工作需要。

（2）差速转向式：

是在清洁车的两个驱动轮上各自安装电动机，通过CPU进行这两个驱动轮的调速，然后完成工作的需要。

若清洁车使用第一种，则十分简单，但对清洁车的控制并没有那么明确。

第二种设计起来可能会复杂一些，但是对清洁车控制就十分明显，考虑到室内清洁车的工作环境，因此还是差速转向好一些。

这样设计的室内清洁车使用三个轮子并且使用差速转向。

这种控制方式，可以让室内清洁车随意的选择运动方式，至于清洁车遇到阻碍时也能够随意的进行方向的改变。

前面的为自由轮非驱动轮即万向轮，能够随着清洁车的运行转向而改变。

根据外形和移动机构设计可确定室内清扫车的外形和车轮的放置如图2-1。

图2-1室内清扫车的外形车轮放置图

2.1.3清扫方案的选择

4.4路径规划

室内清洁车在清扫运动时要选择一种行走方案作为清扫路径，然后在此路径上使用其安装的传感器及时避开所遇到的障碍，使得室内清洁车可以快速的完成每一块地面的清扫。

本文设计的清洁车为日常家用室内清洁车，它的主要功能是将人们居住的房间打扫干净，可能与一般的人类操控的清洁车不同，操控的清洁车人为的控制行走路径，可以控制它的转向等。

但是本次设计中对于清洁车要求较高，所以要让清洁车按照一个固定的打扫路径。

并且清扫整个房间内的所有地面，尽最大的可能清扫所有需要清扫的地方。

为了体现出室内清洁车较之人类更高的工作效率，应保证清洁车的运行路径没有太多的相同点。

最终决定设计清洁车使用内螺旋式的清扫路径，这样的行走路线会清洁车按照一定的方向在所需要清洁的房间内移动一圈，这样清洁车就可以知道自己所处工作环境的大概情况。

室内清洁车使用内螺旋的清扫路径，他可以充分的探测实际的工作环境，这样可以加快室内清洁车的清扫速度，还有在遇到一些房间内如桌椅等固定的障碍物时可以及时的躲开这些障碍。

不过这也需要室内清洁车的控制芯片可以拥有存放工作环境的存储空间。

其主要流程图如图4-6

图4-6室内清洁车路径流程图

结论

本文通过对家庭用智能室内清洁车机械与控制的设计和分析，主要完成工作如下：

在机械上，对室内清洁车发展进行研究分析，让人们了解家庭用室内清洁车的进步。

设计了可以完成房间内清扫的家庭用室内清洁车的总体设计，包括了室内清洁车的外形，清扫方案、吸尘方案。

也对室内清洁车中清扫装置中传动装置的进行选择。

同时对室内清洁车的驱动和清扫电动机进行了选型。

在控制上，对室内清洁车使用了传感器，为了让室内清洁更好的工作，更好规避障碍物。

对电动机进行了一系列的控制设计，让室内清洁车可以很稳定很好的行走，转向。

也对室内清洁车的行走路线进行了规划。

阐述了一种家用室内清洁车的结构，控制，行走路线。

从结构上，室内清洁车轻便，小巧。

从作用上，室内清洁车清扫速度快，安全性高。

从行走路线上，室内清洁车可以快速的更完整的对整个房间地面进行打扫。

随着社会和人们生活水平的提高，我相信家庭用的小型室内清洁车将会很快的走进千家万户。

致谢

参考文献

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[5]邱宣怀,机械设计,第四版,高等教育出版社,1997

[6]朱理，机械原理，第二版，高等教育出版社，2013

[7]张毅刚,单片机原理及应用，高等教育出版社，2003

[8]陈国定，机械设计，高等教育出版社，第九版，2013

[9]童敏明，传感器原理与应用技术，清华大学出版社，2012

[10]王宗才，机电传动与控制，第二版，电子工业出版社，2014

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[16]RobbertLee.Robotsgohome.ProfessionalEngineering.2004,17（19）:

28~29

附录

附录1程序清单

//-----------------------------------------------

//头文件

#include

#include

#include"LCD1602.h"//自编库文件

#include"EEPROM_STC89C52.h"//自编库文件

//-----------------------------------------------

//引脚定义

//-------------------------------------

//电机驱动L298控制引脚

sbitENA=P0^0;//Mot1

sbitIN2=P0^1;//Mot1

sbitIN1=P0^2;//Mot1

sbitENB=P0^3;//Mot2

sbitIN4=P0^4;//Mot2

sbitIN3=P0^5;//Mot2

//A/D

sbitCLK=P1^0;//时钟

sbitDO=P1^1;//数据输出

sbitCS=P1^2;//片选

//控制信号

sbitsensor=P1^3;//传感器电源

sbitmotor=P1^4;//清扫电机

sbitmot_err=P1^5;//电机过流

sbitalarm=P1^6;//蜂鸣器警报

sbithw_tj=P1^7;//台阶检测

//传感器

sbithw_front=P2^0;//红外前

sbithw_back=P2^1;//红外后

sbithw_left=P2^2;//红外左

sbithw_right=P2^3;//红外右

sbitsq_left=P2^4;//碰撞左

sbitsq_right=P2^5;//碰撞右

sbitfhw_left=P2^6;//调频红外左

sbitfhw_back=P2^7;//调频红外后

//按键

sbitk_ok=P3^0;//确认键

sbitk_desc=P3^1;//减键

sbitk_add=P3^2;//增键

sbitk_set=P3^3;//INT1中断

//sbithr=P3^5;//霍尔

sbitpower=P3^6;//充电电源

sbitfastc=P3^7;//快充信号

//---------------------------

//LCD见LCD1602.h内定义

//#defineDBPortP2//数据端口

//sbitLcdRs=P0^6;

//sbitLcdRw=P0^7;

//sbitLcdEn=P3^4;

//-----------------------------------------------

//外部变量定义

unsignedchartnA,tnB;//左右轮速度

unsignedcharhour,minute;//时间-时分

unsignedcharhrn;//霍尔脉冲个数

unsignedcharmenu;//显示菜单

unsignedcharwork_way=0;//路径方式++

unsignedcharturnk=0;//转弯次数

unsignedcharkeyn;//键值

unsignedcharbat_v;//电池电压值

//-----------------------------------------------

//函数声明

voidds_Delay（unsignedintm）;//延时函数

voidms_Delay（unsignedcharn）;//

voidus_Delay（unsignedchari）;//

voidpwm_on（void）;//开PWM

voidpwm_off（void）;//关PWM

voidfull_speed（void）;//全速

voiddirection（unsignedchardir_l,

unsignedchardir_r）;//方向

voidspeed（unsignedcharspd_l,

unsignedcharspd_r）;//速度

voidangle（unsignedcharangle）;//转角

voidto_and_fro（void）;//往复式路径

voidmot_detect（void）;//电机过流检测

unsignedcharread_TLC549（void）;//AD采样

voidkey_scan（void）;//按键扫描

voidkey_manage（void）;//按键散转

voidkset（void）;//set键处理

voidkadd（void）;//add键处理

voidkdesc（void）;//desc键处理

voidkok（void）;//ok键处理

voidLCD_Initial（void）;//LCD初始化

voidGotoXY（unsignedcharx,

unsignedchary）;//LCD显示坐标

voidPrint（unsignedchar*str）;//LCD显示内容

voideeprom_clear（unsigned

intaddres）;//EEPROM扇区擦除

unsignedchareeprom_read（unsigned

intaddres）;//EEPROM读

voideeprom_write（unsignedintaddress,

unsignedcharwdata）;//EEPROM写

//-----------------------------------------------

//短延时

#defineWait2us{_nop_（）;_nop_（）;}

#defineWait4us{Wait2us;Wait2us;}

#defineWait8us{Wait4us;Wait4us;}

#defineWait10us{Wait8us;Wait2us;}

//-----------------------------------------------

//延时函数群

//-------------------------------------

//分秒级

voidds_Delay（unsignedintm）//延时（m）ds

{//m<=65最大6.5秒

unsignedchari;

unsignedintn;

n=m*100;

whil