室內(nèi)地面清潔機畢業(yè)設(shè)計.doc

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1、 15 屆畢業(yè)設(shè)計 室內(nèi)地面自動清潔機 學生姓名 學 號 所屬學院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 15-1 指導老師 日 期 前 言 隨著人民生活水平的提高，現(xiàn)代家庭的住宅越來越寬敞，地面清潔工作量越來越大。為了節(jié)省清潔占用時間，減輕勞動量，提高清潔工作效率和清潔度。本文中設(shè)計了一臺具有獨特之處的家用自動清潔機。

2、目前市場上所擁有的清潔機構(gòu)主要是依靠電動機帶動抽風機的高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生極強的吸力和壓力，從而使清潔機內(nèi)部產(chǎn)生瞬時真空吸力，與外界大氣壓形成壓力差，從而將空氣中的灰塵以及地面的污垢垃圾吸入清潔機內(nèi)。與以往的清潔機構(gòu)相比較本設(shè)計的獨特之處在于：一是它采用了鋰電池作為能量源，每次使用完以后可以直接將電池取下充電，這樣可以重復的使用，而且從用的是直流電動機，電動機的功率較低，比普通清潔機的耗電量要低很多；二是本自動清潔機的體積小，結(jié)構(gòu)簡潔，使用方便，不僅能夠清潔開闊地面，而且能夠清潔沙發(fā)、家具等占用狹小空間的地面；三是本次設(shè)計機構(gòu)的拖布和清潔機的集塵袋的清洗方便很多可以直接取出用水洗干凈。 綜上

3、所述，本次設(shè)計的室內(nèi)地面自動清潔機有著很高的市場研發(fā)價值以及實際使用價值。本次設(shè)計的圓滿成功可以解決許多日常生活中清潔衛(wèi)生的問題，大大的減輕勞動強度，提高清潔的效率，節(jié)約成本和花費。 關(guān)鍵詞：家用清潔機；運動原理；清潔方式 目 錄 1 緒論 1 1.1引言 1 1.2研究的目的和意義 1 1.3國外產(chǎn)品研究狀況 1 1.4國內(nèi)產(chǎn)品研究狀況 2 2 室內(nèi)清潔機的關(guān)鍵部分 2 2.1 傳感技術(shù) 3 2.2 路徑規(guī)劃技術(shù) 3 2.3 吸塵技術(shù) 3 2.4 電源選擇 3 3 室

4、內(nèi)清潔機的機械設(shè)計 4 3.1 總體設(shè)計 4 3.2行走機構(gòu)設(shè)計 5 3.3 吸塵機構(gòu)的設(shè)計 5 3.4 吸塵機構(gòu)的設(shè)計 5 4 機械結(jié)構(gòu)的參數(shù)計算 6 4.1 驅(qū)動電機的選擇 6 4.2 蝸輪蝸桿的選擇 7 4.3 吸塵機構(gòu)電機的選擇 9 4.4 家用室內(nèi)清潔機電池的選擇 9 4.5 驅(qū)動機構(gòu)上蝸桿軸承的壽命的計算 9 4.6 清掃機構(gòu)中蝸輪軸的校核 10 總 結(jié) 12 致 謝 13 參考文獻 13

5、 1 緒論 1.1 引言 自第一臺工業(yè)清潔機問世以來，清潔機有著突飛猛進的發(fā)展。清潔機在工業(yè)、國防和科學技術(shù)中日益廣泛的應(yīng)用，帶來了巨大的經(jīng)濟和社會效益，也有力地推動了有關(guān)學科和技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。家用清潔機是一個新的清潔機研究領(lǐng)域。作為正在發(fā)展新研究領(lǐng)域，家用清潔機有許多不同的定義，但它的最基本特征是提供服務(wù)。和工業(yè)清潔機一樣，家用清潔機基本上包括清潔機的所有基本特性。它往往和人結(jié)合于同一工作環(huán)境中，這隱含著許多工業(yè)清潔機沒有的特性，如安全問題、人機交互性、在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的高度自治等。目前家用清潔機成功應(yīng)用的領(lǐng)域有雕刻，吸塵，清洗，醫(yī)療，等等。從長期來看，家用清潔機

6、的應(yīng)用數(shù)量將會超過工業(yè)清潔機。 1.2 研究的目的與意義 清潔機將移動機器技術(shù)和清潔技術(shù)有機地融合起來，實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境（地面）的半自動或全自動清潔，替代傳統(tǒng)繁重的人工清潔工作，近年來已受到國內(nèi)外的研究人員重視。作為智能移動機器的一個特殊應(yīng)用，從技術(shù)方面講，智能化自主式清潔機比較具體地體現(xiàn)了移動機器的多項關(guān)鍵技術(shù)，具有較強的代表性。從市場前景角度講，自主清潔機將大大降低勞動強度、提高勞動效率，適用于家庭和公共場館的室內(nèi)清潔。因此，開發(fā)自主智能清潔機既具有科研上的挑戰(zhàn)性，又具有廣闊的市場前景。融合現(xiàn)代傳感器以及機器領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，本課題旨在開發(fā)一部價格便宜，全區(qū)域覆蓋，能夠充分滿足家庭需求且方便

7、適用的智能家庭清潔機器。使它可以替代傳統(tǒng)的家庭人工清掃方式，使家庭生活電氣化、智能化，使科技更好地為人類服務(wù)。 1.3 國外產(chǎn)品研究狀況 RC3000 是世界上第一臺能夠自行完成所有家庭地面清潔工作的室內(nèi)清潔機，它有光電傳感器和芯片控制，當遇到障礙時，會隨機改變一個角度，然后繼續(xù)直走，直到遇到新的障礙物。內(nèi)置了四種清潔程序，保證在遇到不同污漬的地面時，可以調(diào)整其清潔程序；通過傳感器對于地板污漬的判斷，選擇合適的應(yīng)用程序。內(nèi)置光敏傳感器，確保在遇到樓梯與臺階時，能夠自動避讓，不會掉落。扁平的設(shè)計使其能夠清潔床，沙發(fā)，茶幾等家具的下部位置。其相應(yīng)的充電站有紅外發(fā)射、工作時間設(shè)定、工作模式選擇、

8、充電、垃圾處理五個功能。充電站一直發(fā)射紅外定位和導航信號來指引清潔機回到充電站完成充電和垃圾處理的任務(wù)；同時能夠根據(jù)用戶設(shè)定的信息來控制清潔機完成相應(yīng)的操作。 松下電器產(chǎn)業(yè)公司在 2002 年上半年推出了家庭用室內(nèi)清潔機的試制機。該清潔機可以根據(jù)房間的形狀、地板狀況、垃圾量進行自動清掃，還配備有避開墻壁、爐子等熱源以及障礙的安全功能；該清潔機配備有50個傳感器可一邊自動行走一邊進行清掃，工作時首先沿房間四周走一圈，記憶房間形狀，然后在避開障礙物的同時開始縱橫來回移動，清潔工作完成后會自動停止。該清潔機清掃一般的日本式房間約需要9min，相當于人打掃同樣大房間所需時間的1-1.5倍，可清掃房間

9、地板的92％－93％；清潔機利用光及超聲波的測距傳感器及感壓傳感器來避開障礙物，清潔機的內(nèi)置回轉(zhuǎn)傳感器用來控制行走姿勢以保持既定的行進方向，但在地毯上行走時如果不采取措施則會受到“地毯花紋”影響而彎曲前進，因此該公司在清潔機中安裝了方向舵?zhèn)鞲衅?，可以檢測出由于地毯花紋影響而產(chǎn)生的行進方向偏差，因此即使在鋪有地毯的地板上也能夠直線前進，清潔機體內(nèi)還安裝有防止從臺階等高處滾下的落差傳感器、感知暖爐等熱源的熱傳感器、檢測自身所受外力大小的重量傳感器及防滑傳感器、檢測添加動力的負載傳感器，清潔機同普通的障礙物最少保持10cm的距離，而在探測到熱源時，將會同熱源至少保持50cm的距離。 瑞典家電制造商

10、伊萊克斯（EIectoIux)研制生產(chǎn)的室內(nèi)清潔機小“三葉蟲”高13mm，直徑35mm，表面光滑,呈圓形，內(nèi)置搜索雷達，可以迅速地探測到并避開桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對整個房間做出重新判斷與計算，以保證房間的各個角落都被清掃。在樓梯的臺階等一些沒有天然障礙物的地方，只要有一條磁鐵，小“三葉蟲”便不會跨越。小“三葉蟲”開始啟動后，體內(nèi)的搜索雷達會探測出距離最近的墻壁，先順著墻壁把地板四周的灰塵及異物吸盡。這樣它便能探測出整個房間的格局，計算出清掃整個房間所需的時間。只要一接近一件障礙物，它便會重新設(shè)定行進路線，不會漏掉每一個角落。電

11、線或地毯的邊緣不會被認作是障礙物。小“三葉蟲”的吸刷裝置中裝有一只專利設(shè)計滑輪，可以越過電線或地毯邊緣，不被絆住。電源不足時，小“三葉蟲”會自動回到充電卡座自行充電。 如果此時房間還沒有清掃完畢，小“三葉蟲”還有記憶功能，充好電后自己回到原處繼續(xù)吸塵。 圖1-1 三葉蟲 2003年11月，三星公司推出一款代號為 VC-RP30W 的清潔機清潔機。VC-RP30W主要依靠3D地圖技術(shù)來進行定位，并能靈巧地躲避障礙物，能夠快速、高效地對房間每個角落進行吸塵。當遇到障礙物或者死角等情況，VC-RP30W 會自動轉(zhuǎn)向繼續(xù)工作。其強大的智能判斷系統(tǒng)使得VC-RP30W能輕易地分辨出垃圾與其他日常生活

12、用品，清潔機也允許用戶定義它的工作時間及清掃區(qū)域等，從而實現(xiàn)主人不在家時清潔機也能進行自動清掃。事實上，用戶除了可以對它本身進行設(shè)置以外，還能通過計算機查看安裝在清潔機前部的攝像頭進行遠程遙控。整個器人的電池能維持它連續(xù)工作50分鐘，而一旦電池處于即將耗盡的狀態(tài)時它自動回到充電座補充能源，非常地智能化。它回充電站使用的是已經(jīng)生成的3D地圖，而不是像RC3000那樣使用紅外的導航信號。地面室內(nèi)清潔機作為智能移動清潔機實用化發(fā)展的先行者，到目前為止，已經(jīng)產(chǎn)生了一些概念樣機和產(chǎn)品。吸塵清潔機的發(fā)展，帶動了家庭服務(wù)清潔機行業(yè)的發(fā)展，也促進了移動清潔機技術(shù)、圖像和語音識別、傳感器等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。 1

13、.4 國內(nèi)產(chǎn)品研究狀況 在國內(nèi)的一些大學，如哈爾濱工業(yè)大學、華南理工大學、上海交通大學等單位也對室內(nèi)清潔機進行了大量的研究并取得了一些成果，對室內(nèi)清潔機相關(guān)技術(shù)如機器感知、清潔機導航和定位與路徑規(guī)劃、清潔機控制、電源與電源管理、動力驅(qū)動等技術(shù)的研究則更多，這些都為室內(nèi)清潔機的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)。 哈爾濱工業(yè)大學于90年代開始致力于這方面的研究，與香港中文大學合作，聯(lián)合研制開發(fā)出一種全方位移動清潔機。該清潔機具有如下特點：采用全方位移動技術(shù)，使清潔機可執(zhí)行對狹窄區(qū)域等死區(qū)的清掃任務(wù)；采用開放式清潔機鉸制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)硬件可擴展，軟件可移植、可繼承，使清潔機作為服務(wù)載體具有更好

14、的功能適應(yīng)性；在擁擠環(huán)境下的實時避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的清掃工作環(huán)境；遙控操作和自主運動兩種運行方式；吸塵機構(gòu)可實現(xiàn)吸塵腔路的自動轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率。 浙江大學于1999年初在浙江大學機械電子研究所開始進行智能清潔機的研究，兩年后設(shè)計成功國內(nèi)第一個具有初步智能的自主清潔機。這種智能清潔機工作時，首先進行環(huán)境學習：利用超聲波傳感器測距，與墻保持一定距離行走，在清潔這些角落的同時獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時間；之后，利用隨機和局部遍歷規(guī)劃相結(jié)合的策略產(chǎn)生高效的清掃路徑；清掃結(jié)束以后，自行回到充電座補充電力。吸塵清潔機在5.53.5m2的實際家庭環(huán)境中，工作10分鐘可以達到90%以

15、上的覆蓋率。更大房間的清掃試驗還沒有進行。目前，系統(tǒng)正在引入機器視覺和全局定位功能，力圖在多房間環(huán)境下，提高自定位能力、智能決策能力以及回歸充電效率，最終提高清掃效率。如圖1-4所示。KV8保潔清潔機是今年在市場以低價位賣得比較火的一款產(chǎn)品，也是國內(nèi)首個產(chǎn)品化清潔機。它廣泛用于家庭、辦公和娛樂場所，以及其它一些人員不便進入的地方。KV8能夠通過自身的碰撞傳感器來實現(xiàn)隨機的清掃和碰撞處理，需要人工對其電池進行充電，有三種工作模式可以選擇，在啟動時伴有音樂聲。 2 室內(nèi)清潔機的關(guān)鍵部分 室內(nèi)地面自動清潔機通?？捎?個主要部分組成：控制器部分、行走驅(qū)動部分、傳感器部分、清潔部分和電源部分。行走驅(qū)

16、動部分是清潔機的主體，決定了清潔機的運動空間，一般采用輪式機構(gòu)。傳感器部分一般采用超聲波測距儀、接觸和接近傳感器、視覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機等。這種清潔機實際上融合了移動清潔機和清潔機技術(shù)，故稱為智能清潔機或清潔機。隨著近年 來計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動清潔機技術(shù)的迅速發(fā)展，清潔機控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)己具備了堅實的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。目前發(fā)展較快、對清潔機發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感器技術(shù)、環(huán)境建模、定位、路徑規(guī)劃技術(shù)。 2.1傳感技術(shù) 傳感器是清潔機的感覺器官，負責采集外界環(huán)境和自身狀態(tài)的信息。根據(jù)采集信息的種類可以分為內(nèi)傳感器和外傳感器。內(nèi)傳感器負責采集

17、系統(tǒng)自身狀態(tài)的信息，包括編碼器、陀螺儀、電子羅盤等。外傳感器負責采集系統(tǒng)外部信息，包 括CCD視覺傳感器、激光雷達、超聲波傳感器、紅外傳感器、接觸和接近傳感器。超聲波、紅外和接觸傳感器，具有價格低廉、工作可靠、速度快的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于清潔機的局部無碰撞導航。激光雷達是應(yīng)用較為廣泛的一種全局信息獲 取手段，可以進行定位和環(huán)境建模，但是所提供的信息不全面，并且價格較高，限制了其應(yīng)用范圍。而CCD器件可以提供類似人類的視覺信息，隨著技術(shù)的發(fā)展，其價格越來越低，在車牌識別、人臉識別、無人監(jiān)控、遙感圖像等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。但是圖象處理的數(shù)據(jù)量大，算法復雜，特征提取和深度信息回復困難，所以在清潔機

18、視覺方面的應(yīng)用還是有限的。隨著集成電路的發(fā)展和計 算機視覺的深入研究，CCD視覺傳感器必將成為清潔機環(huán)境感知的主要來源，同時促使清潔機智能產(chǎn)生飛躍。 2.2路徑規(guī)劃技術(shù) 室內(nèi)清潔機的路徑規(guī)劃就是根據(jù)清潔機所感知到的工作環(huán)境信息,按照某種優(yōu)化指標,在起始點和目標點規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙無碰撞的路徑,并且實現(xiàn)所需清掃區(qū)域的合理完全路徑覆蓋。清潔機路徑規(guī)劃研究開始于 20 世紀 70 年代，目前對這一問題研究仍舊十分活躍。其主要研究內(nèi)容按清潔機工作環(huán)境不同可分為靜態(tài)結(jié)構(gòu)化環(huán)境、動態(tài)已知環(huán)境和動態(tài)不確定環(huán)境,按清潔機獲取環(huán)境信息的 方式不同可以分為基于模型的路徑規(guī)劃和基于傳感器的路徑規(guī)劃。對運動規(guī)劃

19、問題,目前有具體的解析算法。但由于解析算法牽涉到復雜的橢 圓積分問題,實現(xiàn)起來依然具有相當?shù)碾y度。根據(jù)清潔機對環(huán)境信息知道的程度不同,可以分為兩種類型:環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未知,通過傳感器在線地對清潔機的工作環(huán)境進行探測,以獲取障礙物 的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。全局路徑規(guī)劃包括環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個子問題。其中環(huán)境建模的主要方法有:可視圖法(V-Graph)、自由空間法 (Free Space Approach)和柵格法(Grids)等。 2.3吸塵技術(shù) 真空清潔機是由高速旋轉(zhuǎn)的風扇在機體內(nèi)形成真空從而產(chǎn)生強大的氣流，將塵埃和臟物通過吸口

20、吸入機體內(nèi)的濾塵袋內(nèi)。吸塵系統(tǒng)包括濾塵器、集塵袋、排氣管以及其他一些附件。其吸塵能力取決于風機轉(zhuǎn)速的大小。最近,澳大利亞 Jetfan公司又開發(fā)出采用新原理的氣流濾塵器。這個清潔機是一個全封閉系統(tǒng), 既無外部氣體吸入,也無機內(nèi)氣體排除,所以就無需濾塵器、集塵袋、排氣管等附件。其原理是利用附壁效應(yīng)去形成低壓渦流氣體,最后將沉渣截留于清潔機內(nèi)的渦流腔內(nèi)。在英國Dyson公司最近推出的 DC06 型智能清潔機中就采用了這種技術(shù)。 吸塵技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)按功能分為五個部分：1.動力部分：清潔機電機和調(diào)速器。調(diào)速器分手控、機控。電機：有銅線電機和鋁線電機之分。銅線電機有耐高溫、壽命長、單次操作時間長等優(yōu)點

21、，但價格較鋁線比較高；鋁線電機有著價格低廉的特點，但是耐溫性較差、熔點低、壽命不及銅線長。2.過濾系統(tǒng)：塵袋、前過濾片、后過濾片。按過濾材料不同又分：紙質(zhì)、布質(zhì)、SMS、海帕（HEPA高效過濾材料）。3.功能性部分：收放線機構(gòu)、塵滿指示、按鈕或滑動開關(guān)。4.保護措施：無塵袋保護、真空度過高保護、抗干擾保護（軟啟動）、過熱保護、防靜電保護。 2.4電源選擇 移動電源在清潔機中的地位十分重要,可以說是它的生命源。移動電源需要同時滿足清潔機的多種能源需要,如為移動機構(gòu)提供動力,為控制電路提供穩(wěn)定的電壓和為吸塵操作模塊提供能源等。在這一領(lǐng)域,一般采用化學電池作為移動電源。理想的電源應(yīng)該能

22、夠在放電過程中保持恒定的電壓、內(nèi)阻小以便 快速放電、可充電以及成本低等。但實際上沒有一種電池可同時具備上述優(yōu)點,這就要求設(shè)計人員選擇一種合適的電池,盡可能增加清潔機的不間斷工作時間。 3 室內(nèi)清潔機的設(shè)計 3．1總體設(shè)計 整個清潔機的機械結(jié)構(gòu)可以分為：2個后輪驅(qū)動系統(tǒng)，前輪系統(tǒng)，吸塵系統(tǒng)。系統(tǒng)模塊都是單自由度和車體基板相連接。清潔機本體良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計是其他各項功能的基礎(chǔ)。由于移動清潔機所采用的機械傳動方式，加工制作等所產(chǎn)生的固有誤差，勢必對移動清潔機的控制帶來影響，增加控制難度，所以在清潔機本體設(shè)計上，要充分考慮這些因素，盡量減小系統(tǒng)的固有誤差，為實現(xiàn)更精確的控制創(chuàng)造條件。移動清

23、潔機的機械傳動盡可能選用一些傳動平穩(wěn)、可靠、簡單實用的傳動方式。車體的形狀，傳感器的種類、數(shù)量和位置，軟件所采取的算法，這三者必須作為一個整體綜合加以考慮才易于使智能清潔機達到良好的效果。車體形狀的選擇應(yīng)該比較優(yōu)化和適當簡化，這樣智能清潔機不僅便于移動和工作，也便于傳感器的安裝和提高傳感器的利用效果，最后對軟件的編寫也是有利的，比如使程序結(jié)構(gòu)更合理，更簡潔，易于閱讀，執(zhí)行速度更快，可靠性提高清潔機外形將影響它的覆蓋區(qū)域。好的外形不僅能降低移動清潔機的算法復雜程度，而且能減少區(qū)域邊角的死區(qū)，還能降低能耗提高行走精確度。清潔機外形主要有矩形、圓形?？紤]到機構(gòu)和控制的復雜性本文清潔機采用圓形本體，圓

24、形車體的最大優(yōu)點就是運動靈活，控制簡單，不會發(fā)生卡死的現(xiàn)象。本文的清潔機原形樣機的車體采用鋁合金板經(jīng)機械加工而成。車體前端是由一套機械裝置和光電開關(guān)組成，用于檢測運動方向上的障礙物。左右二個后輪獨立驅(qū)動，每個輪子都有電機、碼盤、光電傳感器，各自是一個獨立的系統(tǒng)，只接受控制系統(tǒng)的控制信號和反饋給控制系統(tǒng)運動信息。中間部分是吸塵系統(tǒng)，包括一個電機驅(qū)動的吸塵裝置。 圖3-1 車體 1—萬向輪；2—電機；3—吸塵盤；4—傳動軸；5—蝸桿軸承座；6—支撐架； 7—車輪；8—吸塵電機；9—集塵箱；

25、10—蝸桿；11—吸塵管； 圖3-1 機體 3.2 行走機構(gòu)設(shè)計 為實現(xiàn)清潔機的轉(zhuǎn)彎半徑為0，在清潔機的行走機構(gòu)中采用兩輪驅(qū)動，兩個驅(qū)動輪對稱分布在吸塵機構(gòu)的后方，兩個輪子支撐機體工作和運動。在清潔機轉(zhuǎn)彎時，通過控制行走機構(gòu)的兩個電機的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向，進而控制兩個輪子，通過輪子的前后差速運動實現(xiàn)機體的轉(zhuǎn)彎半徑為0。 圖3-2 行走機構(gòu)示意圖 3.3 吸塵機構(gòu)的設(shè)計 因為所設(shè)計的清潔機它的體積有限制，在直徑為三百五十，高為一百七十的圓內(nèi)要放置有行走機構(gòu)、吸塵機構(gòu)，同時還得留下放電池、控制中心、觀察中心的地方。故將吸塵機構(gòu)設(shè)

26、置如圖3-4所示 圖3-3 吸塵模塊 其中包括濾塵袋、吸塵風葉、吸塵電機、電機箍以及支撐板。吸塵盒、支撐板和電機箍的材料均為工程塑料，這樣就保證了吸塵機構(gòu)體積小，質(zhì)量輕。 吸塵原理：清潔機的風葉在電動機驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，并在機體內(nèi)形成真空，從而產(chǎn)生強大的氣流，吸嘴的塵埃、臟物隨氣流被吸入吸塵部分，并收集到濾塵袋內(nèi)。 3.4 拖地機構(gòu)的設(shè)計 本來的設(shè)計方案是通過一個電機來帶動拖把，通過清潔機運動和拖把自轉(zhuǎn)的摩擦力來執(zhí)行拖地工作，但考慮到電機過多帶給電源的使用時間過短的問題，所以決定重新設(shè)計。通過對塔里木超市拖把的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)一種拖布和拖把分離且便于拆卸的拖地機

27、構(gòu)，經(jīng)過改裝后，將拖地機構(gòu)設(shè)置如圖3-4所示： 圖3-4 拖地模塊 圖示的拖地模塊位于地面清潔機的底部，在需要執(zhí)行拖地工作時，可將定制的拖布的兩端由拖布夾夾緊，拖布夾的上表面和機體的下表面為互相黏合的小齒，當拖布放上去以后，可以很好的起到固定作用，支撐板的作用是讓拖布盡量的接觸地面，便于更好的清潔，工作時，拖地模塊會隨著地面清潔機的運動與地面產(chǎn)生摩擦來完成拖地作業(yè)。當完成工作后，可以輕易把拖布取下來，進行清洗并重復利用。 4 參數(shù)計算 4.1 電機選擇 (1) 初步估計機器的總重量為9千克，g取9.8N/kg

28、，則G=88.2N 則分配到每個輪子上的載荷位F=1/3G=1/3*88.2=29.4N 按橡膠在優(yōu)質(zhì)路面上行走，取，， 則：滾動摩擦阻力 （4-1） 滑動摩擦阻力=F=2.94N 由前面的總體設(shè)計中機器的各個機構(gòu)的布局安排，車體底盤應(yīng)至少高于地面10mm,取輪子直徑 D為80mm，則R=1/2D=40mm,則輪子行走過程中所受的阻力矩： （4-2） （2） 工作機要求的功率

29、 （4-3） 式中： 由 （4-4） 取則： （4-5） 電機所需的輸出的功率 （4-6） 其中 則電機所需的輸出的功率

30、 （4-7） （3）確定電機 考慮到清潔機在轉(zhuǎn)彎時要求其轉(zhuǎn)彎半徑為零，這樣就要求兩個和電機相連的輪子在轉(zhuǎn)彎時必須差速運轉(zhuǎn)從而才能實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎半徑為零。而要實現(xiàn)差速運轉(zhuǎn)則要求電機具有調(diào)速功能，再由（2）中所算得電機輸出功率，從而通過在網(wǎng)上搜索查到了寧波市北倉深港交流調(diào)速電機廠生產(chǎn)的YCJT系列電機滿足設(shè)計中所需要的電機要求 ，因為運轉(zhuǎn)本機器時電機需要輸出的功率為3.97W，由寧波市北倉深港交流調(diào)速電機廠網(wǎng)站上給的產(chǎn)品的技術(shù)指標和安裝型號中選型號為YCJT-6-1，輸出功率為6W，速度可調(diào)范圍為90~1350r/min，1200 r/min時轉(zhuǎn)距為5 N.cm，啟動轉(zhuǎn)距為3.5N.cm的電

31、機，因為其在滿足要求的情況下尺寸比我所查到的電機的尺寸都小，所以選用它為驅(qū)動機構(gòu)的電機。 4-1 驅(qū)動電機圖 4.2 蝸輪蝸桿的選擇 （1）因為本次設(shè)計所用的蝸桿和蝸輪是傳動機構(gòu)功率的輸入部分，是清潔機結(jié)構(gòu)中最重要的部分，所以選蝸桿軸材料為40Cr，表面淬火，硬度45～50HRC,蝸輪齒圈材料為ZcuSn10Pb1,金屬模鑄造。 確定許用應(yīng)力： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N60nL=6020612000=1.48 （4-8） 查《機械設(shè)計》得：=230MPa ；=90M

32、Pa . （4-9） （4-10） （2）選擇z、z 根據(jù)傳動比I=7.25，參考蝸輪蝸桿參數(shù)表，取z=4,則z=29； （3）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 先查《機械設(shè)計》確定計算公式所需參數(shù)：； 因載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，取 則載荷系數(shù) （4-11）

33、 （4-12） 查《機械設(shè)計》得： ； 將這些數(shù)據(jù)代入接觸強度計算公式，求得： ； 按接觸強度要求，，查表選取 m=2mm ,d=18mm,z=4, q=11.20,z=29,。 中心距 （4-13） （4-14） （4）驗算初設(shè)參數(shù) 蝸輪圓周速度

34、 （4-15） 原估計，選值，相符。 滑動速度 （4-16） 在范圍內(nèi)，所選材料合適。 蝸桿傳動效率 根據(jù)，查表得， （4-17） 傳動效率，與初選不符，傳動效率應(yīng)適當降低。 （5）驗算齒根彎曲疲勞強度和剛度 （4-18） 蝸輪當量齒數(shù)

35、 （4-19） 查得齒形系數(shù) ； 則可求得： 成立，彎曲強度滿足要求。 （6）蝸桿、蝸輪幾何尺寸計算 蝸桿齒頂圓直徑 （） （4-20） 蝸桿齒根圓直徑 （） 蝸輪喉圓直徑 （） 蝸輪齒根圓直徑 由于蝸桿傳動效率低所以工作時產(chǎn)生的熱量相對較大。對閉式蝸桿傳動，摩擦所產(chǎn)生的熱

36、量將通過箱體散發(fā)到周圍空氣中去。本設(shè)計中蝸桿傳動產(chǎn)生的熱量直接散發(fā)到集體內(nèi)，通過吸塵時產(chǎn)生的風力將熱量排帶機體外。 因為蝸桿傳動的效率主要取決于嚙合效率，而蝸桿分度圓導程角對嚙合效率其主要影響，導程角大于30度以后嚙合效率增加不顯著且蝸桿加工也較困難，所以本設(shè)計中蝸桿導程角小于30度，同時減小了中心距進而減小了蝸桿的直徑，從而提高了嚙合效率，因而進一步提高了蝸桿的傳動效率。 4.3 吸塵機構(gòu)的電機的選擇 因為吸塵機構(gòu)中風葉的旋轉(zhuǎn)速度需要足夠高才可以實現(xiàn)吸塵目的，并可以把垃圾吸到濾塵袋中，因而選電機型號為55SZ01,轉(zhuǎn)速為3000r/min,功率為12W，其尺寸較小，又能滿足工作需要，

37、所以選用它來做為吸塵機構(gòu)的動力輸入部分。 4.4 家庭清潔機電池的選用 工作環(huán)境對清潔機的能源提出了特殊要求，目前清潔機基本上都采用電池作為能源，電池有一次電池、二次電池和燃料電池。鉛酸電池是一種比較好的清潔機能源，電壓高、壽命長、可高比率放電、價格低、結(jié)構(gòu)簡單可靠、工藝成熟，但能量密度低。同時考慮到本次設(shè)計的要求，選用鉛酸電池比較合理，可降低制造家庭清潔機的總成本，因而本次設(shè)計選用兩組鉛酸電池作為清潔機的能量來源。 4.5清掃機構(gòu)中蝸桿上軸承的壽命的計算 （1） 計算軸承壽命的基本公式為：

38、 （4-21） 其中：P—當量動載荷(N); —壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承=10/3； n—軸承轉(zhuǎn)速r/min; C—基本額定動載荷（N），可由軸承樣本或有關(guān)機械設(shè)計手冊中查到。 經(jīng)查表的C=2.7510 （2）計算角接觸軸承的當量動載荷 基本公式為 (4-22) 其中：X—徑向載荷系數(shù)，其值見機械設(shè)計P281 表12-12； Y—軸向載荷系數(shù)，其值見機械設(shè)計P281 表12-12；

39、 R—軸承所承受徑向載荷； A—軸承所承受軸向載荷； f—載荷系數(shù)，考慮機器的運轉(zhuǎn)情況對軸承載荷的影響，查表12-12機械設(shè)計P281 待求量為R ,A值 計算軸承所受的徑向載荷R。 經(jīng)計算解 得Fr=0.081N Fa=0.015 N 有已知條件可知，軸承是關(guān)于蝸輪對稱的，所以左右的距離相等。 所以R1=R2=Fr1/2=0.0405N 又因為軸的質(zhì)量作用在軸承上，每個軸承大約承受0.1N 所以R1=R2=0.1405N 派生軸向力S1=S2=R/2Y=0.0468N 又因為S2+Fa=0.0468+.01

40、5=0.0618N>0.0468N 所以軸承1壓緊，軸承2放松 所以A1=0.0618N,A2=0.0468N A1>A2,所以只需要校核軸承1即可 因為A/R=0.0618/0.1405e 選取X=1,Y=0,fp=1.0 所以 (4-23) 所以 (4-24) 所以符合要求。 4.6 清掃機構(gòu)中蝸輪軸的校核 軸上能使產(chǎn)生彎距的力有 =0.081N =0.015N

41、 兩個力在互相垂直的兩個平面上，L=30mm，D=12mm (4-25) 由于前面已經(jīng)選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表 ，故符合強度要求。 總 結(jié) 雖然自主清潔機的研究已經(jīng)取得了很大進步,進入了實用階段,但是自主能力、工作效率方面還不理想,需要在技術(shù)上解決傳感器技術(shù)、定位和環(huán)境建模技術(shù).在此基礎(chǔ)上,自主清潔機可以向著高度智能化、多功能集成、低成本的方向發(fā)展。現(xiàn)在的自主清潔機在行為上還處于“低級生物”的階段,環(huán)境感知能力有限,對路徑的規(guī)劃只是隨機的方式或者是基于局部環(huán)境信息的規(guī)劃方式。在復雜環(huán)境和多房間的環(huán)境下,

42、這種工作方式的效率會銳減。因此,建立CCD視覺系統(tǒng), 融合多種傳感器進行定位和環(huán)境建模,實現(xiàn)全局路徑規(guī)劃,將是一個重要的研究方向.同時,算法必須考慮系統(tǒng)的處理速度、存儲空間的限制。自主清潔機是一個可移動的智能平臺,在吸塵功能之外可以進行功能擴展,比如進行家電控制、房間環(huán)境監(jiān)測(防止火災(zāi)、電器故障、盜竊等)。這方面的市場需求已經(jīng)被Tmsuk和三洋公司抓住,并在2002年發(fā)布了兩款這樣的清潔機。 致 謝 本論文在張涵導師的悉心指導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精

43、的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠。不僅使本人樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在導師的悉心指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此，謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導下，問題都得以解決。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認真負責，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向塔里木大學，機

44、械電氣化工程學院的全體老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。 雖然我的論文作品不是很成熟，還有很多不足之處，但是這里面的每一點資料，都有我的勞動，讓我在本次設(shè)計中也學到了許多。 最后還要感謝各位老師抽出寶貴的時間對我的設(shè)計進行點評，再次表達我最由衷的感謝！ 參考文獻 [1]葉靜波.手推式地面清潔機造型設(shè)計[D].吉林大學,2013. [2]張凡,楊秀芝,李濤.一種清潔滑板車的設(shè)計[J].湖北理工學院學報,2013,01:13-16. [3]廖文藏,李凝,吳姝雅,張新華,鄭洋洋.多功

45、能地面清潔器的研發(fā)與設(shè)計[J].科技資 訊,2013,01:75. [4]時忠明,王洋,唐存干.拖式地面清潔機的設(shè)計與制造[J].中國農(nóng)機化學報,2013,04:201-203. [5]周小軍,孟亮,陽輝,雷超,王華,胡巧龍.多功能高效清潔機的研制[J].實驗室科學,2013,04:17. [6]劉曉萍,賈瑞清,李帥,任亞楠.節(jié)水型潔凈車間地面清潔車的設(shè)計研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2011,06:39-41. [7]何傳響,明哲.多功能地面清潔器的設(shè)計研究[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2014,05:49. [8]楊建清.吸塵清潔機[J].上海體育學院學報,1960,04:45-46. [9]曾岑,陳進,蔣玉杰.智能型室內(nèi)室內(nèi)清潔機的研究和發(fā)展探析[J].機械制造,2008,10:63-67. [10]方海婷.嵌入式室內(nèi)清潔機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].南京理工大學,2009. 14