扫地机器人系统设计论文结论模板

扫地机器人的特点和功能如下：

1、扫地机器人由微电脑控制，可实现自动导航并对地面进行清扫和吸尘。

2、通过碰撞头实现对前方障碍物的躲避和绕过可以使所到角落得到清洁，同时两个超大边扫轮的设计，可使角落和地面扫的更彻底，更干净，两个清扫轮的相对旋转，更使得垃圾不会从机体底部溜掉，清洁更完善。

同时清扫吸尘一体的双重作用，使扫起来的尘土更有规律和顺畅的进入垃圾收集盒内，并且通过在前轮和清扫轮动力箱内上安装光电传感器，可以使该机器人拥有自动防机体卡死和扫轮卡死的功能，当被卡住使其自动后退或关机，并在碰撞头上装有红外反射探测器，可自动判断前方是否悬崖，并自动绕开。

扫地机器人的特点是扫地省时、省力、提高工作效率、能源利用率：整个清洁过程不需要人控制，减轻人的操作负担，人们可以利用节省的时间做其他有意义的事。

扫地机器人的结构

扫地机器人系统通常由四个部分组成：移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。

移动机构是扫地机器人的主体，决定了机器人的运动空间，一般采用轮式机构。

感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD摄像机等。

对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人，要进一步提高其自动化程度，主要依靠模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法，还需要进一步开发全局模型，从而为机器人获取全局信息。

本片贴子衔接 上一篇， 建议先读上一篇，再看该篇。 以下是本片贴子的编排 整机离地高度 前撞离地高度 轮子的位置 重心位置 以下是正文 一.  整机离地高度 1. 前撞底盘离地高度的建议值 先说结论：建议整机底盘离地高度取10mm(甚至还可以稍稍加大) 整机底盘的离地高度，一个关乎全局的重大参数.目前市面上大多主流机器底盘离地高度都取9mm。但是越来越多的机器开始取10mm。 2. 颠簸问题 (1)在正常地板上，10mm与9mm的离地高度，行进稳定，几乎看不出差别。 (2)针对于固定式中扫滚刷机器,9mm的离地高度，在长毛地毯上，会出现行走速度缓慢，且颠簸很严重。若毛毯的硬度比较大，颠簸尤其明显。而10mm的离地高度该问题将会得到改善----此点是我推荐10mm的最主要原因 而浮动式中扫滚刷机器，由于可以浮动从而减小行进方向上的阻力，颠簸几乎看不到。这也是浮动滚刷的第二大好处---第一大好处首推提升清洁率，该节内容以后将会出专题讨论介绍 (3)机器行进颠簸，除了离地高度原因外，还与中扫刮条(以及中扫刮板)十分密切。中扫刮条的阻力是最主要的阻力。 (4)机器在毛毯上，与硬地板上不同，此时轮子会陷进毛毯(尤其是在毛绒较硬的长毛地毯上，)，整机底盘会被毛绒顶起，造成机器被搁浅。此外由于毛绒易变形，更容易造成轮子打滑。所以行进速度缓慢+机器颠簸，造成用户体验较差。 综上4点，加大底盘离地高度，将会减小机器在毛毯上的行进阻力，更有利于改善颠簸问题。 3.设计值与实际值 假设底盘离地高度设计值为9mm，实际尺寸一般都会比设计值低。 假设没有校正，实际尺寸一般会在8.5-8.6mm 假设底盘零件结构尺寸符合设计要求，那在底盘装上零件受力的情况下，理论上底盘自然会向下变形，导致底盘离地高度小于设计值。 假设左右轮子结构尺寸符合设计要求，由于轮子是软胶，放在地面上，轮子承受整机的重量后必然会压塌变形，导致底盘离地高度小于设计值。 所以，即使底盘离地高度的设计值是9mm，也应该在开模后加胶校正。 4. 越障能力 底盘的离地高度，同时决定了整机的越障能力。 为什么越野车的越障能力比小轿车好？因为其底盘高.更不容易搁浅和刮蹭。 搁浅意味着驱动能力有损失，刮蹭意味着阻力更大。因此，底盘稍高将会提升整机的越障能力。 二. 前撞离地高度 还是借用上面的同一张图 1.前撞的离地高度决定过槛高度 前撞的离地高度直接决定了整机的过槛高度. 一般情况下，整机的过坎高度=前撞的离地高度. 备注：此处所说的过槛高度是指机器正对着直角门槛越障。此时机器两侧的轮子同时接触门槛，如下图所示 前撞(Bumper)是一个探测前方障碍物的机械性质的零部件.要求灵敏度要高，这就意味着微小的阻力就应该触发前撞探测开关，使整机及时避让。 前撞底盖的离地高度＞门槛高度，此时机器可以越过门槛 前撞底盖的离地高度＝门槛高度，此时存在不确定性 前撞底盖的离地高度＜门槛高度，此时机器不能越过门槛 但是，也有一种比较特殊的过槛情况.就是机器斜着越过门槛. 在这种情况下，两侧的轮子并非同时接触门槛。而是机器一侧的轮子先接触门槛并越过门槛，另一个轮子才越过门槛。此时由于一侧的轮子在门槛上会将前撞的离地高度抬高，从而机器能越过更高的门槛。 2.过槛高度 行业内，主流机器的过槛高度是20mm。 请注意，从用户的角度看，过槛的高度越高越好，越有利于穿越实际家庭环境中各种不同高度门槛，实现各个屋子的清扫。 提升越障的高度很容易实现，但是目前由于地检(Cliff Sensor)的探测范围的限制，越障高度基本被限制在了20mm以内。 当门槛的高度大于20mm时，假设机器可以越过，但是由于地检的探测距离区间(一般0-22mm)有限，当机器下门槛之时，机器会将门槛识别为悬崖.所以由于地检的限制，机器可以上槛，却无法下槛，这样显然是不合理的。市场宁愿接受能上能下的产品，即使他越障能力稍差。但也不会接受能上不能下的产品，这也是某些机器特意在前撞底盖下测加胶从而降低整机过槛高度的原因。 3.其他影响因素 其他如轮子的摩擦力、轮子的大小、电机的功率对过槛影响较小。 4.展望未来越障 显然，20mm的越障高度不足以满足正常用户家庭的环境。 在此，我不妨做个大胆的假设：越障高度的提高将会是行业产品未来的一个发展趋势。 但凡有一天地检(Cliff Sensor)能有所突破，越障高度的增高将会掀起扫地机又一轮的热潮.因为越障能力的提升将直接解决用户实际使用中的痛点问题，提升该产品在用户心中的印象。 5.越障的创新设计 当我们都在思考如何通过提升整机的高度来提升整机的越障性能的时候，有人却悄悄将机械原理上最基本的四连杆机构用在扫地机的轮子上，用于辅助过槛，在市场上显得鹤立鸡群，独领风骚。 少有的经典特色设计，我特意贴在下面，供大家参考体会。 三. 轮子位置 通常情况下，扫地机的整体轮廓为标准圆或者近似圆。 1. 轮子的位置  假设： (1)整机的中心即是上图的P_圆心。 (2)在机器正常工作模式下，从俯视角度看，分别定义出左侧和右侧。 (3)在机器正常工作模式下，从俯视角度看，将机器前进的方向定义为Y方向正向，如上图建立坐标系 则： (1)前万向轮必须要在Y轴上，通常为了节约出中间的空间，前万向轮应该尽可能地往前放； (2)左右轮建议优先落在X轴上，通常为了节约出中间的空间，左右轮应该尽可能地往两外侧放； (3)当为了让出足够大的空间给尘盒或空间不够而无法满足落在X轴时，左右轮可以稍稍往后移点，但是此处的微小移动将会给软件带来非常复杂的变更.因为 扫地机转向由两后轮实现 一般的软件默认整机的中心就是整机轮廓的圆心 且扫地机在作弓字形清扫时，相邻往来的两路径上，会覆盖原已清扫路径宽度的一半(请注意原清扫路径的宽度就是中扫滚刷的宽度) 备注：针对第iii点，由于还存在一圈沿墙清扫，所以具有规划功能的扫地机，其清洁路径可以认为：一圈最靠近墙边的半个滚刷宽度的区域仅清扫一遍，其他的中间区域均清扫两遍.(如果有人不理解请自行画草图体会) 如果软件默认的整机中心与实际转弯的中心不同心，即需要优化软件。（如果有人不理解也请自行在纸上画出转弯时的详细路径草图，自行体会） 2 . 拓展 此处同样涉及陀螺仪和加速度计的算法，同上一样的原理，故陀螺仪和加速度计应优先放在整机的中心处，其次选择放在Y轴上，最其次选择放在尽量靠近中心的位置。这样放的好处就是便于软件的算法编写，便于少出问题。 我对算法和软件的计算和控制理解为：能否用数学精确计算得方式将机器的运行路径用数学方程式表达出来。如果可以用一个比较简单的方程式表达出来，那么对应的软件算法也应该相对比较简单，反之则困难。 3 . 结构能解决的问题尽量不要想着让软件去优化 要知道,即便是软件做得好可以解决该缺陷，但也只是在软件算法做的好的情况下。 要知道，好多重大问题本不应该发展到最后一发不可收拾的地步。往往由于在其萌芽状态的时候，大家未给予足够的重视与尊重，导致出现的小问题引发一系列不可控的大问题。 所以，商鞅老先生曾经告诫我们：见于未萌。 如果一个产品，仅仅有少数地方做得很勉强很极限或许还可以接受。 但是一个产品，很多地方做的很勉强很极限，那这个产品的质量将会大打折扣。 如果一个产品，从刚刚开始布局或者刚刚开始拆件时就设计得很勉强很极限，这个时候就要小心了，请记得给自己的设计留点余量。 如果一个产品，许多的零件都需要控制尺寸的精度，平面度。那么，这个设计本省就不是一个好的设计。 好多工程师 或者，在设计的时候知道此处可能会有风险点，但仅仅验证手板OK，就不再去考虑万一开模后达不到设计的要求，是否还有比较保险简单可行的改模措施？ 或者只关注自己的设计，基本不考虑模具的制造难易程度，见到能倒圆角的位置都倒上圆角，不去区分擦穿碰穿以及分型线的位置.有关模具人员对拆电极打圆角的抱怨不在少数。有更甚者，能设计出后模斜顶的却做成出前模斜顶，能设计出后模斜顶的却做成出前模内隧道滑块。此处正是体现一个结构工程师的基本功底，却很少有人注意。 或者，还有工程师喜欢让模具厂去控制尺寸的精确性，而忽略自己设计功底的缺失.如果每一个零件都要求尺寸做精确，每个零件都平整不变形，那还要工程师干嘛.就像早年的模具设计师一样，机床加工精度不够，用模具设计师的经验和水平去弥补.正是由于机床加工精度不够才凸显出了一个模具设计师的真功夫。 4. 设计至上，责任至上 一个好的工程师，是可以靠自身的设计经验和水平去掩盖零部件本身的潜在可能出现的缺陷。即使零件个别尺寸平面度得不到很好的控制，也依然能做出质量稳定的产品.这才是工程师存在的意义。而不是花费更多的人力物力财力去让模具厂/供应商/产线控制产品的精度和质量，更不是让软件去弥补结构的缺陷. 我时常提醒自己：要对自己做出的决定负责任，要对自己的设计负责任。 我觉得一个产品几乎90%的问题都是设计问题。 有人一发现零件变形，就认为是模具或者注塑生产调机问题。就让模具厂不惜余力不计成本地修模调机，他认为模具厂开模之前没评估好必须调整.他们不去思考在设计之初就自行评估风险，进行结构设计改善. 有人一发现零件尺寸不对，就认为模具没做到数，严格要求模具厂必须调到数。而不去思考自己设定地公差是不是面向制造面向生产，是否具备易制造性。 有人一发现产线装错物料，就认为工人培训不到位.而不考虑自己防呆设计的完全性，能否100%防呆。 种种种种，不胜枚举。 如果还有人对我以上的论述嗤之以鼻，那再往简单点说：如果没有设计，是否就杜绝了所有问题？下游出现的所有问题本质上是否都建立在前端设计的基础上？绝大多数情况下是不是底层的设计决定了上层的建筑？就此打住，不再赘述。 四. 重心位置 重心位置还是参考上一张图，重贴如下 1. 重心的最优位置讨论 有人认为，整机地重心应该与整机的中心重合最优，因为重心与陀螺仪和加速度计的位置重合，更有利于机器状态的判别，机器走出的路径更规整. 关于这点，我持保留意见,我甚至认为重心落在黄色线段的区间内更有利于整机的综合性能提升，试想 就取极限位置，假设整机的重心/整机的中心/陀螺仪个加速度计三点重合，会发生什么？ 此时，假设地面非常平整，不可否认，机器的行走路径最规整. 此时，前万向轮对地面的正压力为0，在越障时，前轮被抬起，机器重心向后倾，此时，整机以左右轮为支点形成了一个杠杆，试问机器还能越障吗？此时整机由后驱变成了前驱，到底是前驱的整机性能好还是后驱的性能好？两相比较，高下立见. 综上我认为机器的重心应该在左右轮连线与前万向轮在Y轴上的中点偏后的位置，整机的综合性能相对较好。此重心越靠前，后轮产生的驱动力就越小，不利于提供更大的动力。此重心越靠后，则对于越障性能有削减. 其次，重心处在黄色线段的区间位置，有利于越障和脱困。 2. 重心位置的精确计算 有人可能会有疑问了，整机的重心怎么精确计算？有人利用数学的上用绳子将机器悬挂的方式画两条垂心的交点视作机器的重心，如下图所示.此法虽好，但是毕竟是手工画线，精度极难保证. 以下贴上自己之前计算一款机器重心的原稿，徒手打公式对我来说太累了 说起来，重心精确计算方法的提出，是我最得意的作品，也算是一项行业创新吧. 我当时通过精确计算的方法，指导了整机配重块的调整. 当时由于没有测试工装，也未放在大理石平台上称重导致测试了3组数据稍有误差，但是可以看出3组计算出来的重心位置几乎很接近. 3. 重心的调整 通常计算的重心都会落在Y轴的左边或者右边，这个时候，我们就需要通过增重或削减的方法使重心落在Y轴上. 我推荐优先选择削减的方式去调整重心.因为在没必要增加整机重量的时候，增加的配重质量可能会带来副作用。如 机器过重，给左右轮带来更大的负重，使机器越障过坎能力下降，温升上升，降低电机的寿命 左右轮拉簧的拉力是根据落在轮子上的重量决定的，整机总重量的增加，必然导致拉簧拉力的增加，拉力增加会带来拉簧拉力公差不稳定的问题，拉力不稳定必然导致机器行走过程中抖动和晃动问题.如若仅增加整机重量而不增加拉簧拉力，会降低整机的越障/爬坡/长毛地毯的行走性能。 整机的总重量过重，能耗增加，总跑机时长变短 整机重量的增加，还可能会影响到跌落测试 配重的增加，也必然会导致成本增加 所以，在调整重心的时候，不问青红皂白，一上来就加配重的方式是万万不可取的.这点不仅可以用在整机的重心调整，还可以用在活动的零部件上，如iRobot 的浮动双滚刷系统和小米的单滚刷系统. 以下是iRobot的双滚刷浮动系统 很明显左侧比右边多个中扫电机和齿轮箱，所以两侧的重量不均衡，而浮动滚刷需要不停地上下浮动，若一边重量大一边重量小，则受力不均会影响除尘效率.所以该部件必须要配平. 由于双滚刷重量足够大，所以不宜再增加配重而采用拉簧将电机一侧拉起，使左右两侧重量趋于平衡.此处若采用在电机另一侧加配重的方式，将会导致浮动系统过重而浮不起来或不容易浮起来，从而影响到行进阻力. 以下是小米的单滚刷浮动系统 很明显同iRobot一样，左侧多个中扫电机和齿轮箱，但却采用加配重的方式.这是由于中扫吸口胶皮会产生一定的拉力，而单滚刷重量不够大，所以加配种使浮动系统更容易下落.从而提升清洁效率. 请注意，即使在右侧加了配重，由于留给配重的空间有限.右侧的重量也会比左侧小。 以上可以看出，同样的零部件，同样的影响因素，但是却用两种不同的解决方案，所以调整配平是需要思考的. 4. 整机配重的数量 还有些机器上会配有多个配重块.首先可以确定的是这种做法基本是不可取的. 如果整机上有很多配重块，说明整机的布局本身就存在很大的问题.可以参考经典设计的机器，整机的配重均只有1块，均处在机器的正前方前万向轮附近.且将电池放在机器的正前方位置，同时起到配重的功能. 要知道，在上一家公司，在我未提出精确计算方式确定整机重心的时候.大家都是不知道机器的重心在哪的. 但是依然未发现整机有特别大的问题，理论上可能有小问题，但是没有凸显出来.也就是说，在别人摸黑设计的时候，都只用一个配重去调平，都能通过软件的优化去解决由于重心偏移导致的种种问题，那么为什么你的机器非要加多个配重块呢？ 有时候，用对比的方式去看待问题将会使问题变得更简单.因为两相比较，高下立见，舍此弃彼，确信无疑. 注意：至今几乎尚未看到配重加在整机X轴后方的机器---此项参考前文重心最优位置讨论 5. 电池能起到配重的作用 根据电池的重量和形状，布置电池的位置，可以让电池起到配重的作用. 比如，小米8节18650总容量5200mA.h的电池重量较大，布置在整机的前方中间位置，同时起到配重的作用. 本篇章至此停笔.欢迎大家探讨交流. 希望我微薄的经验，能让更多人受益