毕业设计—家用清洁机器人(PPT)

指导教师：王汉胜汇报人：龙少腾班级：机电二班机械系统组成要素电路系统组成要素软件系统组成要素目录研究目的课题设计的工作内容和要求家用清洁小车总体设计构想设计重点和难点总结致谢题目：基于51单片机的家用清洁小车的设计及控制•研究目的：本课题旨在于设计一部结构合理，全区域覆盖，能够基本满足家庭需求且便于使用的智能家庭清扫小车，使它可以替代传统的家庭人工清扫方式，使家务清洁电气化、智能化。课题设计的工作内容和要求：•运行机构形式：轮式•最高行进速度：0.35m/s•最大工作负载：2.5kg（总重）•清洁方式：吸尘、刷扫•扫地刷最大工作负载：Tmax=60g*cm•扫刷速度:n100r/min•转弯半径:任意长度•具有自动路径规划、避障功能附加功能：定时功能，时间显示功能家用清洁小车总体设计构想•家用清洁小车系统通常由四个部分组成:移动系统、传感系统、控制系统和吸、扫尘系统。•由于所学知识和时间有限，本次设计虽然在机械、电路及程序三方面均有涉及，但重点偏向机械和程序部分。家用清洁小车整体外观图家用清洁小车组成结构图传感系统移动系统控制系统吸尘系统扫尘系统机械系统组成要素底盘：装载所有的机械部件，电子部件及电源；底盘在满足基本的强度要求前提下，还应便于部件安装、拆卸及调整。移动机构：保证清洁小车能够在平面内前进，后退及转向。清扫机构：用一个电机，将动力通过三级齿轮减速机构传递给两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动。吸尘机构：产生吸力，将灰尘吸入灰尘存储箱中。防撞机构：防止撞击对清洁小车造成伤害，当撞击到障碍物时，进行躲避。家用清洁小车工作环境复杂，经常工作于狭小，低矮的过道及橱柜底部，合理的外形结构能使扫地机在复杂的环境中运动灵活。现以常见的圆形及方形结构作为对比，选择合适的家用清洁小车外形结构。1.底盘设计：因为电路板与齿轮固定架，在进行调试时，需要经常调整，故将电路板与齿轮固定架安装孔设计为长条孔，而将其余不需要经常调整的零件安装孔设计为通孔。根据上述分析，底盘形状设计为圆形；左右开口处安装轮胎，上部中央通孔安放吸尘器。2.移动机构：按结构分有轮式，履带式与步行式。轮式机器人履带式机器人步行式机器人适合路面状况较好的环境使用，如：室内。适合路面状况中等的环境使用，如：野外，楼梯。适应能力最强，但控制复杂。由于移动机构采用独立控制，转向方式采用差速转向更易于实现，故移动机构采用轮式结构，转向方式为差速转向。3.清扫机构：采用三级齿轮减速机构，降低输出速度，增大输出转矩；并利用锥齿轮可实现相交轴间传动的特点，将动力传递给扫地刷。齿数模数类型Z1100.5直齿圆柱齿轮Z2500.5直齿圆柱齿轮Z3100.5直齿圆柱齿轮Z4500.5直齿圆柱齿轮Z5100.5冠齿轮Z6200.5直齿圆柱齿轮3.1齿轮数据：3.2.减速机构：3.3.扫地刷：4.吸尘机构:利用吸尘风机旋转时产生的局部负压，将灰尘，杂物通过吸尘通道吸收于集尘盒中。5.防撞机构:防撞装置主要由防撞板、微动开关构成，防撞板的作用是缓冲撞击和触发微动开关，传递撞击信号。电路系统组成要素（一）控制系统：采用STC89C52八位单片机作为控制核心，该单片机具有成本低，稳定性强，功能齐全，软件资源丰富的特点，适合作为对运算速度要求不高场所的控制芯片；驱动系统：采用L298电机驱动芯片；输出端采用蓄流二极管泄放感性负载产生的感应电流；并在电机输入端并联一个0.1μf电容，避免电机运行时，电刷与换向器摩擦产生电火花，损伤电刷；传感系统：采用TCRT5000红外对射管，配合L339电压比较芯片与相关电阻，组成台阶检测系统，可通过调节L339芯片的基准电压，改变距离检测范围；采用型号V152-1C25微动开关检测障碍物，通过防撞板的变形触发微动开关闭合，进而检测障碍物。电路系统组成要素（二）外部时钟模块：采用DS1302时钟芯片，内部的时钟/日历电路提供秒分时日日期月年的信息；通过使用DS1302时钟芯片可极大地减轻单片机定时时内部资源的占用，定时精度极高，并提供高精度计时功能；液晶显示模块：采用NOKIA5110LCD作为显示模块，通过单片机模拟串行外设总线协议，与NOKIA5110LCD进行通信，控制显示内容，该显示器具有成本低，控制方便，占用端口少等优点；按键输入模块：采用四个常开按钮，配合限流电阻构成按键输入电路，功能选择；软件系统组成要素（一）液晶显示模块程序：包括nokia_5110.c子程序和main1.c中显示部分子函数，nokia_5110.c是5110LCD的驱动程序，包括初始化函数，清屏函数，英文、中文显示函数，数据写入函数等;main1.c中显示部分子函数通过调用nokia_5110.c中英文、中文显示子函数，更新5110LCD的显示内容。按键输入模块函数：判断“启动”，“停止”，“翻页”，“确定”中哪个按键被按下。传感检测模块函数：通过检测对应端口状态值，判断哪些红外传感器或微动开关输出状态发生改变，进而做出相应规避动作；电机控制模块程序：设定三种清扫模式，对每种清扫模式下的运动速度，运动方向，运动时间进行控制；软件系统组成要素（二）外部时钟模块函数：DS1302驱动程序，包括初始化函数，初始时间设置函数，时间写入、读出等函数。按键输入液晶显示模式选择清扫定时欢迎界面开始清扫设置阶段清扫阶段清扫模式圆形模式多边形模式自动模式程序要素调速：采用脉冲宽度调制技术，调节占空比的大小，控制电机输入端电压，进而控制电机运行速度。一对电机通过独立调速可进行速度调节，差速转向，清扫模式调节等作用。避障：避障由个两个动作构成：人机交互：利用NOKIA5110LCD作为人机交互界面，用户根据液晶显示屏提示信息，在按键上进行输入，可提供清扫模式选择，当前时间显示与清扫定时功能。后退转向发现障碍避障延时+传感信号确保后退至转向位置模糊控制+模式识别确保转向合理延时：后退至转向位置。传感信号：后退至安全位置模糊控制：转向幅度的模糊化，保证合理转向模式识别：障碍类型的识别，保证合理转向传感器状态：状态转向状态1000不转向状态2100小右转状态3110中右转状态4001小左转状态5011中左转状态6010中左转状态7101大左转状态8111大右转设计重点和难点在直径300，厚4.7的底盘上，对清扫机构、行走机构、吸尘机构、扫尘机构、电路板、传感器、电池及线路的设计和布置，不能发生干涉；对安装孔类型，大小及位置的合理设计。清扫后的垃圾如何处理，以及如何布置吸尘，吸尘通道和集尘装置。保证电路焊接可靠，无虚焊，漏焊发生。程序能有效地控制清扫小车进行清扫，并有效地躲避台阶及障碍物。三维建模图装配图电路图实物图总结本课题的设计及控制如上所述，总体来说，该设计方案具体可行，但仍有一些地方还需进一步改进，如垃圾收集处理机构、防撞板材料、电源装置等，多谢各位老师能提出改进方案！致谢感谢我的指导教师辛勤的指导与帮助，感谢金工实习车间杨师傅的加工指导，感谢金工实习车间提供的材料加工工具，感谢所有在我做设计的过程中给予我素材和帮助的老师和同学。由于我知识水平有限，所做设计、图纸和编写的论文难免有不足之处，恳请各位老师给予批评和指正！我会再接再励，虚心求教，不断完善这次设计。