新型玻窗清洁机器人的设计与实现新型玻窗清洁机器人的设计与实现
为了实现对玻璃窗户全方位自动、高效地清洁,设计了一种新型玻窗清洁机器人。介绍了机器人的总体设计思
路,重点阐述了机器人的结构设计、驱动模块以及控制算法。测试表明,该玻窗清洁机器人操作简单、控制灵
活、实用性强,且具有较高的可靠性和准确性,可实现竖直方向全方位自由移动,清洁效果良好。
目前,市场上虽然出现了一些爬壁机器人,但至今还没有一种专门针对玻窗清洁的机器人。本文介绍了一种基于负压吸附的轮
式玻窗清洁机器人,将其用于高层住宅的的玻璃清洗工作。使用该机器人可以避免玻窗清洁带来的高空作业危险,而且其操作
简单、使用方便,应用价值高,市场前景广阔。
1 玻窗清洁机器人系统总体结构
该玻窗清洁机器人系统由手势识别和清洁机身两个部分组成,如图1所示。手势识别部分利用MXC6202二轴加速度传感器测量
人手控制过程中的加速度值,将采集到的加速度值送入单片机中处理,经过一定的算法得到控制信号,并通过无线发射模块发
送到清洁机器人部分。清洁机身部分将接收到的手势识别控制信号传送给主控单片机[1],经过运算处理后,产生两路直流
减速电机的控制信号和一路微型真空泵的控制信号,经各驱动器放大后,实现对直流减速电机和微型真空泵的驱动和控制。
2 玻窗清洁机器人结构
玻窗清洁机器人采用负压吸附、轮式驱动结构[2-3]。工作时,机器人吸附在玻璃面上,通过全方位移动,实现对玻璃的清
洁。清洁机器人结构的三维实体模型如图2所示,由车轮、过滤器、微型真空泵、同步齿形带、直流减速电机、底盘、吸盘七
部分构成。该结构系统简单、可靠、操作方便,可以满足壁面移动机器人在负载能力、速度以及可靠性方面的要求。
该机器工作原理:通过微型真空泵抽气,在吸盘内形成负压,从而将机器人吸附在玻璃面上;由两个直流减速电机控制两排轮
胎的同向同速、同向差速、异向同速、异向差速等运动状态,从而实现机器人上、下、左、右等运动。
3 玻窗清洁机器人驱动模块
机器人驱动模块是玻窗清洁机器人系统的关键部分,因此,本文重点介绍了驱动电机的选择、电机的参数优化及驱动电路的设
计。
3.1 驱动电机的选择
驱动电机作为驱动机器人自由移动的主要部件,决定了机器人在竖直玻璃壁面上的移动性能。常用的驱动电机主要包括步进电
机和直流电机。
爬壁机器人要实现在竖直玻璃壁面上的移动,对电机的扭矩要求很高,但一般步进电机的扭矩都较小。为使扭矩达到要求,电
机的体积和质量都会非常大,不能满足本文扭矩大,而体积小、重量轻的要求。
直流电机能够将输入的电压信号变成转轴的角位移或角速度输出,改变控制电压即可改变电机转速和转向,用途很广泛。主要
有如下优点[4]:
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