《多功能智能清洁运动小车的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多功能智能清洁运动小车的设计.docx（8页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、多功能智能清洁运动小车的设计肖华;袁友利;张文丽;杨秀芝【摘 要】A fully automatic intelligent sports cleaner has been developed independently .3 -D modeling was realized by using PRO/E software and software program design was completed by using vc + +to complete such cleaning work as cleaning the trash,sweeping and mopping the fl
2、oor.The sports cleaner has double functions including working andentertainment ,which realizes the multiple functions .The prototype shows that the household cleaner has such advantages as reliable running and convenient operation ,which has achieved the expected effects,and is of great marketing va
3、lue.%自主开发研制了一种全自动智能清洁运动小车。利用PRO/E 软件实现机构三维造型；利用 VC 完成软件程序设计。该家用清洁运动小车能完成清扫垃圾、拖地和擦干等一系列的清扫工作，具有工作和消遣等多个状态，实现一车多用的目的。实际操作样机说明，该家用清洁运动小车运行牢靠、操作便利，到达预期效果，具有较强的市场推广价值。【期刊名称】湖北理工学院学报【年(卷),期】2023(000)002【总页数】5 页(P7-10,26)【关键词】全自动;智能;多功能;程序设计【作 者】肖华;袁友利;张文丽;杨秀芝【作者单位】湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石 435003;湖北理工学院机电工程学院，湖北黄
4、石 435003;湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石 435003;湖北理工学院机电工程学院，湖北黄石 435003【正文语种】中 文【中图分类】TB4720 引言为吸引青少年参与家务劳动，设计了清洁运动小车，其包含 2 种工作状态，即消遣和家用，2 种工作状态可相互自由转换。为转变扫地、拖地施力方式及满足节能环保要求，小车既可依靠腿部施力工作，也可智能地进展清扫，具有扫地、拖地、擦地等功能。设计的清洁运动小车以运动车为依托，扫地、拖地、擦地工具可以上下调整，以满足不同人群及占用空间小的要求，为适应不同的工作场合，拖地局部对地面的压力可自动调整1。1 清洁运动小车系统的工作原理通过对清洁运动小
5、车构造、电路系统的不断优化，与目前市场上的家用机器人相比， 该清洁运动小车在功能、效率上有很大的提高，具体表达在以下几个方面:首先，该清洁运动小车依据需要可以承受不同的工作模式。小车有 3 种不同的工作方式:智能清扫功能;运动和清扫功能;运动功能。其次，该清洁运动小车可有效地完成各项清扫工作，包括扫地、拖地、擦地、废物回收、清水自动补给、拖地滚筒自我清洗等，实现了高效、智能的功能。小车的最前方是一个扫地刷，可将全部垃圾扫入垃圾箱;中间是一个滚刷，可将地面洗刷干净;前方是一块擦布，可将地面水吸干。利用 PROE 软件对清洁运动小车进展了建模和运动仿真分析。仿真分析结果说明:该运动小车设计方案可行
6、，能够实现预设的各项功能。清洁运动小车模型如图 1 所示。图 1 清洁运动小车模型2 清洁运动小车的机械构造设计2.1 多功能构造的设计该清洁运动小车有效地实现了一车多用的设计目的，具有多个工作模式:运动小车，此时需要撤走一系列的清扫工具，利用小车侧边的调整旋钮将其向上调整，这样就可以使清扫工具远离地面，从而实现运动小车的功能;运动小车+清扫，此时将旋钮下调即可，使清扫工具与地面接触，从而实现运动和清扫的功能;智能清扫，此时要用到自动掌握装置，本装置由一个单片机和多个电子掌握器件组成，实现智能清扫、蔽障的功能。2.2 传动装置的设计该清洁运动小车能有效地完成各项清扫工作，整套工作由一系列的传动
7、装置来完成， 该传动装置具有牢靠性和稳定性高的特点。考虑到装配精度和远距离的传动，传动 装置第 1 级、第 2 级、第 5 级承受链传动;考虑到滚筒擦地装置要与小车运动方向相反和实现小车的多功能，传动装置第 3 级、第 4 级承受齿轮传动。传动装置如图 2 所示。图 2 传动装置2.3 2 套转向机构的设计要实现一车多用的目的，设计转向机构是很有必要的，也是不行或缺的。转向机构承受联轴器进展连接，当运动清洁小车作为运动车使用时，则用销钉将龙头和车身连接在一起;当清洁运动小车作为清洁工具使用时，只需拔出销钉即可。这样，就为清洁运动小车实现一车多用的目的打下了根底。转向机构如图 3 所示。图 3
8、转向机构2.4 理论设计计算2.4.1 清洁运动小车的外形尺寸设计考虑到工作时使用者右脚踏在板面的正中心，清洁运动小车的宽度应以适应人群直立时双脚的间距来设计。运动小车板面宽度定为 220 mm;为使使用者踏脚舒适且便于施力，板面距地面的高度不高于 150 mm，取清洁状态时高度为 100 mm;把手杆距地面高度不高于 1 200 mm。前后附加关心支撑轮向内伸缩，综合考虑内部清洁机构和外形美观因素，清洁运动小车前端做成圆弧，总长为 420 mm。2.4.2 调整弹簧的设计弹簧在材料选定后，设计时需要计算出弹簧刚度 E、中径 D、钢丝直径 d、有效圈数 n 和变形量 。以弹簧设计为例:1)弹簧
9、受力2。估算弹簧所受力 F”为 40 N，考虑制造加工因素，增加 1.2 倍系数，F=1.2F”=48 N。2)选材料(一般选用碳素弹簧钢丝 65 Mn 或琴钢丝)。以 65 Mn 为例，变形量 =20。3) 许用应力。查机械设计手册，考虑到载荷弹簧的材料的抗拉强度 b 与钢丝直径 d 有关，选择b= 2 1502 450 MPa，取安全系数 K=1.2，则 b= 1 791.72 041.7 MPa，b 取下限值 1 791.7 MPa。查机械设计手册，取切变模量 G=78.8 103 MPa，许用切应力s=0.3b=537.51 MPa。4) 弹簧旋绕比 C。初步选取 C=10。5) 钢丝
10、直径34。6) 弹簧中径。D=Cd=16.563 mm。7) 弹簧有效圈数。n=Gd4/(8FD3)=6.8，总圈数 n 总=n+ n1=8.8(n1 为安全圈数，取 2)。8)试验载荷。9)自由高度。HO=n 总 t0+1.5d=44 mm(取整)。其中:t0初步估量节距，t0=d+/n+ 1(1=0.1d)=4.76。10)节距。t=(HO1.5d)/n=4.26 mm。11)弹簧螺旋角(一般为 59)。=arctan(t/(D)=6.5。12) 弹簧的稳定性验算(b5.3，即可满足稳定性要求)。b=HO/D=2.66。13) 弹簧刚度。E=Gd4/(8D3 n)=2.42 N。14) 弹
11、簧载荷。B=E=48.4 N。3 清洁运动小车的电路设计3.1 清洁运动小车的主体电控设计整个系统由 1 个 STC89C51 单片机、1 个超声波模块、2 个型号为 42BYGH4417 的步进电机、1 个细分器和 1 个 L298N 组成。通过单片机给细分器发送脉冲，细分器可掌握步进电机的运动，再通过链轮链条提供清洁运动小车前进的动力，同时给扫地装置供给工作的动力。超声波模块不断检测车前是否存在障碍物，当检测到障碍物时，超声波模块反响信号给单片机，实现自动避障59。3.2 清洁运动小车的驱动掌握设计清洁运动小车主要承受电机掌握。由于在掌握步进电机时，只需要依据肯定的规律向步进电机供给脉冲信
12、号，省去了处理测速传感器的环节，这样就将直流电机的闭环掌握变成了开环掌握，因此承受型号为 42BYGH 4417 的步进电机掌握驱动轮子。通过脉冲和转动角度的准确比例关系，可以格外便利地计算出小车的位移;而步距角 W 是固定的或可以设定，只要知道脉冲数量 N 就可以计算出小车的位移 S。同样，依据脉冲的周期就可以计算出小车的速度。通过步进电机，可以随时计算出小车转动的速率，从而准确地掌握小车的转向、速度和行走路线，本文使用链轮链条将步进电机与车轮连接起来。3.3 电路设计清洁运动小车掌握电路中最重要的是超声波蔽障模块，车前的超声波模块不断检测车前是否存在障碍物，当检测到障碍物时，超声波模块反响
13、信号给单片机，带动步进电机转动，从而实现小车的转弯。小车掌握电路图如图 4 所示。图 4 小车掌握电路图3.4 局部设计程序局部设计程序如下:3.5 典型电子元器件主要技术参数1) 超声波模块技术参数如表 1 所示。表 1 超声波模块技术参数参数 额定电压 静态电流 感应角度 探测距离大小 DC 5 V2mA 15 2450 cm2) 步进电机 42BYGH4417 的参数如表 2 所示。表 2 步进电机 42BYGH 4417 的参数参数 相电压 相电流 静力矩 惯性力矩 步距角大小 3.4 V 1.7 A 3.4 kgcm 54 gm 183) L298N 模块主要参数如表 3 所示。表
14、3 L298N 模块主要参数参数 大小工作电压 DC 4.55.5 V 电机驱动电源电压DC 535 V PCB 尺寸 4.4 cm5.0 cm 最大输出电流 2 A(瞬间峰值电流 3 A)最大输出功率 25 W4) 驱动器 DM542 128 细分参数如表 4 所示。表 4 驱动器 DM542 128 细分参数大小输入电压 直流参数 1850 V 输入电流 4 A 输出电流 1.04.2 A 功 耗 80W 温 度 工作温度1045;存放温度4070湿 度 不能结露，不能有水珠气 体 制止有可燃气体和导电灰尘重 量 200 g4 结论本文设计的是一款家用与消遣相结合的清洁运动小车，该小车有助
15、于从小培育青少年宠爱生活、疼惜卫生、勤于做家务的好习惯。设计的清洁运动小车功能齐全，构造紧凑，集扫地、拖地、清洗、枯燥等功能于一体，工作效率高。它不仅转变了通常工作时的施力方式，实现了智能化，大大削减了手臂的劳动负荷，使工作更加轻松，而且适用人群广，操作简洁便利，节能环保，有益于人体安康;还可依据不同的清洁要求随便调整清洁程度。如假设推广，该清洁运动小车将填补国内消遣家用产品的空白。参考文献1 苏敏，梁银丽，汪道辉.基于路径记忆算法的智能小车掌握系统的设计J. 哈尔滨理工大学学报，2023，16(1):6468.2 陶洪浩，刘俊.基于目标识别的智能小车定位方法争论J.电脑学问与技术，2023 (1):180181.3 冯惠秋，吕宁，黄帅峰.多功能智能小车的设计J.职业，2023(3):107 108.4 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京:高等教育出版社，2023:1025.5 魏兵，熊禾根.机械原理M.武汉:华中科技大学出版社，2023:530.6 李金山，李琳，谭定忠.清洁机器人概述M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社，2023:1560.7 王洪，银金光.工程力学M.北京:期望电子出版社，2023:175300.8 郑玉华.典型机械产品构造M.北京:科学出版社，2023:230400.9 邓英剑，杨冬生.公差协作与测量技术M.北京:国防工业出版社， 2023:25241.