家用扫地机器人机械结构设计

目录TOC\o"1-3"\h\u21271摘要 3320161绪论 525971.1研究背景与意义 5222311.2国内外研究现状 656691.3论文的主要研究内容 79341第二章家用扫地机器人机械结构方案的设计 780292.1设计要求 7237972.2扫地机器人 8311512.3扫地机器人外型设计 9170072.3.1圆形的扫地机器人 9279292.3.2三角形的扫地机器人 10310522.3.3D字形的扫地机器人 1180132.3.4最终扫地机器人外型设计的选取 12163632.3扫地机器人行走机构方案设计 1238032.4扫地机器人吸尘机构方案设计 1555382.4.1吸口方式设计 15216902.4.2吸尘风道设计 16211423家用扫地机器人动力系统的计算 16182473.1电动机的选择 17326013.2主动轮减速器的设计计算 19127713.2.1计算总的传动比及分配各级的传动比 19293013.2.2传动装置运动和动力参数计算 20238703.3主动轮二级减速器直齿圆柱齿轮设计计算 21238003.3.1高速级齿轮传动的设计计算 21150643.3.2低速级齿轮传动的设计计算 23289284家用扫地机器人关键零部件强度校核 26272294.1材料的选择 26187434.2高速轴齿轮1、2齿面接触疲劳强度计算 26124224.3低速轴齿轮3、4齿面接触疲劳强度计算 282455维修与保养 2917315.1家用扫地机器人的维修 29126675.2家用扫地机器人的保养 3222682致谢 346745参考文献 35全套设计加QQ11970985或197216396摘要随着现代科学技术的发展，服务类机器人逐渐出现在市场，为人们的智能化生活提供了便利。扫地机器人作为一款智能家居，具备一定的人工智能化，能够自主进行清扫工作，为人们解放了双手，提高了工作效率。同时扫地机器人作为一项重要智能化技术正在迅速变革，从简单的扫地、除灰等功能正在逐步扩展，增加除菌、自动充电、自动规划路线等更多智能化操作。因此设计一种合理的扫地机器人结构具有重大研究意义。市场上的家用智能扫地机器人存在很多问题如：越障差、吸力小、噪声大等问题，针对以上问题，本文针对性的对目前家用扫地机器人的这些问题做一些优化设计，通过合理的设计吸尘风道降低吸尘风道阻抗，从而提升吸力。通过优化风道设计降低湍流而产生的气动噪声。还通过设计合理的结构外型和选择动力适合的电机等方式着手解决越障差和打扫不到位的问题。关键词：扫地机器人，结构设计，动力计算SUMMARYWiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,servicerobotshavegraduallyappearedinthemarket,providingconvenienceforpeople'sintelligentlife.Asasmarthome,thesweepingrobothasacertaindegreeofartificialintelligence,whichcancarryoutcleaningworkindependently,freehandsforpeopleandimproveworkefficiency.Atthesametime,asanimportantintelligenttechnology,thesweepingrobotisrapidlychanging,andthefunctionssuchassimplesweepingandashremovalaregraduallyexpanding,addingmoreintelligentoperationssuchassterilization,automaticcharging,andautomaticrouteplanning.Therefore,thedesignofareasonablesweepingrobotstructureisofgreatresearchsignificance.Therearemanyproblemsinthemarketofhouseholdintelligentsweepingrobotssuchas:poorobstacles,smallsuction,largenoiseandotherissues,inviewoftheaboveproblems,thisarticleistargetedtothecurrenthouseholdsweepingrobottheseproblemstodosomeoptimizationdesign,throughareasonabledesignofthesuctionducttoreducethesuctionductimpedance,therebyimprovingthesuction.Reduceaerodynamicnoisefromturbulencebyoptimizingtheairductdesign.Wealsobegantosolvetheproblemofpoorobstaclecrossingandinadequatecleaningbydesigningareasonablestructuralappearanceandselectingamotorwiththerightpower.Keywords:sweepingrobot,structuraldesign,powercalculation1绪论1.1研究背景与意义智能家居是人们居住的又一次全新的革命。在中国，科学技术和信息化从智能工业领域进入智慧住宅，并进而走入每家每户。现代社会的家庭生活正以家庭自动化所带来的多元化资讯和安全、舒适、便利的生活环境，作为一个理想的目标来追求。当前,扫地机器人已形成了在服务机器人范畴里商业化程度较为完善的一种,并受到了全球各个发达国家以及全球机器人企业的广泛关注。由于最新科技的引进,扫地机器人开始显得更加智能。尽管中国国内外科研单位和机械企业在扫地机器人研究方面已经获得了重要进步，但是扫地机器人在以下的一些方面还需要进一步取得进步。降低成本:现在市面商场上较低端的机器人尽管廉价但用户使用感受却较差,存在如清洁效能低下、清洁的覆盖范围较小、无法大范围跨地域的清扫等问题,而中高端机器人则融合了大量的高新设备与领先科技,尽管清扫效率较高但售价相对昂贵,也不利于清扫类机器人的真正普及。设计一套完整的开发设计流程能够大大降低扫地机器人设计开发成本，从而整体降低扫地机器人成本。功能多样化：除了设计基本的吸尘结构，还需要设计行走机构、同时还需要设计存储机构。当然家居清洁除了处理废物以外,还必须综合拖地功能。如扫地机器人能够清理部分固态废物,但碰到粘附在地面上的液体废物则会越清越脏。而当前的清扫机器人清理与拖地是两个类型的清扫机器人，若融合清理与拖拉的功能，将会增加清扫机器人的应用价值。寿命与强度必须满足条件：对新设计的扫地机器人，必须选择易损的零件件进行强度与寿命校核，因为单个的零件损伤会影响整个机器的寿命，所以在对新设计好的扫地机器人进行结构设计完成以后就必须进行强度校核。确保所设计的结构和方案都符合使用寿命的要求。1.2国内外研究现状20世纪90年代初期，美国的Winder企业与Denning企业共同制造了一种从地面上吸纳灰尘的机器人“RoboScrub”，通过超声检查障碍，并具有激光引导系统。2002年，瑞典的Electrolux研制出扫地机器人“ElectroluxTrilobite”，但不能准确检测带有尖角的障碍物，体积也过大无法清洁家具底部。二零零三年，美国纽约的iRobot有限公司开发出了扫地机器人“Roomba”，环境适应能力、避障能力强，能快速完成清扫任务。松下研发出扫地机器人“Rulo”,能自动判断垃圾的大小，设计成三角形，提升了角落清理能力。三星公司还开发出扫地机器人“VC-RP30W”，依靠3D地图定位，自动识别生活垃圾。20世纪90年代,哈尔滨工业大学与香港大学联合研发出了全方位的移动清洁机器人，通过遥控和自主运动结合的方法，可以自行切换吸尘腔路，从而大大地提高了吸尘的工作效率。一九九九年,浙江大学成功研发出智能吸尘机器人，引入机器视觉与全局定位功能，提高清扫的效率。深圳市的由银兴智慧技术股份公司开发的智多星KV8保洁机器人，具有噪音小、吸附力强、使用方便、清洁效果显著等特点。科沃斯所引进的扫地机器人地宝，能进行自动导航，自动充电，具有低噪音，清扫全自动，效率高特性。国产扫地机器人科技方面,小米集团扫地机器人,还有江苏科沃斯、江苏地贝等企业的产品技术,已经和欧美Roomba扫地机器人技术十分接近了,其产品科技中也包含了智能机器人自动定向、智能机器人传感、驱动、路线规划等专业科技,但同时还有很多其它的国产或自主扫地机技术不足,是国际市场的中低端客户产品,勉强混进了国内市场的中低端产品市场,其一方面,这主要是因为中国本土的自动化机器人等专业科技发展开始较外国晚了许多,而同时,也因为受不少地方消费影响导致自主扫地机在中国国内的产品市场认可度还不够高。科沃斯扫地机器人是卖的比较火的一款产品，科沃斯一直在家庭扫地自动化机器人行业站领先地位，因为目前市场上平均每卖出的三台家庭扫地自动化机器人中就有两台是科沃斯的。科沃斯地宝也是最常用的家居清扫自动机器人,它主要应用在家庭、办公、及娱乐场所等其它一般人无法进入的区域中,它也是一个集和了手动清洁与零点五自动化清洁功能为一体的地板清扫机器人,在整个清扫过程中一般情况下都不需要其他人的插手，具有定时清洁、手动清理、延边清洁、精扫等四个基本工作形式均可选择。科沃斯扫地机器人则通过使用蜗轮系统大大提高了清理的动力,，从而使机器人清理房间时质量更有保证,还具有了防撞防坠的功能和主动充电功能。目前,已经面世的产品有5系、6系、7系、甚至九系等各种产品,而地宝可工作于如地板、瓷砖、地板、短毛织地毯等的所有硬质地板。1.3论文的主要研究内容通过查阅资料与相关设计书籍，编写一套家用扫地机器人结构设计说明书，完成家用扫地机器人的结构方案设计、家用扫地机器人的电机选型、家用扫地机器人主动轮的传动设计计算、并对家用扫地机器人中传动齿轮的强度进行校核验证。通过整个一套设计思路确保家用扫地机器人的设计合理性与严谨性。最后输出家用扫地机器人的结构设计说明书与相关的图纸文档。家用扫地机器人机械结构方案的设计2.1设计要求一般来说,在扫地机器人系统的本身机械构造中,控制自由度和扫地机器人自身的机动性能有着重要关系。当扫地机器人本身的机器控制自由度相对比较多时,扫地机器人的机动性就会更强,同时运动能力也就更加灵敏,也因此人们可以更简单的控制扫地机器人到工作的区域。不过,也并非自由度就越多越好,因为自由度的提高,将会使得关节数量增多,也因此驱动关节的机械装置数量也会增多,使得扫地机器人系统本身将会变得更加难操作。同时,也因为扫地机器人自身的机械结构也将会同时变得比较复杂,以及不稳定性因素的増多,也使得扫地机器人系统的整体安全性也将会降低。从引言中可以知道,本项目的应用场景中对扫地机器人移动平台的空间宽度存在着较大的要求,所以本项目的设计目标需要做到在满足一定应用前途的条件下,尽可能的减小容积、降低重量、增加工作稳定性和节省能源。但同时,也因为减小目标所设计的家用扫地机器人平台的体积会引起另外一种情况。由于在室内环境下的垃圾废物多是纸屑、灰尘等,所以对家用扫地机器人的垃圾箱体积有相应的要求,这也将与上面提到的体积需求有所不同。为了平衡己的理论要求和现实要求,本文所选取的方法是"扫地机器人移动平台+垃圾存储箱"的方法,当完成工作后,家用扫地机器人所清理的废弃物将通过管道和垃圾储存箱内所配备的吸风机相连,并通过吸力将废弃物聚集在垃圾储存箱内。同时由于家用扫地机器人在宽敞的房间内运行,因此家用扫地机器人对家具之间的室内地面不断的进行运动和清扫，并将垃圾扫入吸尘腔内，最后存储在垃圾存储箱内。充分考虑到本课题研究中所开发机器人移动场景的实际操作情况,对所开发机器人移动场景的基本结构方法给出了如下规定：能够进行最基本的平面运动,包含直行、拐弯、零半径拐弯、横移等。机器结构,传动方式尽量简化,方便对其操作,并且有较大的稳定性。拥有足够的承载力,但需要留出足够的空隙为机器人后期提升作预备。应用场合广泛,可在一般铺装道路上工作,在一些非铺装道路上也具备了一定的使用性能。家用扫地机器人工作行进最大速度20m/min，扫地机器人整体重量不超过5kg，主体含轮装配后高度10cm，大小半径40–50cm传动部分要求二级减速器。2.2扫地机器人扫地机器人,又名手动清扫器、智慧吸尘、机械人吸尘器等,为智慧家用电器的一类,可以使用相应的人工智能,自主在室内完成地面清扫工作。通常采用刷扫或者真空的方式,把地面垃圾率先吸引至自己的地面垃圾收纳箱内,进而进行地板清洁功效。通常而言,即将完成清扫、吸尘、擦地劳动的小型机器人,也统一归为清扫自动化机器人。扫地机器人最先在欧美市场开始售卖,但后来由于日本国内对生活的提升,才逐渐走向国内。扫地机器的机身一般都采用无线网络主机,由圆盘型设计组成。并利用充满电池运转,控制方式主要是遥测器、以及主机上的操控板。一般是在能约定的时间预约清洗,自动充电。前方有设置传感器，能检测障碍物，若遇到护栏或任何障碍物时，会自动转向等，可依每间据各个厂家设计，而走完全不一样的道路，有设计清洗区域等。（部分较早期型号可能缺少部分功能）由于其简易使用的功能与方便，在现今已逐渐流行，作为普通办公族或是现代家居的常用电器用品。智能机器科技在现今已经越趋完善,并且在不同品牌中都有不同的发展方向,有自己的产品,例如:双吸尘盖、附手持吸尘器、集尘盒可水洗及拖地功用、可释放芬芳剂,或是利用光触媒材料杀菌等独特功用。其主要结构分为：本体：根据各个的厂家牌子而设计,外型也会略有不同。充电电池:一般以用镍氢电池的居多,小部分也用镍氢电池,但用的镍氢电池通常价值也较高。每个厂家的电池,在充满时间和使用时间上也有区别。充电座：可提供机器人吸尘器打扫结束后充电的地方。集尘箱:与一般吸尘机纸箱方式不同,都有集尘箱可收集灰尘。总体上分为两类:1.中央集尘盒2.内放置的后端集尘箱。遥控器：可以操控机器人吸尘器的使用,也可以由机身上的遥控功能。2.3扫地机器人外型设计在目前主流的扫地机器人市场上,普遍流行三种类型的扫地机器人外形,分别是圆圈、三角、D字型。这三种类型的扫地机器人外形特征描述如下，并通过对比分析最后确定最常见的圆形作为本次扫地机器人的外型方案。2.3.1圆形的扫地机器人可以说,目前市面上的大多数扫地机器人都是圆形设计，一个很简单的道理。圆形设计,能够最合理的防止机器本身以及家中的家具遭到破坏。众所周知,因为最开始的扫地机器人还远远没有现在那么聪明,所以在清扫的时刻,往往都会产生无法回转的现象,当扫地机器人在角落中要完成回转的时刻,就会产生棱角很快就会磕在墙壁上的现象,不但会刮花机身,而且也会对墙壁产生损害。不过圆形的清洁机器人就不同了,由于它本身也是圆形的,在清洁的过程中旋转就完全不会有影响。尽管圆筒形也是不少扫地机器人的理想选择,但并没有圆形也并没有坏处,因为如果扫地机器人被设计为圆筒形,一方面它的清扫效果将会下降不少,另外,在边角清理的时候,圆筒形的扫地机器人还会有很多死角清扫不到。实际上,由于现代清扫机技术日益完善,圆形的清理机器人一旦采用了边刷设计,将很少再产生清理不到的死角。图1—圆形的家用扫地机器人2.3.2三角形的扫地机器人早在2015年松下就发布了全世界第一款三角形的扫地机器人RULO，福玛特公司也发布了多款三角形的扫地机器人。松下和福玛特这类扫地机器人都是以勒洛三角为基本原理,但在这里科普一点,当勒洛三角沿着边长约为其长度的方格内转动时,每一次直角所经过的轨道也基本都是同一个长方形，而这个特点的优势就是连墙墙角角都可以扫得十分干净,毫无死角,因此非常适合于扫地机器人的工作。它们一般都有装载了专门为之研发的“屋内灰尘传感器”，用于检测人的眼睛几乎看不到的细小微粒。甚至如果有顽固的污渍，它还会反复来回直至污渍去除。图2—三角形的家用扫地机器人2.3.3D字形的扫地机器人D形外观主要由美国知名扫地机器人Neato（俐拓）所拥有，这是他们的外观专利产品。Neato机器人公司（NeatoRobotics）是成立在美国加利福尼亚州硅谷的一个专业机器人开发与生产企业。致力于研发像人那样智慧的机器人,来解决更复杂的家务。在Neato实验室，工程师们孜孜不倦的研究如何将Neato打造成强劲的清洁机器，而不仅仅是一个哗众取宠的机器人。图3—D形的家用扫地机器人2.3.4最终扫地机器人外型设计的选取考虑到制作成本与三种外型方案的特点，最终本人本次对于扫地机器人的外型选择更偏向于国内常见的外型圆形。2.3扫地机器人行走机构方案设计本项目主要课题研究的小型人工智能及运动网络平台均处于有轮移动人工智能机器人的研究范畴。而有轮移动人工智能机器人通常依照轮子的大小加以分类,大致可分成单轮、双轮、三轮、四圆和多次性的基本形态。其中,单轮和二局的轮式自动化机器人比较难于操作,平衡性也较不易掌握,在实际工作中也不易普及。因为在本场景中,对智能机器人以及运动网络平台的操作稳定性需求比较高,所以单轮或者二轮形式的自动化机器人并不适用本项目课题研究。而多次性配置的自动化人工智能机器人目前大多应用于登月、火星轨道探索,甚至是对越障技术需求较大的营救任务等特种使用场合中,并不能运用于本项目课题研究。所以,本小节将着重分析有轮移动机器人的三轮配置。三轮车装配型式,大致上有最常用的以下三类构型。第一种方式为后两个车轮独立驱使,由前轮使用后小脚车轮操控前移动机器人的方位,构型如下图2.3.1(a)所示。第2种则是后两轮是随动轮,前轮负责驱使并操控后移动机械人的方位,构型如下图2.3.1(b)所示。第三种则是后两轮均为独立驱使,而前轮则为自由轮,机器人的移动方向使由于后二轮的转速变化完成的,构型如下图2.3.1(c)所述。而上述3种三轮装配构型的共同特征是,机械人在回转的整个过程中会产生某个点,瞬时转速变化为零,而此点也被叫做转速瞬心。而这些构型的共同优点则是构造简便,且能够进行零零点五径原地回转。车速中央瞬心与最后面轮胎的轴线相连,使得在机器人移动平台零零点五径回转时,回转中央与一般机器人系统的转速中央完全有所不同。三轮配置的移动机器人好处是,机器人系统可不必单独设定悬挂机构以提高轮胎的着地特性,只使得机器人系统的转速中央部位满足运动学要求就可。图2.3.1-常见的几种扫地机器人行走机构最终选择方案为a,使用后轮驱动,两个后轮作驱动轮,前轮用作转向车轮，驱动轮采用的驱动方式是电机驱动，其传动结构采用的是电机加减速器进行运动旋转，其传动简图如下所示：图2.3.1-1传动简图前轮是万向轮，扫地机器人，是智能清洁家用电器，因能自动在房间内完成地板清理工作，省去了做家务的时间和精力，而受到广大消费者的青睐。一般扫地机器人的下方有万向轮装置，当机器人碰到墙壁或其他障碍物，万向轮会改变扫地机器人的运动方向，使机器人在室内反复行驶以清洁地面，这种万向轮装置有如下几个缺点：一是反应不灵敏，扫地机器人不能及时变向，会经常碰撞家居物品，给机器人造成一定的损坏；二是驱动万向轮转动的传动机构结构不合理，设计复杂，加工成本高，对各零件的配合精度要求高。最终设计的万向轮结构如下：图2.3.2万向轮的结构示意图万向轮作为前轮，前轮（万向轮布置在前轮）如图图2.3.1中的方案a所示，万向轮在本次家用扫地机器人中的布置位置如下图所示：图2.3.3万向轮的布置位置示意图2.4扫地机器人吸尘机构方案设计吸尘机构是家用扫地机器人关键核心部件，其包括吸尘口、储尘盒、过滤网、风机等，其结构的合理性直接影响到家用扫地机器人的噪声，吸力，除尘效果。故吸尘机构风道设计的十分的关键，流道采用迷宫式设计，可以大大降低噪声，原理类似阻性消声器，同时采用微孔过滤罩，微孔结构也有降噪的效果。风道流道的截面大小保持均匀性，降低截面阻抗，从而最大限度的保留风机的吸力。2.4.1吸口方式设计扫地机器人的吸尘机构通常使用的以下三种方式:单吸口式、中刷对夹式、升降V刷的清洗方式。第一种：单吸口式单吸入式的清扫方法对地板的浮灰很管用,但对椅子底下久积的尘土和静电吸收的粉尘清理效果并不理想。(设计相对简单只有一个吸气口)第二种：中刷对夹式它对面积较大的空气颗粒物和地毯处理效果较好,而对地面微尘的处理效果则稍差,较适用于欧洲全织地毯的家庭环保。对亚州市的大理石头地板和木地板微尘清理效果欠佳.(清除方法主面使用一只胶刷,一只毛刷相对旋转夹起垃圾)第三种：升降V刷清扫系统以台湾机器为代表,其通过移动V刷悬浮清扫,能够良好的使扫刷体系更贴合于地板周围环境,且相对来说对面静电吸附粉尘清理得更为彻底。(完整的V刷控制系统能够自行下降,并在三角区域内产生真空负压)最终选定的第二种吸尘方式所使用的中刷对夹式的,目前这种结构类型在市面上已相当广泛,如小米的扫地机器人,科沃斯的扫地机器人,飞利浦的扫地机器人等。故综合考虑，本次设计家用扫地机器人选用的吸尘结构方案为中刷对夹式。2.4.2吸尘风道设计吸尘机构风道设计的十分的关键，流道采用迷宫式设计，可以大大降低噪声，原理类似阻性消声器，同时采用微孔过滤罩，微孔结构也有降噪的效果。风道流道的截面大小保持均匀性，降低截面阻抗，从而最大限度的保留风机的吸力。下图是本次设计采用的风道结构：包括吸尘口、储尘盒、过滤网、风机。其气流方向从吸尘口进入储尘盒，气流在储尘盒滞留，气流内的较重大颗粒灰尘落到除尘盒内，较轻的颗粒物被滤网给筛下去，整个气流在最后进入风机，送出家用智能扫地机器人外部。3家用扫地机器人动力系统的计算本次设计的家用扫地机器人技术参数为：机器人行进速度20m/min，主体轮装配后高度10cm，大小半径40–50cm，传动部分采用二级减速器。上述技术参数多参考现有扫地机器人的技术参数。因此原本设计中才用展开式的二级圆柱直齿轮减速机,传动方案及运动简图如图1.1所示；图6扫地机器人主动轮传动简图根据扫地机器人主体结构高度可知主动轮高度低于10cm，且预留30%的高度用于壳体厚度与装配间隙，故轮子直径可取7cm。3.1电动机的选择原动机的所有类型中,无特殊要求,均采用直流电动机作原动机。电机的系列化生产。在机械设计中仅须针对工作机械的实际工作状况,合理选定电机的种类、构造型式、容量与速度,并提供最具体的电机型式。根据已知条件可知扫地机器人工作速度为15m/min，转换单位可得：左右主动轮的半径为3.5cm,主动轮的周长为：左右主动轮转速为：查设计手册得二级齿轮传动比的范围为8-50。则电动机的可选转速为：，本次设计电机工作转速选取1500r/min。查阅资料可知橡胶轮胎与地面摩擦系数约为0.3，扫地机器人整体重量不超过5kg，故最大摩擦阻力为：爬坡阻力及其他阻力系数取0.1，则其他阻力大小为：主动轮电机在工作过程中承受的阻力总和约为：主动轮电机功率理论值为：主动轮减速器传动效率，总效率QUOTE按下式计算：QUOTE其中QUOTE分别为传动装置中每一传动副（轴承、齿轮、蜗杆、带或链）、每对滚动轴承以及各个齿轮联轴器之间的效率，但本次设计传动中主要是齿轮传动损耗、轴承传动损耗。通过查设计手册得个部分效率为：滚动轴承的效率（三对）QUOTE；闭式圆柱齿轮传动效率QUOTE；；代入公式得：主动轮电机功率实际值至少为：主动轮电机转矩实际值至少为：电动机型号的确定根据以上计算，可知电机的转速范围为：主动轮电机功率实际值至少为：综合考量了电动机型和传动装置的情况,最后可设定转速为1500r/min，根据所需的额定功率及转速查设计手册最终确定电动机的型号为YCJT-60GK-10W，额定功率为10w，转速为1500r/min，额定转矩为0.1N·m。3.2主动轮减速器的设计计算3.2.1计算总的传动比及分配各级的传动比1总传动比根据电动机满载转速QUOTE和工作机转速QUOTE，可得传动装置的总传动比为：分配各级传动比合理分配的齿轮比,可以使传动部分达到相对较小的外部轮廓尺寸或轻于水的比重,以达到成本和结构紧凑性的目的;它既能使传动零件具有变化不大的圆周速度范围,以降低齿轮动载比和降低对变速系统精度等级的要求;同时还能使齿轮组织有较好的润滑要求。展开式二级圆柱齿轮减速器，考虑润滑条件，应使两个大齿轮直径相近，低速级大齿轮略大些，按QUOTE，这里取QUOTE则式中：QUOTE为高速级传动比；QUOTE为低速级传动比。3.2.2传动装置运动和动力参数计算为达到传动件的设计技术,通常需要先将工作要求的功率或转矩计算到各轴上,以便于分别确定各轴的转速、功率和转矩。设为相连两轴间的传动比；为相连两轴间的传动效率；为各轴的输入功率w；T为各轴的输入转矩QUOTE；n为各轴的转速r/min；则可从电机轴线与工作机轴线反向分别计算,求得各轴线的运动与动力参数。1dans各轴转速QUOTE电动机轴转速：1轴（高速轴）：QUOTE2轴（中速轴）：3轴（低速轴）：QUOTE主动轮轴：各轴功率QUOTE式中QUOTE—轴的实际输入功率kw；QUOTE—二级减速器轴与轴间的传动效率。电动机轴功率：QUOTE1轴（高速轴）：2轴（中速轴）：QUOTE3轴（低速轴）：QUOTE主动轮轴：.3）各轴转矩经过减速器降低转速，增加扭矩，扭矩并在轴之间传递时经过轴承、齿轮等传动有所损耗。1轴（高速轴）：2轴（中速轴）：3轴（低速轴）：4轴（主动轮轴）：QUOTE.4）制作参数表将以上计算结果纳入下表中，供以后设计计算使用表1传动装置的运动和动力参数表轴功率P（w）转矩T(QUOTE)转速n(r/min)电动机轴100.115001轴（高速轴）100.115002轴（中速轴）9.320.47294.13轴（低速轴）8.681.7780主动轮轴8.341.6803.3主动轮二级减速器直齿圆柱齿轮设计计算3.3.1高速级齿轮传动的设计计算1）选择齿轮的类型、材料、精度和齿数（1）按已知要求,采用直齿圆柱齿轮传动。（2）大小齿轮材质均采用四十五号钢的调质处理，硬度差为40HBS可以改善大齿轮齿面的机械疲劳。（3）精度选择7级精度。（4）选择小齿轮齿数QUOTE，则QUOTE取QUOTE2）几何尺寸计算取齿轮模数为m=1mm,则可计算第一组齿轮的结构参数：计算分度圆直径QUOTEQUOTE计算中心距计算齿根高计算齿顶高计算齿高计算齿距计算齿顶圆直径计算齿根圆直径图（）齿轮辅助设计软件KYTool高速齿轮结构数据3.3.2低速级齿轮传动的设计计算选择齿轮的类型、材料、精度和齿数（1）按已知要求，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）大小齿轮材质均采用四十五号的调质处理，硬度差为40HBS可以改善大齿轮齿面的机械疲劳。（3）精度选择7级精度。（4）选择小齿轮齿数QUOTE，则QUOTE取QUOTE几何尺寸计算取齿轮模数为m=1mm,则可计算第一组齿轮的结构参数：计算分度圆直径QUOTEQUOTE计算中心距计算齿根高计算齿顶高计算齿高计算齿距计算齿顶圆直径计算齿根圆直径齿轮辅助设计软件KYTool低速齿轮数据建立齿轮几何尺寸表用上述计算所得的结果分别计算出各齿轮的其他几何尺寸，并填入表格中。表（）齿轮几何尺寸表名称代号高速级小齿轮高速级大齿轮低速级小齿轮低速级大齿轮齿数Z10511245模数M11压力角200分度圆直径D10511245齿顶高1.01.0齿根高1.251.25齿全高H2.252.25齿顶圆直径12531447齿根圆直径7.548.59.542.5中心距A30.528.5齿厚B44444家用扫地机器人关键零部件强度校核主动轮的传动齿轮是受力最大的部分,同时也是最易损部分,其设计的合理性将会直接影响家用扫地机器人的使用寿命,故在设计完成后的家用扫地机器人传动轮的减速机中齿轮的强度校核非常的必要,基于此故本文重点对主动轮减速机的齿轮进行了强化校核,以检验设计的合理性。4.1材料的选择主动轮减速器齿轮的材料选择是45﹟调质，其主要的力学性能如下：材料牌号：45热处理：调质毛坯直径（mm）:≤60硬度（HBS）：217～255抗拉强度／MPa：≥650屈服点／MPa：≥360弯曲疲劳极限／MPa：≥270扭转疲劳极限／MPa：≥155许用静应力／MPa：260许用疲劳应力／MPa：180～270备注：应用最广泛4.2高速轴齿轮1、2齿面接触疲劳强度计算根据以下设计公式进行计算：QUOTE①试选载荷系数QUOTE；②第一组齿轮传递的扭矩为：③查设计手册，选齿宽系数QUOTE；④查设计手册，得弹性影响系数QUOTE；⑤查设计手册，查得大、小齿轮的接触强度极限为⑥重合度系数QUOTE，端面重合度⑦计算应力循环次数设计的扫地机器人使用年限为20年，则高速轴对于的大小齿轮循环次数为：QUOTE齿轮1的应力循环次数为2.6x108次,齿轮2的应力循环次数为4.8x107次。⑧查设计手册，得接触疲劳寿命系数QUOTE；⑨计算接触疲劳许用应力值：取安全系数QUOTES=1.5，则10齿轮实际应力值大小：分析通过对比分析齿轮应力实际值远小于许用应力值，设计满足强度要求。4.3低速轴齿轮3、4齿面接触疲劳强度计算根据以下设计公式进行计算：QUOTE①试选载荷系数QUOTE；②第一组齿轮传递的扭矩为：③查设计手册，选齿宽系数QUOTE；④查设计手册，得弹性影响系数QUOTE；⑤查设计手册，查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限为⑥重合度系数QUOTE，端面重合度⑦计算应力循环次数设计的扫地机器人使用年限为20年，则高速轴对于的大小齿轮循环次数为：QUOTE齿轮3的应力循环次数为4.8x107次,齿轮4的应力循环次数为1.2x107次。⑧查设计手册，得接触疲劳寿命系数QUOTE；⑨计算接触疲劳许用应力值：取安全系数QUOTES=1.5，则10齿轮实际应力值大小：分析通过对比分析齿轮应力实际值远小于许用应力值，设计满足强度要求。5维修与保养5.1家用扫地机器人的维修1.不能开机故障描述：按开关机键不能开机。维修保养方式:①如果机器的停放时间过长,或者动力电池已经没电,就应该通过充电座或者适配器来完成充电。②请先检查一下电池排线或和面壳连结的排线上是不是松动,掉落。③要是机器开关太频繁,需检测按键有无磨损。④如果都不是以上问题时,则必须更换主板。2、不能关机故障描述：重新开机后,按下开关机按键,但此时仍无法关机。维修保养方式:①要是主机开关太繁琐,请首先检测按键开关是不是有磨损。②请先检测一下面壳的接头排线管有没有松动或脱落③如未检测出异常时,则必须调换主机面板。3、跑机中暂停故障描述：按下启动按钮后启动,但主机仅跑了几秒钟后又停下,风机、毛刷和车轮都不转动了,要重启主机第三次,但第三次重启后主机又停止,蜂鸣器打响告警。日常操作与保养方法:①如果使用较为粗糙的毛毯地面,这时机器前进的摩擦力已经过大了,可以把机器置于较平滑地面状态中上去放手一搏。②要是拔掉了前后轮,就要打开主机检查是不是有这个不良现象,要是有,那么表示主板出现了问题,必须调换主板,但要是拔动了轮子就好了,那么就证明是轮子的问题,必须换轮子。4、遥控不灵敏故障描述：遥控器上的按钮,有时候能够遥控但有的时候无法遥控系统。维修保养方法：①检查遥控器电池的压力是不是过低。②机器不能放置在已打开的充值座和虚拟墙的面前(在距离充值座和虚拟墙前三M内无法遥控),所以请先拔掉了充值座的供电和关掉虚拟墙之后,才能进行遥控。③开充电座,然后让主机在充电座模式下自由跑动,看主机找充电座位时能无法自动转圈,能转圈就表明是遥控器的问题,如果无法转圈,则表明是主机接收头出现了问题,或者切换了按键板。5、遥控无作用/不找充电座故障说明:启动后,遥控器上的任何按钮都没了反应;机器找充电座时不打圈。维修保养方式：①在遥控并无动作下,如果找充电位置正常的,那么说明是遥控器本身就发生了故障,所以需要先检查电池是不是有电,以及再检测电池压力是不是正常。而没电的电池,则需要更换同型号的动力电池。所以如果说找充电座时,主机不转圈则表明是机键板/显示屏板的接受头设计不好,所以应调换机键板或接受头。②此设备只能在启动时才受遥控,而在关机时则不受遥控。6、毛刷不转故障描述：主毛刷转，侧毛刷不转;主毛刷和侧毛刷都不转维修保养方法：①看主毛刷有没有在旋转,要是主毛刷还在旋转那么再检查一下侧毛刷上是不是被异物所环绕。②主毛刷和侧毛刷要是均无法旋转了话,那么就可以先把主牙箱螺丝松动一些,然后看启动时能否能旋转,要是还无法旋转了话,就可以换主牙箱。7、无论开机关机风扇/毛刷,一直转动故障描述：关机后风扇/毛刷仍一直转动维修保养方法：更换主板8、左/右轮不转故障描述：当主机起动后,左/右轮均不旋转,主毛刷/风扇工作正常。修复办法:①先检查一下前后二轮子之间有不会被异物卡死,以及插座有无松动。②假如有一个轮子不转,那么互换了上下轮子插座然后打开机器检查主机上有没有或者以前的那个轮子不转,假如是,那么说明以前不转的那个轮子已经坏掉了,就必须换轮子,假如没有,则必须换主板。③当主机从启动往一边斜走时,走走停停或者碰到墙壁后就忽然停下,则表示主板损坏了,就必须换主板。9、左右后退报警故障一描述：机器启动1秒钟左右暂停并红灯报警维修保养方法：①检测所有地检探测器有无插座松动掉落的情形。②用手轻掰动地检感应器线材检查一下是不是有松动的迹象,都不是那么必须调换主板。故障二描述：当主机在启动左右后退几秒后,突然停机并红灯报警维修保养方法：①检查地检感应器镜片上是否有杂物遮住或黏住。②换用一台色彩较为白的地面跑机,看看是不是有左右后退红灯告警的迹象。③检查一下各种地检传感器有无插座松动掉落的迹象,用手轻轻地掰动地检传感器线材检查一下是不是有松动的迹象,都没有的话则必须换主板。10、清洁效果不好吸力变小故障描述：用机器清扫时灰尘吸不干净维修及保养方式为:先检查灰尘盒,灰尘入口,灰尘箱盖等是否太脏是否堵塞及边清扫是否顺畅。电池检测后是否没电池。11、机器在运行中突然停止工作故障描述：机器跑机的时候突然停止/关机维修保养方式:①首先检测主机电力有没有耗尽,当用尽电源时自动关机,此时则必须自动充电。②检测主机能否在定时模式下正常工作,在定时模式的下十分钟后主机会停止正常工作。12、机器的防跌落失效或不灵故障描述：跑机偶尔会在阶梯上跌落或是在阶梯边缘停留,并红灯报警维修保养方式为:①首先,要确认台阶标高必须超过八CM。②请首先检查设备底部的传感器,有没有太脏或有阻碍物质。设备接触地面部分圆滑以及设备透过光线较高的地方,可能会出现防跌作用功能的不良情况。③检查设备是否能在较强日照下正常工作。设备在清扫的台面或者台阶下面不要堆放易碎物件,以免机件在环境的影响下出现很小几率的脱落。13、机器放置太久，充不进电故障描述：如果将机器放置了连续几周后，再次启动仍无法正常工作,可对机器开始充电,过一会儿绿灯又灭掉,即表明电量满了了。工作了一会儿就没电了。日常的维修与保养方式:先通过适应器对计算机进行直接充满,当绿灯熄灭后,仍需继续充满约一小时,此时就是小电池的充满,可以使用重新启动电池,一小时后,让电脑停充了大约一分时间,接着再重新对电脑进行充满,就可以顺利充满了,如果还没有,也可以继续补充约一小时,然后重新启动小电池,如此重复三次后,就完全可以启动小电池。14、机器陷入困境故障说明:机器被地面的特殊物体卡住。维修保养方法：①清理缠绕在机器内的电线、线等物品。②②防止主机被下垂的窗户等物体和地毯上的须边所环绕。③防止主机前方障碍物过重,因为一旦主机在规定时间内无法行走就会报警或停机。15、按键不灵故障描述：按钮板上的按钮有时有效果,有时没效果。维修保养方法;更换键盘板或更换同一机型的键盘。5.2家用扫地机器人的保养每台机器设备都有相应的设计寿命，扫地机器人也是如此，一般扫地机器人的寿命约为3—5年。但是如果在使用过程中维护不好，很可能会减少扫地机器人的寿命。更会影响清扫效果甚至死机。所以在日常生活中，需要如何维护扫地机器人呢?1.定期清理在保养技巧中最重要的一点就是：定期清理，平均3—5个周期对扫地机彻底清洁一次，保持它的卫生，就可以对扫地机器人起到保养的作用。2.远离有水的区域尽量避免在厨房和卫生间等有水渍的区域使用。由于在这些区域有微小水珠的可能,因此必须注意的是扫地机器人一般都是由许多电子元件所组成的,尤其在下方的充电连接电极片,虽然有部分较高档的扫地机器人也具备了一定保护功用,不过主机一旦长时间和雨水触及是会直接危害主机的使用年限的。所以尽量避免和水进行接触，并且长期保持干燥便可改善使用年限。3.定期清理边刷和滚刷不管是扫地机器人还是吸尘器,都需要有毛刷头来辅助清洁工作,在扫地机器人中最常见的清洁刷头就有两条侧边毛刷头,在吸气口还有一条滚毛刷。在使用过程中会时常常会把毛发缠在刷组上,而假如长时间不处理掉这些毛发,将会加大对电池的使用压力,进而影响电池的寿命,甚至可能会造成主机无法正常工作,甚至更严重毁坏电器。所以建议每天定时的把毛刷组(边刷以及滚刷)卸下来人工清洗。4、定期擦拭前端感应器为避免红外线光束被灰尘遮蔽，请定期用干布或者柔软纸巾擦拭机身感应区的感应器，以保证机器能正常工作。5、定期清理过滤网/海帕过滤网/海帕是过滤工业垃圾废弃物的装置,是直接从垃圾箱(集尘盒)和风机间过滤来用的,因此过滤网/海帕的品质优劣也是会影响工业机器人是否造成二次污染的一个关键因素。建议大家每天都将小垃圾箱(集尘盒)拿出,然后再花点时间清洗一下过滤网/海帕,然后再将过滤网/海帕用破布擦拭,然后再放在比较干燥的地方风干或者是自然干燥,不然过滤网/海帕易被锈蚀。(另外扫地机的海帕滤网在清理过后,也必须要晾干后,再用。未晾干的海帕容易在使用过程中把水滴卷入风机,烧坏机器。)6、定时清洗垃圾盒(集尘盒)。集尘盒一般都可以满装垃圾的,不过一旦垃圾满了就要及时处理，以免堆积,并产生细菌。清洁的时间要与滤网同时清洁一下，这样的话就能够增加滤网的透过性,防止二次污染，从而能够过滤出清新室内空气。7、避免结块、易燃品扫地机器人的吸尘嘴尺寸有限,如果地板上有火绳、烟蒂之类的易燃、长条形硬物,吸进后就很轻易卡到吸尘嘴,进而危害主机的正常工作。同样，不能彻底燃尽的东西如果被扫地机吸收,就可以导致工业机器人的烧毁短路。8、电池的保养电池是扫地机器人工作的关键部分，好的电池使用时间更持久性能更稳定。那么电池应该如何保养呢?首先我们要常常用到它,以便给电池适当放电充电,并增加动力电池的使用能力。要确保扫地机器人的充电座都是开启的状态,使机器能够自行回充,而长时间直接断电或停止工作对机器电池很不利。9.定期清理机身底部因为机器是经常性在地面工作,所以机身下方是更易堆积灰尘的重灾区。过量的尘埃不但会遮蔽红外传感器,而且还会流入主机体内导致主板短路和燃烧。而且毛发易被卷入至轮组也会负面影响扫地机的前进速率,因此建议利用气枪这样的辅助工具清理机器底部的空隙部分。(不要用口吹气,可以避免口水进入机器内所造成的短路问题。)致谢非常感谢,我的导师以及老师们在毕业设计设计阶段给予了我的引导,以及最初期的定题,老师们就花费了很多的心血,从资源收集,到写作、编辑,花费了巨大的时候精力进行创作,直到论文撰稿时,他都给与了我很耐性的辅导和忘我的支持。因为组织指导论文,他甚至舍弃了自已最重要的娱乐休闲时光,他的这份爱岗敬业奉献使我十分敬佩,在此我向他表达了对自已最诚挚的敬意。他们教会了我怎样学会如何做出创新设计。正是由于他们,我才能在各