图 2-1 系统结构图

机器人的前车轮为随动轮，不需要电机单独驱动，主要目的是与左右两轮形 成稳固的三角形，以保持车身的平稳；左右两轮通过由两个直流电机分别单独驱 动，这样可以通过改变电机转速，控制车轮速度，以两轮之间的速度差来实现机 器人左右方向的转变；清洁部分由清洁电机驱动，通过联轴器带动涡轮蜗杆转动，涡轮蜗杆再带动皮带转动，清洁毛刷连接在皮带转动的轴上，从而实现清扫，吸 尘装置由吸尘电机驱动，电机启动后产生一定风力，将清洁部分扫到的垃圾吸到 垃圾箱中，以达到清洁目的。

传感器主要有红外线传感器、碰撞传感器、霍尔传感器和电流传感器。车身 前部装有大约 120°左右的防撞装置，上面左右两边各分布一个碰撞传感器；车身 四周分布四个红外避障传感器，检测障碍物信息；左右两轮旁边各有一个霍尔传 感器，检测车轮速度；车身上还装有红外台阶检测传感器，检测台阶信息，避免 机器人从台阶上跌落。其具体分布如图 2-2 所示。

图 2-2 传感器分布图

传感器各信息采集后由输入部分传送到主控制器,经过处理以后输出，LED 显 示模块上，主要显示时间，以及机器人工作模式的设定；车身上有四个按键，分 别是设定键，递增键，递减键和确认键。

第三章 家用清洁机器人机械部分设计

3.1 行走机构设计

清洁机器人采用轮式差速转向行走机构，如图 3—1 所示：机器人的左、右轮 分别由两个独立的电机驱动，因为是独立驱动的，所以两轮之间可能存在速度差， 当需要机器人转向时，可以通过两轮的速度差来实现。一般轮式机器人有三轮， 四轮，六轮形式，由于清洁机器人不需要很大的承载能力，只需要保证稳定和简 便，因此选择三轮式。在车身前部使用一个万向轮，不需要电机驱动，只需要保 证轮子能 360°旋转即可。

图 3-1 行走机构示意图

3.2 清扫机构设计

在清扫机构的设计中由于需要在直径为 340mm，高为 120mm 的圆内放置清 扫机构、行走机构、吸尘机构、垃圾处理机构，同时还有放电池、控制中心等， 考虑到机器人本身体积有限制，因此结合各方面考虑，最终选择使用涡轮蜗杆带 动皮带传动，由连接皮带的轴带动清扫轴实现清扫功能，其正面结构如图 2-3 所 示：，

图 2-3 清扫传动机构

3.2.1 清扫机构电机选择

清扫机构中为了达到清扫的目的，刷子的旋转速度需要达到 3r/s，而皮带传 动的传动比为 1:1，所以根据计算可以得出，涡轮转速大约 180r/min 到 210r/min， 蜗杆转速大约 2600r/min 到 3000r/min，最后选择电机的型号为 55SZ01。

3.2.2 涡轮蜗杆的选择

根据设计要求，蜗杆与涡轮的主要参数和几何尺寸如下：

1、蜗杆

轴向齿距 Pa=6.28mm 直径系数 q=11.20 齿顶圆直径 da126.4mm 齿根圆直径 df1=16.4mm 分度圆导程角 r=10.12 ° 齿宽 b=26mm

基圆直径 d=22.4mm

模数 m=2，头数 z=2

齿根高 hf=2.4mm，齿顶高 ha=2mm。 2、涡轮

涡轮齿数 z2=28

涡轮分度圆直径 d2=mz2=2x28=56mm 涡轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=56-2x1.25x2=51mm 涡轮齿宽 b2=0.7da1=18.48mm，取 18mm。 涡轮齿顶圆直径 de2 =58mm。

3.3 吸尘机构设计

吸尘机构中在垃圾收集室的上方装有一个小风扇，风扇周围装有隔音罩，其 特征是在垃圾收集室的上方开有小长方孔，罩上有通风口，便于空气排出。在方 孔的下方加一个隔尘罩。通过旋转的风扇带动空气流动，将刷子清扫引起的尘土 通过收集室内的管腔吸附进来，圆洞是干净的空气通过真空室壁腔排放到大气中， 从而达到吸尘的目的。