摘 要

随着我国商用清洁行业人工清洁成本不断提高，地面清洁机器人综合成本优势凸显。

由于针对大中型室内地面清洁工作的清洁机器人的研究较少，且多采用盘刷进行清洁，功能单一，能耗较高。针对以上问题，本文设计了一种集清扫、擦洗及吸污功能于一体的自主清洁机器人。为满足机器人的工作要求以及地面环境的清洁需求，确定了机器人的工作原理及性能参数，并对机器人结构进行了总体设计，确定了擦洗、清扫、吸污流程化的工作方式。为满足其移动需求，确定采用两轮差动方式驱动配合独立悬挂式的减震机构。针对机器人的性能要求，计算并选型了动力元件的基本参数，依据整机功率确定了动力源的容量参数，对关键零部件进行了校核分析。

关键词：清洁机器人；整机结构；电机选型；零件校核

ABSTRACT

With the increasing cost of manual cleaning in China's commercial cleaning industry, the comprehensive cost advantage of ground cleaning robot is prominent. Due to the lack of research on cleaning robots for large and medium-sized indoor floor cleaning work, disk brush is often used for cleaning, with single function and high energy consumption. In view of the above problems, this paper designs an autonomous cleaning robot with the functions of cleaning, scrubbing and suction. In order to meet the working requirements of the robot and the cleaning requirements of the ground environment, the working principle and performance parameters of the robot are determined, and the overall design of the robot structure is carried out, and the working mode of scrubbing, cleaning and pollution absorption is determined. In order to meet the needs of its movement, it is determined to adopt two-wheel differential drive with independent suspension damping mechanism. According to the performance requirements of the robot, the basic parameters of the power components are calculated and selected, the capacity parameters of the power source are determined according to the power of the whole machine, and the key components are checked and analyzed.

Key word：Cleaning robot；Overall structure；Motor selection；Parts verificat

目 录

第1章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.2.3现状综述 4

1.3研究内容及目标 4

第2章自主清洁机器人的总体设计 5

2.1自主清洁机器人的工作方式 5

2.2自主清洁的技术参数 5

2.3自主清洁机器人结构设计 6

2.3.1移动模块设计 6

2.3.2清扫模块设计 9

2.3.3吸水扒模块 13

2.3.4供水吸污模块 13

2.3.5信息采集模块 15

第3章自主清洁机器人的动力系统的计算及元件选型 17

3.1轮毂电机的计算及选型 17

3.1.1所需驱动力及转矩 17

3.1.2轮毂电机功率计算及选型 18

3.2滚刷电机的计算及选型 19

3.1.1滚刷对地面的压力 19

3.1.2 滚刷驱动功率计算及电机选型 19

3.3自吸泵的计算及选型 20

3.3.1扬程计算 20

3.3.2自吸泵功率计算及选型 21

3.4电池组的参数匹配 22

3.4.1电池类型选择 22

3.4.2电池组电压等级 23

3.4.3电池组能量计算 23

3.4.4电池组容量及连接方式 23

第4章自主清洁机器人关键零部件力学分析 24

4.1机架力学分析 24

4.1.1机架材料选择 24

4.1.2机架受力特点 24

4.1.3静力学分析 25

4.2带轮轴力学分析 26

4.2.1受力分析 26

4.2.2静力学分析 27

第5章总结与展望 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章绪论

1.1研究背景

服务机器人作为一种半自动或全自动工作的机器人,能完成有益于人类的服务工作^[1]。

服务机器人按照服务对象以及服务功能特点可分为专业型机器人及家庭型机器人，服务范围包含运输、清洁、救援、探测等诸多方面^[2]。近几年来，市场需求不断强烈的驱动下，全球服务机器人市场始终保持较快的增长速度。据数据显示，2018年全球服务机器人销售额达83.5亿美元，同比增长14.38%。其中，专业型服务机器人销售额达52亿美元，占比62.28%，同比增长11%。国务院在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出“推动专业服务机器人和家用服务机器人应用，培育新型高端服务产业”^[3]。由此可见，服务机器人具较广阔的发展前景。

地面清洁机器人作为一种专业型服务机器人，能够代替人类从事繁杂的清洁工作，根据设定程序自主对室内地面的固、液态垃圾进行清理。地面清洁机器人通常具备以下特点：

（1）自动清扫地面灰尘、污渍等，无需人为干预；

（2）主要应用于家庭、机场、购物中心、写字楼、大型超市、停车场等场所；

（3）具有自动避障功能，避开人或墙壁防止对人或者机器本身造成伤害；