自动吸尘器设计（说明书＋CAD图纸）
摘 要
随着社会的进步和发展，人们的学习、工作越来越繁忙，于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事物中解脱出来，就成了新一代家电所追求的目标。而智能化正是这一目标的集中体现。本文介绍的智能吸尘器初步实现了无人情况下的自主工作方式，很大程度地提高了产品的自动化水平。
介绍一种能在无人情况下自主工作，并具有自动避障等功能的新型智能吸尘器的开发及设计，它自带电源，由单片机控制。
该智能吸尘器利用了超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断；通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略；通过驱动器驱动两步进电机，带动驱动轮，从而实现避障功能。与此同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。
关键词： 超声波 步进电机 自动吸尘器 外壳
绪 论
1.1 家用吸尘器简介
吸尘器是现代家庭中受到人们广泛喜爱的清洁用具，传统的用具清扫房间往往不能将家里的微细尘埃清扫干净，尘埃总是从一处转移到另一处，尤其是地毯﹑窗帘等处的灰尘就更难以清除，利用吸尘器来做清洁工作就无此弊。吸尘器不但可以清洁地面，也可以用来清洁一般的器具难以清洁的地方，如沙发，墙壁等。
1.1.1 家用吸尘器的原理
吸尘器在工作时要经过起尘、吸尘和滤尘三个阶段。吸尘器一般包括吸尘器电机和风机（电机多为串激整流子电动机、风机是离心式风机）、机身、吸尘管（手持式吸尘器的机身和吸尘管常联为一体）控制电路、滤尘器（袋）和吸尘附件。吸尘器工作时靠电动机高速驱动风机叶轮旋转，使空气高速排出，而风机前端吸尘部分的空气不断地补充风机中的空气，使吸尘器内部产生瞬时真空，和外界大气压形成负压差；在此压差的作用下，吸尘器吸入含灰尘的空气，并经滤尘器过滤，排出清净的空气。负压差越大风量越大，则吸力也越大。
1.1.2 家用吸尘器的分类
1.按形状大小分类
（1）立式（2）卧式（3）便携式，它一般有五种形式
1) 肩式2) 杆式
3) 手提式4) 微型式5) 无绳式
2.按功能分类
按功能大致有以下种：干式﹑干湿两用式﹑地毯式及打蜡吸尘式。
3.按电器安全分类
（1）Ⅰ类吸尘器，额定电压超过42伏，只有基本绝缘。
（2）Ⅱ类吸尘器，额定电压超过42伏，全部为双重绝缘，当基本绝缘破坏时，还有一层补充绝缘作用。
（3）Ⅲ类吸尘器，额定电压低于42伏，避免了触电危险。
1.2 全自动吸尘器的研究目的与意义
近年来,随着中国工业的快速发展,吸尘器的产销量也大幅增加,在我国市场具有旺盛的生命力。随着设会的进步和发展,人们的物质和精神生活质量的提高,迫切需要从繁重的清洁工作中解脱出来由此诞生了一种家用服务型吸尘机器人,它将移动机器人技术和吸尘技术有机地融合起来,实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的半自动或全自动清洁,因此具有广阔的市场前景。
国内目前也已开始有关的研究开发工作,特别是在移动机器人的运动规划与控制方面取得了一定的成就,为研究开发吸尘机器人奠定了技术基础。吸尘机器人作为服务机器人领域中的一个新产品,将使人们能在无人看守情况下轻松地完成室内环境的吸尘等清洁工作。因此,该吸尘机器人如能大批量生产使成本降低,以低价格进入市场,将会具有巨大的市场前景,有关资料也预测吸尘机器人是未来几年需求量最大的是服务机器人。
1.3 全自动吸尘器的发展前景
目前,价格过高是严重影响吸尘机器人打入家电市场的主要因素,为了大幅度降低其成本,必须开发智能传感器、专用运动控制的数字处理芯片;其次,应该看到蓝牙技术在家电行业的应用前景,通过采用蓝牙技术将过高的数字处理成本转移到用户的个人电脑上,则有望在短期内将吸尘机器人的成本降低在千元左右。
未来的吸尘机器人将向自主式和人工智能化发展,因此必须结合现有的基于自适应控制、预测控制、模糊逻辑、神经网络等移动机器人运动规划和控制技术,研究对环境障碍物具有安全可靠的防碰撞功能的智能运动规划与控制器及高效的传感器融合算法,是在现实环境中实现具有良好的自适应性和鲁棒性行为的机器人的关键。
目 录
第1章 绪 论 5
1.1 家用吸尘器简介………….………………………………………………………5
1.1.1 家用吸尘器的原理 5
1.1.2 家用吸尘器的分类 5
1.2 全自动吸尘器的研究目的与意义……………………………………………….6
1.3 全自动吸尘器的发展前景…………………………………………………………6
第2章 全自动吸尘器结构的设计 7
2.1 全自动吸尘器外壳结构设计………………………………………………..7
2.2 全自动吸尘器吸尘部位结构设计……………………………………………….8
2.3 全自动吸尘器行走部位结构设计………………………………………………9
2.3.1 全自动吸尘器主要参数计算 9
2.3.2 轴的结构设计 11
2.3.3 轴的强度校核 12
第3章 电源及驱动电路的设计 15
3.1 供电电源的设计…………………………………………………………………..15
3.2 步进电机的原理及驱动电路……………………………………………………..16
3.2.1 步进电机的原理 16
3.2.2 步进电机的特性 17
3.2.3 步进电机的驱动 19
3.3 电动风机的工作原理及驱动…………………………………………………….19
3.3.1 电动风机的工作原理 19
3.3.2 电动风机的特性及驱动电路 20
第4章 全自动吸尘器控制部分设计 23
4.1 单片机的结构和性能……………………………………………………………..23
4.2 电子罗盘的性能…………………………………………………………………24
4.3 超声波传感器的原理及性能……………………………………………………25
4.4 红外线热释电传感器的原理及性能…………………………………………….26
4.5 整个控制系统的组成及工作原理…………………………………………..27
第5章 全自动吸尘器控制系统的软件编制 28
5.1 全自动吸尘器工作过程分析…………………………………………………28
5.2 步进电机的脉冲信号……………………………………………………………28
5.3 发声器的脉冲信号………………………………………………………………29
5.4 系统的总体控制流程…………………………………………………………..30
调研报告 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
翻 译 35
参 考 文 献
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