自動掃地機(jī)器人

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1、J:溫革章大學(xué) 工程導(dǎo)論 題 目：自動掃地機(jī)器人 組 長：史亞龍 組 員：董祥軍，郝成祥，孔 超，李曉強(qiáng), 李喆人，任杰，王軒，魏劍, 費(fèi)沈揚(yáng)，王健 級：12FH 業(yè)：機(jī)械工程及自動化 院：機(jī)電工程學(xué)院 入學(xué)時(shí)間：2012級 指導(dǎo)教師： 日 期：2013年1月14日 目錄 1緒論 1 1調(diào)查研究 1 2概念構(gòu)思 2 3功能與原理設(shè)計(jì) 3 4 成本核算 4 5營銷手段 5 6致謝 6 7附錄 7 1緒論 自動清掃機(jī)器人是當(dāng)今服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)熱門的研究方向。從理論和技術(shù)上講，自動 清掃機(jī)器人比較具體地體現(xiàn)了移動機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表

2、性，從市場前景 角度講，自動清掃機(jī)器人將大大降低勞動強(qiáng)度、提高勞動效率，適用于賓館、酒店、圖書館、 辦公場所和大眾家庭。因此開發(fā)自動清掃機(jī)器人既具有科研上的挑戰(zhàn)性又具有廣闊的市場前 景。 1調(diào)查研究 在日本，東日本鐵路公司、shinko電器公司和Howa工業(yè)有限公司聯(lián)合研制了車站地面 清掃機(jī)器人，機(jī)器人可沿墻壁從任何一個(gè)位置自動啟動，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入 白帶容器中，日本靜甲株式會社的清水工廠開發(fā)出一種自動清掃機(jī)器人，可用于各種工廠的 清掃工作。機(jī)器人采用光纖陀螺控制方向，采用編碼器和超聲波傳感器測距，采用光學(xué)探 測器探測障礙物 機(jī)器人的四周裝有橡膠墊，橡膠墊內(nèi)部裝有觸覺傳感器，

3、一旦機(jī)器人與 人接觸，觸覺傳感器信號會使機(jī)器人停下來1以保證人的安全Br-3］這些應(yīng)用還都是用于 工業(yè)或者公共的場合，真正具有里程碑意義的是2002年9月清潔機(jī)器人“Roomba”美國面 市，這是一款面向家庭的機(jī)器人。重約2kg直徑為762mm，具有高度自主能力，可以游 走于房間各家具縫隙間，靈巧地完成清掃工作，據(jù)說這是將用于軍事的“躲避地雷的移動 技術(shù)，’應(yīng)用到了吸塵器上。“Roomba”的動作有點(diǎn)遲緩，但卻能穩(wěn)定安全地完成任務(wù)由 于能夠在完成任務(wù)后自動切斷電源，所以可以在外出期間讓“Roomba”在家進(jìn)行清掃 英 國法國和澳大利亞也都推出過清潔機(jī)器人產(chǎn)品 在國內(nèi)，對清潔機(jī)器人相關(guān)技術(shù)如機(jī)

4、器感知、機(jī)器人導(dǎo)航和定位與路徑規(guī)劃機(jī)器 人控制、電源與電源管理、動力驅(qū)動等技術(shù)的研究，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、上 海交通大學(xué)等高校，也對清潔機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果，這些都為清潔 機(jī)器人的研究開發(fā)和推廣奠定了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。 2概念構(gòu)思 總體方案是設(shè)計(jì)一個(gè)自主控機(jī)器人，在一個(gè)模擬的平面結(jié)構(gòu)內(nèi)運(yùn)動，移動機(jī)器人本體， 完成自主移動、避障功能。盡快遍歷每一個(gè)角落，完成任務(wù)，這個(gè)工作受多個(gè)因素的影響。 其中在現(xiàn)實(shí)生活中清潔機(jī)器人清理的過程中，利用了機(jī)器人自身的傳感系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng) 和自主蔽障系統(tǒng)等。整個(gè)系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性能高。 采用的技術(shù)主要有： 1路徑規(guī)劃技術(shù)

5、：路徑規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人所感知到的工作環(huán)境信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，在 起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙無碰撞的路徑，并且實(shí)現(xiàn)所需清掃區(qū)域的合理完全路 徑覆蓋，其實(shí)質(zhì)就是移動機(jī)器人運(yùn)動過程中的導(dǎo)航和避碰。 2多傳感器融合技術(shù)：為了讓吸塵機(jī)器人正常工作，必須對機(jī)器人位置、姿態(tài)、速度和系統(tǒng) 內(nèi)部狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，還要感知機(jī)器人所處工作環(huán)境的靜態(tài)和動態(tài)信息，使得吸塵機(jī)器人相應(yīng) 的工作順序和操作內(nèi)容能自然地適應(yīng)工作環(huán)境的變化。吸塵機(jī)器人采用了4個(gè)傳感器，有效 地把傳感器觀測信息進(jìn)行融合處理，從而使機(jī)器人獲得最大量的外部環(huán)境信息，運(yùn)用傳感器 融合技術(shù)對提高移動機(jī)器人定位、障礙物識別、環(huán)境建模、避障的精度等

6、具有重要作用。 3電源技術(shù)：移動電源需同時(shí)為移動機(jī)構(gòu)提供動力,為控制電路提供穩(wěn)定的電壓，為吸塵操作 模塊及傳感觀測模塊提供能源等。電源在放電過程中具備:①保持恒定的電壓②內(nèi)阻小以便 快速放電③可充電;④成本低等特點(diǎn)。 依托以上關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)以下產(chǎn)品功能： 1. 定時(shí)清掃2.當(dāng)機(jī)器被卡住會自動擺脫3.支持遙控。4.虛擬墻感應(yīng)5.邊角清掃程序。 6.不重復(fù)清潔、不留死角和樓梯防摔自保功能。 3功能與原理設(shè)計(jì) 家用智能清掃機(jī)，包括控制器、傳感器、電機(jī)與動力傳動機(jī)構(gòu)、電源、吸塵器、電源開 關(guān)等，在清掃機(jī)的頂部設(shè)有超聲波距離傳感器；清掃機(jī)底部前方邊沿安裝有接近開關(guān)，接近 開關(guān)與超聲波距離傳

7、感器一起，構(gòu)成清掃機(jī)測距系統(tǒng)；清掃機(jī)裝有直流電機(jī)；在清掃機(jī)的底 部安裝有吸塵器機(jī)構(gòu)。自動清掃機(jī)器人的功能是自動完成房間空曠地面尤其是家居空曠地面 的清掃除塵任務(wù)，打掃前，要把房間里的物體緊靠四周墻壁，騰出空曠地面。清掃機(jī)完成的 主要功能：能自動走遍所以可進(jìn)入的房間，可以自動清掃吸塵，可在遙控和手控狀態(tài)下清掃 吸塵。 本論文所研究的自動清掃機(jī)器人的總體布局方案如圖所示，后兩輪為驅(qū)動輪，前輪為轉(zhuǎn) 向輪?？紤]到機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用的實(shí)用性，本驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)獨(dú)立的可方便替換的模塊， 當(dāng)機(jī)器人驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只需簡單步驟就可以對驅(qū)動部分進(jìn)行替換。同時(shí)為了機(jī)器人 能夠靈活的運(yùn)動，從動輪選用萬向輪。

8、下圖為該掃地機(jī)器人的演示圖： 萬向輪 婦；室 措塵/ 清掃電機(jī) 驅(qū)動淪 電源 吸塵風(fēng)機(jī) 系統(tǒng)山路 整個(gè)吸塵器原理上可以分為五個(gè)主要部分：傳感器部分、控制器部分、驅(qū)動部分、吸塵 部分和電源部分。各部分的原理及具體功能實(shí)現(xiàn)如下： 1傳感器部分 (1)超聲波測距 超聲波是一種一定頻率范圍的聲波。它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在 不同媒質(zhì)的界面處，會產(chǎn)生反射現(xiàn)象。利用這一特性，就可以根據(jù)測量發(fā)射波與反射波之 間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測量距離的作用。 在掃地機(jī)器人中，避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測距的原理。它的傳感器部分 由兩對(每對包括一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接

9、收探頭)和六個(gè)超聲波傳感頭組成。當(dāng)超聲信號向 外發(fā)射，該信號遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生反射波，這一反射波被接收探頭接收后，根據(jù)前述測距 的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠(yuǎn)近；同時(shí)，根據(jù)信號的幅值大小，也可以初步確定障 礙物的大小。 (2) 探測范圍的確定 由于每一個(gè)超聲波探頭都有一定的指向性，所以在測量時(shí)必然存在盲區(qū)。因此，兩對傳 感器以一定的尺寸分布在吸塵器的前端，從而使傳感器測量的范圍包含整個(gè)吸塵器所必須經(jīng) 過的空間。 2控制器部分 自動清掃機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件主要是以單片機(jī)AT89C51作為核心，輔助其外圍電路、電 機(jī)驅(qū)動電路、傳感器檢測電路以及紅外遙控電路等，各模塊在單片機(jī)的控制下，相互

10、協(xié)調(diào)工 作，保證自動清掃機(jī)器人各種功能的實(shí)現(xiàn)。下圖為清掃機(jī)的硬件系統(tǒng)： 3驅(qū)動部分 采用直流電機(jī)對機(jī)器人的兩后輪進(jìn)行驅(qū)動。后輪驅(qū)動的好處是：轉(zhuǎn)向性能得到改善。前 輪是轉(zhuǎn)向輪，使得轉(zhuǎn)向時(shí)的行駛方向容易控制，不容易出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向的現(xiàn)象，轉(zhuǎn)向安全性也 得到提高。為了保證小車良好的直線性，可采用雙電機(jī)驅(qū)動左右兩輪的方式，且在車體的前 端裝有一個(gè)不銹鋼萬向滾珠，這樣可以使小車獲取較好的機(jī)動性和靈活性。底盤采用鋁合金 框架，以增大其堅(jiān)固性，減輕重量通過內(nèi)置驅(qū)動器驅(qū)動兩主動輪，前端被動輪用于輔助轉(zhuǎn)向， 其三角設(shè)計(jì)便于保持機(jī)器人運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定。 4吸塵部分 擋塵板左右上角的起塵刷負(fù)責(zé)把灰塵或者紙屑

11、推到后面，由清掃電機(jī)配合吸塵風(fēng)機(jī)把其 掃入最后的集塵室中，實(shí)現(xiàn)廢物的清掃。 在車身的最后還設(shè)計(jì)了一個(gè)抹地機(jī)械手，進(jìn)一步達(dá)到清潔的目的，機(jī)械手下帶有灑水除 塵裝置，機(jī)械手上面的水箱帶有一個(gè)用伺服電機(jī)控制的門，用來控制灑水量。(還在設(shè)想階 段) 4成本核算 通過對各個(gè)部分所需要零件的價(jià)格統(tǒng)計(jì)進(jìn)行計(jì)算得出，該自動掃地機(jī)器人成本在800元 一900元之間，相對于目前市場上的其他掃地機(jī)器人來說，本產(chǎn)品的成本較低，但是其性價(jià) 比還是很高的！ 5營銷手段 通過對我們團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的研究分析，以及和業(yè)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的比較之后，我們找到了 自己產(chǎn)品的優(yōu)勢所在，即： 一：成本低。設(shè)計(jì)原理簡單，零件較少，通

12、過簡單的流水線作業(yè)即可大規(guī)模生產(chǎn)，因此 生產(chǎn)成本相對于進(jìn)口的機(jī)器少之又少。 二：垃圾盒容量大。內(nèi)部結(jié)構(gòu)分配合理，剩下足夠的空間來儲存垃圾，較市場上類似產(chǎn) 品，提高了一定的競爭力。 三：三毛邊刷提高了效率。保證了在清掃過程中能夠集中清理前方及左右兩方的灰塵、 垃圾，清潔效率大大提高。 四：驅(qū)動部分設(shè)置簡潔，但不失其功能。仿造坦克轉(zhuǎn)彎原理，設(shè)計(jì)成可以隨意360°旋 轉(zhuǎn)清掃灰塵的驅(qū)動輪 了解了自身產(chǎn)品所具有的優(yōu)勢之后，我們又對自動掃地機(jī)器人的市場進(jìn)行了分析，比如 了解到iRobot Roomba (是由美國iRobot公司生產(chǎn)自動掃地機(jī)器人)在國內(nèi)的市場并 不理想，我們團(tuán)隊(duì)分析之后認(rèn)為，其失

13、敗原因有二，一是：其錯誤的營銷策略。二是 其不溫不火的推廣方式再加上其天價(jià)，因此在國內(nèi)的銷量并不出彩。而相對于iRobot Roomba 來說，我們的價(jià)格占據(jù)絕對優(yōu)勢，產(chǎn)品也不失其智能的功能，因此，我們有絕對的信心在產(chǎn) 品推出后取得良好的市場表現(xiàn)。 鑒于產(chǎn)品的以上特點(diǎn)，我們制定了相應(yīng)的營銷策略。 營銷簡單的講就是：通過某種方式讓更多的人了解產(chǎn)品然后產(chǎn)生購買欲望。鑒于產(chǎn)品的 以上特點(diǎn)，我們制定了相應(yīng)的營銷策略。 第一步：用盡一切可能方式讓人們了解我們的產(chǎn)品。如： 1、 通過銷售地本地的媒體，進(jìn)行媒體宣傳，這包括電視媒體、平面媒體、及網(wǎng)絡(luò)媒體 等。 (1) 電視媒體。廣告拍攝成功后投放到

14、當(dāng)?shù)仉娨暸_上邊，進(jìn)行宣傳。 (2) 平面媒體。主要是當(dāng)?shù)貓?bào)刊，這種形式的宣傳相對于產(chǎn)品的對象，家庭用戶來說， 也不失為一種不錯的宣傳方式，因?yàn)楹芏嘀心耆硕加虚唸?bào)的習(xí)慣。 (3) 網(wǎng)絡(luò)媒體。鑒于產(chǎn)品的營銷市場開始時(shí)主要為特定地區(qū)，因此不必選擇如百度推廣、 谷歌推廣等大媒體。銷售地的貼吧招聘貼、銷售地官方信息網(wǎng)、作為最佳選擇。 (4) 廣告牌。選擇在銷售地設(shè)立路邊廣告牌、高立柱廣告牌、箱、霓虹燈廣告牌、LED 看板等進(jìn)行宣傳。 2、 銷售地進(jìn)行刷單投放、現(xiàn)場促銷。 (1) 前期的刷單投放，即宣傳單。這種面對面的宣傳方式，既減少了宣傳成本，又 保證了產(chǎn)品的宣傳力度。 (2) 現(xiàn)場促銷。我

15、們將采用限時(shí)折扣、贈品促銷、免費(fèi)試用等促銷方式。以此來達(dá) 到擴(kuò)大銷售額、推動銷售以及增強(qiáng)品牌的潛意識滲透的目的。 第二步:訂單執(zhí)行。在吸引了客戶之后，接下來要做的就是訂單執(zhí)行，也就是銷售了， 這個(gè)銷售在企業(yè)發(fā)展的初級階段，始終是我們的工廠和公司來做，我們不尋找代理商，原因 是我們不了解產(chǎn)品是否會獲得市場的認(rèn)可，這樣做可以降低我們的公司的風(fēng)險(xiǎn)。因此，這樣 的訂單執(zhí)行就是簡單的顧客與我們公司之間的直接交易。 第三步：建立各地代理商。這樣做建立在市場對我們產(chǎn)品表現(xiàn)良好，也就是銷售還可以。 第四步：代理商和公司之間進(jìn)行訂單交易，公司不在進(jìn)行和客戶之間的直接交易。 第五步：保留客戶，培養(yǎng)忠誠。

16、 在這個(gè)過程中，我們做了以下幾點(diǎn) 一、 機(jī)會的辨識。即我們把握了機(jī)會，發(fā)現(xiàn)了自動掃地機(jī)器人的市場還未飽和，因 此我們團(tuán)隊(duì)才著手去設(shè)計(jì)了這款產(chǎn)品。 二、 新產(chǎn)品的開發(fā)。嚴(yán)格按照我們對產(chǎn)品的構(gòu)思，設(shè)計(jì)進(jìn)行了開發(fā)。 三、 對客戶的吸引。這是營銷過程中尤為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此我們也投入了大 量的精力去做。 四、 建立代理商。這在企業(yè)的初級階段僅僅是一個(gè)構(gòu)想，一旦市場不認(rèn)可我們的 產(chǎn)品，這個(gè)階段也是沒必要去做的。 五、 保留客戶，培養(yǎng)忠誠。這里的客戶不僅僅是指終端客戶，即消費(fèi)者。也包括 我們的代理商，處理好企業(yè)和代理商之間的關(guān)系，也是我們企業(yè)以后能夠長期穩(wěn)定發(fā) 展的基礎(chǔ)。 我們也將按照這個(gè)過

17、程去進(jìn)行產(chǎn)品的銷售，當(dāng)然其中也可能會存在一些突發(fā)的事 件，這就需要我們?nèi)ジ?、協(xié)調(diào)我們的營銷策略。以便更好的達(dá)到預(yù)定效果。 6致謝 感 謝 百 度 文 庫 提 供 的 部 分 資 料 ( 以及參與問卷調(diào)查的所有同學(xué)和全體組員的辛勤勞動與親密配合！ 7附錄 “智能性”家用掃地機(jī)器人 調(diào)查問卷 1.你家中是否使用過同類型產(chǎn)品？ A.是 B.不是 2. 你是否愿意使用此產(chǎn)品？ A.愿意 B.不愿意 3. 你喜歡的此產(chǎn)品的外形？ A.圓形 B.水滴型 C.其他 4. 你所認(rèn)同的制造材料 A.鋁合金+橡膠B.工程塑料 C.其他 5. 你所認(rèn)同的充電方式 A.直充 B.干電

18、池 C.太陽能充電 D.其他 6. 可接受的承受范圍 A.100 以下 B.300—500 C.600—1000 D.1000以上 7. 顏色 A.紅 B.橙 C.黃D.綠E.青F.藍(lán)G.紫 H.白T.黑色 8. 信息反饋 A.顯示屏 B.指示燈 C.聲音 9. 家中的地板 A.木板 B.大理石 C.水泥 10. 你覺得本產(chǎn)品的適用人群 A.學(xué)生 B.80后 C.90后 D.老人 11. 你需要此產(chǎn)品來清理的主要的垃圾品種 A.紙屑 B.灰塵 C.毛發(fā) D.其他 12. 持續(xù)時(shí)間 A.1小時(shí) B.2到3小時(shí) C.3到5小時(shí) D.5小時(shí)以上 13. 你認(rèn)為本產(chǎn)品的優(yōu)勢 A.省事 B.美觀 C.高科技 D.實(shí)用 14. 外形風(fēng)格 A.卡通 B.名車 C.簡潔大方 D.動物 15. 你對此產(chǎn)品的特殊要求（可多選） A.自動報(bào)警（低電量）B.自動提示（自己所在方位）C.語音識別 D.自行爬樓梯￡.自動儲存垃圾并清空F.虛擬分區(qū) G.重量控制H.易攜帶I.其他 感謝您完成這份調(diào)查問卷，你的舉手之勞給予了我們很大的幫助 問卷結(jié)果