家用室外智能擦玻璃机器人的设计

作     者：贾自杰 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：穆瑞林;武建国

授予年度：2022年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：智能 窗框跨越 污渍识别 控制系统 擦洗性能 

摘      要：近年来,随着国内经济的发展以及人民生活水平的不断提高,人们对生活环境提出了更高的要求。在建筑业,由于玻璃的采光性、防潮性能好,因此,现代化建筑越来越多地采用玻璃窗的结构。但是至今,有95%家用窗户的玻璃外壁采用的是人工清洗,这不仅会增大投入,降低效率,而且极其危险。因此人们迫切希望能有一种高效的清洗机器人来代替人工作业。尽管前人已经做出过大量的研究,但是影响擦玻璃机器人清洁效率的两个因素一直没有得到较好的解决,一是如何主动地跨越窗框,另一个是处理未擦洗干净的污渍。为解决这两个问题,本文首先设计了双吸盘和双推杆机构的“双足式机械结构,依靠其中一侧的吸附和支撑,双足分步地跨过窗框。针对难以处理残余污渍的问题,本文将机器视觉技术运用于擦玻璃机器人,并设计了污渍识别与定位系统,能够对整体擦洗之后玻璃上仍然残余的污渍进行识别,然后根据系统的标定设置,机器人对残余的污渍进行局部擦洗,这无疑提高了机器人的工作效率,也体现了本擦玻璃机器人智能化的特性。擦玻璃机器人的智能化运行离不开控制系统的协调。本设计以STM32单片机作为控制芯片。并广泛运用气压传感器、编码器、陀螺仪、微动开关等传感器,能实时监测、反馈擦玻璃机器人的工作状态,保证了擦玻璃机器人的平稳运行。根据上述的结构设计、污渍识别与定位以及控制系统,本文制作了实验样机并对机器人的标定精度、移动轨迹、窗框跨越性能、污渍的擦除性能、污渍的识别能力等进行了验证;实验结果表明,该机器人除了能够在单一区域良好运行,还能跨越高度为6cm以下的窗框,其对面积为4平方毫米污渍的识别精度达到96%,完成了本课题的设计要求。