高空玻璃擦洗機(jī)器人.docx

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1、2015年重慶地區(qū)第八屆“合泰杯”大學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競(jìng)賽作品創(chuàng)意書(shū)新型內(nèi)置高空清洗機(jī)器人西南大學(xué)電子信息工程公元2014年12月15日作品創(chuàng)意書(shū)一、摘要隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快以及土地資源的日益稀缺，各類(lèi)城市高樓如寫(xiě)字樓和住宅樓等也如雨后春筍般不斷挺拔而出。于是隨之出現(xiàn)了一系列如同外窗擦洗的問(wèn)題，而解決這一問(wèn)題，有人工和高空清潔機(jī)器人兩種方法，他們都具有一定的缺點(diǎn)和局限。就目前國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看，這種機(jī)器人主要是以清潔玻璃幕墻為主要功能的商用機(jī)器人。目前市面上存在的這種玻璃清潔機(jī)器人存在生產(chǎn)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、容

2、易產(chǎn)生高空墜落等安全隱患的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)裝置本身放置于室內(nèi)的、僅通過(guò)清洗臂伸至窗外進(jìn)行清洗的智能化、自動(dòng)化的外窗清洗機(jī)器人，具有制造相對(duì)容易、性?xún)r(jià)比高、放置于室內(nèi)方便安全的優(yōu)點(diǎn)，恰好克服了以上所述的缺點(diǎn)，能夠很好地深入家庭，學(xué)校等大眾的生活場(chǎng)所。二、作品介紹在我們的日常生活中，樓房外窗的擦洗一直是一個(gè)令人頭疼的問(wèn)題。中小學(xué)生在進(jìn)行大掃除時(shí)，不得不站在桌子甚至窗子上進(jìn)行外窗玻璃的擦洗，這使得他們冒著很大的危險(xiǎn)；在家庭生活中，也沒(méi)有一種能夠清洗外窗玻璃的得力的工具，請(qǐng)專(zhuān)業(yè)人士來(lái)擦洗又會(huì)帶來(lái)很大的花費(fèi)，導(dǎo)致大部分住

3、在比較高的樓層的家庭對(duì)外窗玻璃的清洗無(wú)能為力，只能靠著老天來(lái)“清洗”，久而久之，外窗的玻璃留下了很多污漬，很不美觀。高空清潔機(jī)器人是一種實(shí)現(xiàn)高空清洗作業(yè)的裝置。就目前國(guó)內(nèi)外的研究情況來(lái)看，這種機(jī)器人主要分為三類(lèi)。第一類(lèi)是高空壁面軌道式，通常在建樓時(shí)就將高空壁面軌道安裝到外墻高空壁面上，當(dāng)進(jìn)行外高空壁面清洗作業(yè)時(shí)，通過(guò)固定在樓頂?shù)膽冶鄣踯?chē)裝置拖動(dòng)使清洗機(jī)器人沿著高空壁面導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)來(lái)完成清洗工作，然而安裝在外墻高空壁面的軌道卻限制了高樓的結(jié)構(gòu)并大大地影響了整體建筑的外觀，同時(shí)也限制了清洗機(jī)器人的應(yīng)用范圍；第二類(lèi)是真

4、空吸附高空清潔機(jī)器人，依靠真空吸盤(pán)將機(jī)器人吸附到外墻高空壁面上，通過(guò)自身的移動(dòng)機(jī)構(gòu)在高空壁面上運(yùn)動(dòng)來(lái)完成清洗工作，這種機(jī)器人又可分為單吸盤(pán)和多吸盤(pán)兩種吸附移動(dòng)方式然而由于采用真空泵抽真空的方法，使得對(duì)真空吸盤(pán)的密封性要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，而且工作的可靠性和對(duì)高空壁面的適應(yīng)性也較差，存在掉落的危險(xiǎn)，對(duì)弧形玻璃的適應(yīng)性不好。第三類(lèi)是磁吸附高空清潔機(jī)器人，這種清洗機(jī)器人是依靠磁吸附材料吸附到高空壁面上，通常具有較強(qiáng)的吸附力，通過(guò)磁性履帶、輪子、吸盤(pán)或足式結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在高空壁面上的吸附移動(dòng)，并完成清洗作業(yè)，但這種

5、機(jī)器人只能在特定材料的高空壁面上工作，因而應(yīng)用范圍受到了極大的限制。以上提到的這三種高空清洗機(jī)器，或多或少存在缺點(diǎn)，導(dǎo)致其推廣能力受到限制。另外，這三種機(jī)器人主要是針對(duì)商業(yè)用途，一方面造價(jià)比較高，也注定價(jià)格比較貴；另一方面用起來(lái)麻煩，適合在大范圍內(nèi)一起用，對(duì)家用或者學(xué)校來(lái)說(shuō)顯得不是特別的合適。于是，吸取已有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避它們的缺點(diǎn)，加上自己的創(chuàng)意，我們制作了這款家用的外窗玻璃清洗機(jī)器。首先，該外窗清洗機(jī)器人突破性地采用了室內(nèi)放置的方式（之前的都是放置在窗戶外面），通過(guò)伸出一只“清潔臂”進(jìn)行外窗玻璃的擦洗。它主要

6、的功能就是外窗玻璃的清洗、擦拭。機(jī)器人的功能模塊主要有單片機(jī)主控模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、壓力傳感器模塊、紅外傳感器模塊、數(shù)碼管顯示模塊。本設(shè)計(jì)采用ht66fu50為主控單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)其定時(shí)及自動(dòng)控制功能；通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)清潔臂和玻璃之間的壓力，以實(shí)現(xiàn)清潔臂與玻璃之間足夠接觸才能保證擦拭效果，同時(shí)可以控制力度避免清潔臂緊貼玻璃造成玻璃的損壞或者使得擦拭更困難；步進(jìn)電機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)清潔臂的上下?lián)u動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擦洗的功能；紅外傳感模塊用來(lái)接收遙控器發(fā)出的紅外線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；數(shù)碼管主要用來(lái)顯示設(shè)定的時(shí)間。本作品是我們小組成員通

7、過(guò)觀察生活以及相互的討論得出的，未有過(guò)已成品，也沒(méi)有申請(qǐng)過(guò)專(zhuān)利。目前我們只是對(duì)本作品做出了一些構(gòu)想，還需要在各方面深度討論和構(gòu)思進(jìn)行產(chǎn)品的完成和完善。一、工作原理本外窗玻璃清洗機(jī)器人采用盛群半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的ht66fu50作為主控單片機(jī)。ht66fu50是一款A(yù)/D型具有8位高性能精簡(jiǎn)指令集的Flash單片機(jī),包含一個(gè)多通道12位A/D轉(zhuǎn)換器和雙比較器功能,帶有多個(gè)使用靈活的定時(shí)器模塊，可提供定時(shí)功能、脈沖產(chǎn)生功能及PWM產(chǎn)生功能,能夠滿足我們的需求。系統(tǒng)可分為幾個(gè)模塊，如圖1所示:圖1在紅外線傳感器模塊，我們?cè)?/p>

8、遙控器上安裝了一個(gè)紅外線發(fā)射模塊，在機(jī)器上安裝了一個(gè)紅外線接收模塊。當(dāng)接收模塊接收到紅外線信號(hào)時(shí)，單片機(jī)做出相應(yīng)的反應(yīng)，完成相應(yīng)的功能。例如，當(dāng)按下遙控器的電源按鈕時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，啟動(dòng)機(jī)器的電源；當(dāng)設(shè)定好定時(shí)時(shí)間并按下定時(shí)的按鈕時(shí)單片機(jī)會(huì)啟動(dòng)定時(shí)器，開(kāi)始計(jì)時(shí)，并將計(jì)時(shí)顯示在數(shù)碼管上；在步進(jìn)電機(jī)模塊，通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使機(jī)械臂伸縮和上下移動(dòng)，用機(jī)械