摘 要

随着社会经济的发展，中央空调被广泛应用到公共场所中，为人们创造了舒适的生活与工作环境。但中央空调通风管道因为长时间的使用会积聚灰尘，而且管道内的环境也会滋生各种微生物，这些都是无法避免的，管道如果不能得到及时的清理，其中的灰尘和微生物就会随着气流进入室内，被人们所吸收，进而对人们的身体健康造成影响。同时，灰尘还会影响制冷效果，提高空调功耗，造成能源的浪费。因此，从身体健康和节约能源的角度出发，对空调管道清洁机器人的研究是很有必要的，这具有很高的实用价值与广阔的市场前景。

本文首先介绍了国内外在空调管道清洁机器人方面的研究现状，并分析了各种机器人的优点和不足，然后在此基础上，提出了一种新型管道清洁机器人的设计。该管道清洁机器人包括轮式移动机构、清扫机构和吸尘机构，同时安装有多种传感器，使机器人能够自主清洁管道内壁。机器人还配备了摄像装置，以便操作人员随时查看管道内部环境。

本文确定了机器人各部件的结构尺寸和位置关系，并给出了马达、舵机、轮子等其它部件的相关参数，对重要部件进行了受力分析和强度校核。对机器人的控制系统也进行了模块设计，从而使机器人能够在传感器的协助下自主工作。

最后，本文对主要的设计进行了总结，并对所涉及的清洁机器人提出了展望。

关键词：中央空调管道清洁机器人；结构设计；受力分析；Arduino

Abstract

With the socio-economic development, central air conditioning is widely used in public places, it is for people to create a comfortable living and working environment. Due to long-term use, the pipeline will accumulate dust, and the pipeline environment will also breed microorganisms, these are unavoidable. If the pipeline can not be cleaned in time, the dust and microbes in the pipeline will be absorbed into the room with the air flow, which is absorbed by people and has an impact on people's health. At the same time, dust will also affect the cooling effect, improve air conditioning power consumption, resulting in energy waste. Therefore, from the health and energy point of view, the air conditioning pipe cleaning robot research is necessary, which has a high commercial value and practical value.

This paper first introduces the domestic and foreign research status of air conditioning pipe cleaning robot, and analyzes the advantages and disadvantages of various robots, and then on this basis, put forward a new design of pipeline cleaning robot. The pipe cleaning robot includes wheeled moving mechanism, cleaning mechanism and vacuuming mechanism, and it is also equipped with a variety of sensors, so that the robot can independently determine the surrounding environment. The robot is also equipped with an imaging device so that the operator can view the internal environment of the pipe at any time.

In this paper, the structural size and position of the components of the robot are determined, and the relevant parameters of the motor, steering gear, wheel and other components are given, and the important components are analyzed and the strength check is made. The control system of the robot has also been designed so that the robot can work autonomously with the help of the sensor.

Finally, this paper summarizes the main design contents and provides suggestions for the improvement of the robot.

Keywords：Central air-conditioning duct cleaning robot；Structural design,；force analysis；Arduino

目录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2管道清洁机器人的研究现状 1

第2章 空调管道清洁机器人的总体设计 2

2.1总体设计方案 2

2.2机器人各项性能指标 2

2.3机器人工作原理以及功能实现 2

第3章 清洁机器人结构设计 4

3.1机器人主体尺寸确定 4

3.2机器人移动机构设计 5

3.3机器人底盘与上盖的设计 6

3.3.1机器人箱体尺寸设计 6

3.3.2底盘设计 6

3.3.3上盖设计 7

3.4机器人丝杠驱动装置设计 7

3.4.1 驱动方式选择 7

3.4.2 设计 8

3.5.1吸尘臂的主体设计 11

3.5.2 两臂的转向机构设计 12

3.6机器人吸尘盘及其转向机构的设计 12

3.6.1吸尘盘的设计 12

3.6.2吸尘盘转向机构设计 13

3.7机器人吸尘机构的设计 13

3.8机器人传感器的选择 15

3.8.1测距传感器 15

3.8.2 温度传感器 16

3.8.3 变介质型电容传感器 16

3.9机器人的照明装置和摄像装置 16

3.9.1照明装置 16

3.9.2 摄像装置 17

第4章 机器人的控制系统设计 18

4.1机器人的工作过程及控制目标 18

4.1.1主程序 18

4.1.2子程序设计 20

4.2机器人的控制方式选择 25

4.3机器人的程序实现 26

4.3.1 Arduino单片机 26

4.3.2电机正反转控制 26

4.3.3舵机控制 27

第5章 机器人的工作过程仿真及分析 29

5.1机器人的运动仿真 29

5.2机器人的受力分析 31

第6章 总结与展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1课题研究背景

伴随着经济的迅速发展，人们的生活水平日益改善，对中央空调的应用也越来越多。与此同时，中央空调通风系统的污染率占据室内空气污染的40%-53%，国内75%以上的中央空调通风系统属中等以上污染。据有关数据统计显示，大部分人每天平均85%以上的时间是在室内度过的，尤其在夏季，室内学习和工作的时间甚至达到90%以上。然而往往室内的空气污染情况比室外更糟糕，其根源就是没有对空调的通风管道进行定期清理造成的。中央空调在使用一段时间之后，通风管道内积聚灰尘不但会严重污染室内环境，而且会增加通风管道内的系统阻力，使空调系统的风量下降，此外，通风管道内的温度和适度非常适宜细菌和微生物的生长繁殖，它们很容易在空调使用过程中被带到室内，进而对空调使用者的身体健康造成严重威胁，因此，定期清理空调通风管道就显得十分重要。