为提高平地楼道两用攀爬清洁机器人底盘刚度、强度和稳定性,减小结构重量,总结了平地清扫和不同楼梯角度下的攀爬清扫四种典型工况的工作特征。分析了攀爬清洁机器人的组成和工作原理,建立了各典型工况下工作载荷的数学模型。采用拓扑优化的优化设计方法,对机器人底盘结构进行优化设计,得到了底盘的最佳材料分布。基于空间钢架的有限元分析法,获得了底盘钢架的最大弯矩、最大扭矩、剪力和最大变形,并建立了底盘理论力学模型。采用了一种多目标自适应混沌粒子群优化算法(MACPSO),以底盘重量、最大应力和最大变形为目标函数,对底盘的主要参数进行优化设计。优化结果表明攀爬清洁机器人底盘质量减小了54.2%,最大应力降低了17.5%,最大变形减小了28.5%,底盘质心位置前移了9.85%,提高了整机的刚强度和稳定性。

针对基于负压吸附原理的无轨干式清洁机器人的清洁路径规划,设计了一种自适应控制系统,解决了机器人自动寻边、轨迹自动校正、越障、自动换向和平衡控制等问题,实现无轨干式清洁机器人在大风、重尘环境中光伏板上清洁工作的高效、稳定运行。

文中拟采用模块化设计理念,完成一种家用多功能移动加湿机器人的设计。该设计主要偏向于主体结构的设计、优化及创新思想的提出。引入逆向设计的思想,对已知模型进行三维数据的设计。对较成熟的扫地机器人产品、加湿器进行外观结构重新设计及优化,力求优化产品模型。通过模拟试验对不同加湿模式的加湿效果进行对比和分析。试验结果分析表明,在相同面积的区域,选择不同加湿模式都能达到人体健康湿度,而且移动式加湿模式对室内湿度的均衡效果更显著。该模块化家用移动加湿机器人的设计极大地扩展了家用智能电器的使用范围,提高了家用智能电器的使用效率。所提出的基于模块化可重构思想的家用智能电器设计理念,对未来智能家用服务机器人产品的设计具有重要的借鉴意义。

设计了一种无水干式太阳能板清洁机器人,包括吸附装置、驱动装置和清洁装置。吸附装置是利用螺旋桨旋转将负压腔内的空气排出,从而产生真空吸附在倾斜的光伏板上;通过电动机驱动4个麦克纳姆轮使小车能够在光伏板上向不同方向移动;清洁装置由滚刷、底部环式抹布和集尘箱组成,滚刷进行初步清扫并将易清扫的灰尘消除,底部的抹布对太阳能板进行二次清洁。太阳能板清洗机器人能够替代传统的人工清洁,从而实现对太阳能板的全自动清洁功能,且完全不消耗水资源,较大程度上降低了光伏电站运维的成本。

针对当前机器人开展清洁工作时只考虑方向信息而未考虑异常情况,导致位姿末端跟踪结果不精准的问题,研究基于自控测距的液压启闭机油缸清洁机器人位姿跟踪技术。充分考虑到清洁机器人清洁过程中位姿不断变化,使用激光跟踪仪进行跟踪布局。提取机器人动态特征,计算俯仰轴姿态角、机器人前进位移,以此为依据构建清洁机器人位姿跟踪数学模型。使用自控测距法进行位姿跟踪,解决无相应幅值标志物条件下的非系统误差问题。通过对机器人各个角度的补偿,实现了机器人末端位姿误差的最小化。由仿真结果可知:该方法运动轨迹与实际轨迹基本一致,所跟踪的末端位姿坐标与实际坐标位姿一致。

为了实现对玻璃窗户全方位自动、高效地清洁,设计了一种新型玻窗清洁机器人。介绍了机器人的总体设计思路,重点阐述了机器人的结构设计、驱动模块以及控制算法。测试表明,该玻窗清洁机器人操作简单、控制灵活、实用性强,且具有较高的可靠性和准确性,可实现竖直方向全方位自由移动,清洁效果良好。

基于中央空调矩形截面通风管道清洁需求,提出了一款自适应管道高度和宽度的清洁机器人设计方案。通过对机器人过管道直角弯和圆角弯时的情况进行分析,确定了机器人长、宽的数据;设计了节省空间的轮式行走结构、具有适应调节能力的清洁机构、高效的灰尘收集机构,3个机构同时进行作业,确保了管道的清理效果。

提出了一种智能清洁机器人的环保型供电同时结合多种避障传感器复合工作的设计方案,有效利用了太阳能资源,并且通过传感器组的配合,保证清洁机器人工作的环保与高效。

针对高层建筑玻璃幕墙清洗的问题,设计了一种六足攀爬清洁机器人,采用真空吸附原理,并阐述了机器人的机械本体结构组成和各部分功能,分析了直线行走、平面转弯、清洗动作和跨越障碍4种运动模式,以期对玻璃幕墙清洁提供一种有效可靠安全的清洗方式.