课程设计说明书课程名称：综合课程设计题目：扫地机器人设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：设计成绩：学号：答辩成绩：学生姓名：总成绩：起讫日期： 2020年6月1日至 2020年6月25日指导教师：系分管主任：审核日期：说明1、课程设计任务书由指导教师填写，并经学院审定后下达给学生。
2、进度表是课程设计工作检查的主要依据。
3、学生根据指导教师下达的任务书，独立完成课程设计。
4、本任务书在课程设计完成后，与打印部分（说明书、机械设计图纸、三维模型、电路原理图和程序清单等）以及电子文档部分（所有设计的说明书、机械设计图纸、三维模型、电路原理图和程序清单等）资料一并上交指导教师，作为课程设计的主要档案资料。
一、课程设计的要求和内容（包括原始数据、技术要求、工作要求）1、工作要求减速、驱动、传动系统是机器人运动控制的重要组成部分，不仅仅在机器人运动中起到主要作用，在其他机械设备的运动控制中也起到主要作用。
《机器人机械设计》课程设计实践教学环节要求同学们针对实际需求，灵活应用所学知识，独立进行系统综合设计，以达到巩固机器人减速、驱动、传动系统的基础知识、掌握机器人减速、驱动、传动系统设计、计算过程，并根据样机拆解，提高动手实践能力的目的。
2、技术要求每五位学生一组，每组应独立完整地设计一套总体装配图、减速、驱动、传动轮组系统；微机控制系统接口电路及软件设计。
设计参考数据如下：机器人自重4kg，要求负载1-5kg，每1kg为一个负载阶梯每组对应不同负载机器人最大运动速度：分别为30，40，50cm/s提供轮组样机模型及减速传动模型可供参考设计要求如下：（1）完成扫地机器人整体装配设计。
（2）完成直流电机选型、数字码盘设计、各种设计参数计算。
（3）完成整个机器人减速、驱动、传动轮组系统的3D建模、2D图纸设计，参数标注等。
（4）完成微机控制系统接口电路设计；（5）完成微机控制系统软件设计；（6）完成并打印设计说明书。
（7）提交全部设计电子文档。
等效A0图纸1张以上。
三、课程设计实物内容及要求1、三维建模及图纸1套要求使用规范格式打印2D图纸。
2、控制系统设计控制电路与控制程序2、课程设计说明书 1份四、课程设计进度表（含周六、日、共4周28天）每组根据情况进行分工制定五、主要参考资料（5篇及以上）目录一、机械结构设计 (6)1.1 电动机的选择计算 (6)1.2 传动比的分配 (7)1.2.1驱动轮传动比的分配 (7)1.2.2边刷传动比的分配 (7)1.3 传动装置的运动及动力参数的选择和计算 (8)1.3.1驱动轮减速器传动装置的运动和动力参数 (8)1.3.2边刷减速器传动装置的运动和动力参数 (10)1.4传动零件的设计计算 (12)1.4.1驱动轮齿轮校核计算 (12)1.4.2边刷减速器 (22)1.5 驱动轮轴的设计计算 (28)1.6 扫地机器人整体设计 (29)二、硬件电路设计 (31)2.1 总体电路设计 (31)2.1.1 电机驱动原理 (31)2.1.2 电机驱动程序 (31)2.2电路仿真 (31)2.2.1 3.3V电池电路 (31)2.2.2 MCU复位电路 (31)2.2.3 WiFi供电电路 (32)2.2.4 充电电路 (32)2.2.5 电池电压检测电路 (33)2.2.6 电源适配器电压检测电路 (33)2.2.7 蜂鸣器电路 (34)2.2.8 机器运行状态指示电路 (35)2.2.9 充电桩识别电路 (36)2.2.10 吸尘风扇电路 (37)2.2.11 左右防碰撞检测电路 (38)2.2.12 左右轮电压检测电路 (39)2.2.13 左右码盘输出电路 (40)三、设计总结 (54)参考文献 (55)附件1 (56)图1 驱动轮减速器结构图2 边刷减速器结构图4图5二、硬件电路设计2.1 总体电路设计2.1.1 电机驱动原理见电路图。
2.1.2 电机驱动程序见附件12.2电路仿真因为软件问题，只能进行部分仿真，其Proteus仿真如下。
2.2.13.3V电池电路此电路是用来为MCU时钟提供电源的，其Proteus仿真如下：图6其中VBAT为电源输出。
2.2.2 MCU复位电路此电路是为了在接通电源的瞬间，RESET给出低电压，实现MCU复位。
其Proteus仿真如下：图7当电源接通后先是低电压，然后逐渐升高到稳定电压3.3V。
2.2.3 WiFi供电电路由RV1控制VCC_WiFi的供电，其Proteus仿真如下：图82.2.4 充电电路当电池充满时，MCU的信号Charge_EN会变为低电压，电池充电结束。
图92.2.5 电池电压检测电路BAT_Volt会感应到电池电压的变化，送给MCU，当电池电压过低的时候，MCU 会有指示低电压。
其Proteus仿真如下。
图102.2.6 电源适配器电压检测电路本机的电源适配器是24V/1A，当适配器接入本机的时候，DC_Volt输出合适的电源电压给MCU。
图112.2.7 蜂鸣器电路此电路为蜂鸣器电路，当MCU的BEEP发出声音信号的时候，蜂鸣器就会发出相应的声音。
因为模拟问题，此处用灯泡代替。
当RV1控制输入电压变化的时候，灯泡的亮度也会发生相应改变。
图12图13 2.2.8 机器运行状态指示电路一共有3个LED，用来指示机器的工作状态。
图142.2.9 充电桩识别电路当机子没有充电的时候，BDC_DET是高电压。
图15当机子回到充电桩充电的时候，BDC_DET会给出低电压到MCU，这个时候MCU就知道机子已经在充电桩上了。
图162.2.10 吸尘风扇电路当MCU的FAN_EN给出高电压，两个三极管都会导通，从而让电源电压加到吸尘风扇上，风扇进入工作。
此时为低电压，风扇不工作。
高电压的时候风扇进入工作。
图182.2.11 左右防碰撞检测电路红框部分是传感器电路，采用的是光传感器，当碰撞发生的时候，机器前面的帘子会遮住入光口。
这里简单用电压值模拟一下。
无碰撞发生时左边电压表是高电压状态。
当发生碰撞的时候，左边电压表会给出低电压。
图202.2.12 左右轮电压检测电路当轮子正常工作的时候，W_Current给出稳定电压。
图21当轮子被卡死时，W_Current给出的数值会变大。
图222.2.13 左右码盘输出电路二，硬件电路设计2.1 总体电路设计见电路图。
2.2电路仿真因为软件问题，只能进行部分仿真，其Proteus仿真如下。
2.2.13.3V电池电路此电路是用来为MCU时钟提供电源的，其Proteus仿真如下：其中VBAT为电源输出。
2.2.2 MCU复位电路此电路是为了在接通电源的瞬间，RESET给出低电压，实现MCU复位。
其Proteus仿真如下：当电源接通后先是低电压，然后逐渐升高到稳定电压3.3V。
2.2.3 WiFi供电电路由RV1控制VCC_WiFi的供电，其Proteus仿真如下：2.2.4 充电电路当电池充满时，MCU的信号Charge_EN会变为低电压，电池充电结束。
2.2.5 电池电压检测电路BAT_Volt会感应到电池电压的变化，送给MCU，当电池电压过低的时候，MCU 会有指示低电压。
其Proteus仿真如下。
2.2.6 电源适配器电压检测电路本机的电源适配器是24V/1A，当适配器接入本机的时候，DC_Volt输出合适的电源电压给MCU。
2.2.7 蜂鸣器电路此电路为蜂鸣器电路，当MCU的BEEP发出声音信号的时候，蜂鸣器就会发出相应的声音。
因为模拟问题，此处用灯泡代替。
当RV1控制输入电压变化的时候，灯泡的亮度也会发生相应改变。
2.2.8 机器运行状态指示电路一共有3个LED，用来指示机器的工作状态。
2.2.9 充电桩识别电路当机子没有充电的时候，BDC_DET是高电压。
当机子回到充电桩充电的时候，BDC_DET会给出低电压到MCU，这个时候MCU就知道机子已经在充电桩上了。
2.2.10 吸尘风扇电路当MCU的FAN_EN给出高电压，两个三极管都会导通，从而让电源电压加到吸尘风扇上，风扇进入工作。
此时为低电压，风扇不工作。
高电压的时候风扇进入工作。
2.2.11 左右防碰撞检测电路红框部分是传感器电路，采用的是光传感器，当碰撞发生的时候，机器前面的帘子会遮住入光口。
这里简单用电压值模拟一下。
无碰撞发生时左边电压表是高电压状态。
当发生碰撞的时候，左边电压表会给出低电压。
2.2.12 左右轮电压检测电路当轮子正常工作的时候，W_Current给出稳定电压。
当轮子被卡死时，W_Current给出的数值会变大。
2.2.13 左右码盘输出电路2.2.14 状态指示灯实物仿真仿真芯片使用STM32f103，如下图所示：。