摘要：扫地机器人是可自动进行室内地面清扫的智能吸尘器，其扫地过程基本无需人工参与，节省用户时间，在消费者家中普及率也越来越高。与传统手持操作的吸尘器不同，扫地机器人需要自主移动到待清洁区域工作及返回充电，过程中需要应对用户家中各种复杂的情况，其中较多的为会阻碍扫地机器人前进的障碍物。扫地机器人的可越障高度影响其可自主运行区域范围和清扫面积。若扫地机器人可越障高度不足，轻则被阻碍无法到达部分待清洁区域，重则会卡在障碍物上无法自主解脱。另外，越障高度是可在消费者面前直观展示的性能，可直接影响用户的评价和购买意愿。越障能力的提升可极大增强扫地机器人产品竞争力。因此，有必要对扫地机器人的越障相关因素进行深入研究，为其越障能力提升提供参考。 关键词：扫地机器人；智能控制系统；
引言
现在家用电器逐渐走向智能化，扫地机器人作为地面清洁类产品的一种，深受广大消费者喜
爱，市场占有率逐渐攀升，现在市场上扫地机器人品牌繁多，质量参差不齐，宣称性能与产品实际使用性能存在差距，大多数品牌主打除尘性能与产品智能化。扫地机器人通过采用人工智能技术，搭配吸尘系统，使其能够自主规划清扫路线，自动完成地面清洁工作，从而解放双手。扫地机器人系统一般由感知、吸尘、移动、控制四个部分组成，其中感知系统一般由多个传感器组成，例如超声波测距传感器、红外线传感器、接触和接近视觉传感器等。一般来讲，智能性越好的扫地机机器人搭配的传感器越多，在规划清扫路线、自动回充、防跌落、防误撞等智能化指标表现越好。
1触发式液压辅助越障机构的结构组成和工作原理
1.1触发模块
金属包覆垫片为保证触发的准确性，方便用户操作，在设计时采用机械结构代替触发传感器。触发模块主要由触发臂、触发轮、扭簧和传动臂组成。触发臂前端贴有橡胶膜，在碰撞时触发轮和橡胶膜可以起到一定的缓冲作用。传动臂上端固定着导电块，触发臂与传动臂之间通过扭簧连接，共同搭载在减速箱外壳上。假设障碍物高度为h，装有拉簧越障机构的扫地机器人的极限越障高度为hmax（1受扫地机器人自身重力的影响，一般为15~20mm），装有触发
设备集电环式液压辅助越障机构的扫地机器人的极限越障高度为hmax2。则触发模块的工作原理为：当h＜hmax1时，扫地机器人依靠拉簧越障机构越障；当hmax2≥h≥hmax1时，触发臂在碰撞瞬间被顶起至障碍物表面，旋转一定角度后通过扭簧将扭矩传递给传动臂，传动臂带动导电块下移，从而使液压电路接通，截止阀电路断开。
在驱动轮前的机身爬越障碍时，底盘逐渐升高，驱动轮摆臂弹簧施加的力使驱动轮依然可以压在地面上提供摩擦驱动力。从此方面来说，弹簧提供的力越大，驱动轮可提供的摩擦驱动力也越大，有利于推动机身前进将其推上障碍。但到驱动轮本身爬越障碍时，驱动轮摆臂需缩回机身使驱动轮抬升，方向与弹簧力相反。此时弹簧力又阻碍了驱动轮越障。为探究弹簧力对整机越障的影响，我们以M7扫地机器人为对象，试验安装不同刚度的弹簧时的整机越障能力。试验弹簧的自由长度均相同，驱动轮摆臂旋转相同角度时，刚度越大的弹簧对摆臂施加的力越大。。可以看到，随着弹簧刚度的增加，扫地机器人的全过高度和不过高度均明显呈现增加的趋势。说明增大驱动轮摆臂弹簧力是有利于整机越障能力提升。但设计驱动轮摆臂弹簧力时需同时考虑机器平地正常行走时的姿态要求。若弹簧施加的力过大，在平地行走时驱动轮即可能被弹出机体，导致机身上翘、姿态不稳。滚珠丝杠副安装
1.3液压模块
当触发臂被障碍物顶起时，液压电路接通，截止阀电路断开，偏心轮开始旋转，柱塞在压缩弹簧和偏心轮的作用下作左右往复运动。当柱塞向右运动时，柱塞孔和柱塞左端构成的密闭工作油腔的容积增大、压强减小，此时排油阀封住出油口，油箱中的液压油在大气压力的作用下通过进油阀流入工作油腔；当柱塞向左运动时，密闭工作油腔的容积减小、压强增大，此时进油阀封住进油口，工作油腔中的液压油通过排油阀流入液压缸。偏心轮持续转动，液压油不断地从油箱流入液压缸，液压杆伸出直至接触地面。此时，若液压杆继续伸出，地面会给机器人一个斜向上的反作用力，即辅助驱动力，帮助机器人顺利突破越障临界点。当驱动轮跨越障碍物后，触发臂在重力作用下返回初始位置，导电块上推，液压电路断开，截止阀电路接通，通过拉伸弹簧的作用液压油迅速从液压缸流回油箱，液压杆收回，扫地机器人继续正常行驶，对地面进行清洁。
1.4驱动轮摆臂方向
扫地机器人驱动轮通过摆臂及弹簧与机身连接。摆臂一端连接驱动轮，另一端通过转轴连接在机身上，使摆臂受到向机身外旋转的力。这种设计可使机体部分爬上障碍导致底盘有
所抬升时，驱动轮不会随之脱离地面，而是通过摆臂伸出机体，与地面维持一定压力，从而继续提供摩擦驱动力。摆臂有向前摆动和向后摆动两种方式，对摆臂方向对越障的影响研究，由于实际难以按照在保持主机重量和重心位置不变的情况下设计两种摆臂结构的机器人实物做试验，这里仅采用动力学仿真计算的方法对比两种不同摆臂结构的扫地机器人越障能力。
2扫地机器人性能测试微型弹簧
2.1扫地机器人“硬地板除尘能力”试验
根据QB/T4833-2015标准，硬地板除尘方法如下。将符合GB/T20291.1-2014标准中7.1.1.1要求的灰尘以50g/m2均匀分布在长1300mm×宽500mm的中央布灰区域。将充满电并按照标准中预处理过后的机器人依次放置在规定的两个点位，按照说明书规定模式启动至运行结束或最长不超过15min，每个位置重复三次。从测试结果来看，12台样机全部符合QB/T4833-2015标准中硬地板除尘能力的限值，其中测试结果在90.0%以上的有3台，测试结果在80.0%到90.0%之间的有7台，测试结果在70.0%到80.0%之间的有2台。
2.2扫地机器人越障仿真
为了验证扫地机器人辅助越障机构的合理性，进行扫地机器人越障仿真。在UG软件中建立扫地机器人三维模型，将辅助越障机构分别置于其左右驱动轮两边，呈对称分布。进入UG运动仿真界面，新建仿真算例，添加约束、重力加速度、摩擦力和驱动等，输入运动参数后求解。当扫地机器人检测到前方有台阶时，立即减速慢行。机器人前端在驱动轮的推动下越过台阶，继续向前行驶一段距离后，触发臂在碰撞瞬间被顶起，液压模块开始运行，。液压杆在油压作用下快速伸出，与地面接触后为驱动轮提供辅助驱动力。机器人左右两驱动轮绕转轴（两驱动轮与台阶接触点的连线）旋转至台阶表面。机器人前端和触发臂在重力作用下返回初始位置。液压电路断开，截止阀电路接通，通过拉伸弹簧的作用液压缸中的液压油流回油箱，液压杆收回并返回初始位置，越障完成，机器人继续正常行驶。
结束语
扫地机器人具有自主清扫、吸尘和拖地等功能，深受消费者青睐，广泛应用于各种生活场所。扫地机器人大多在平滑地面上工作，所以基本采用轮式结构。通常采用马达驱动扫地机器人的车轮旋转，实现其移动和转向，并通过拉簧越障机构使其跨越较低的障碍物。
低噪音风机箱参考文献
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