Статья посвящена модернизации робота пылесоса, который ставит перед собой задачу отчистить заданную поверхность за максимально короткое время. Что бы ускорить время уборки мы поменяли передаточное число шестерней редукторов робота и сделали шестерни из композитного материала, а также заменили моторы на более мощные.
Ключевые слова: мощный мотор, прочные шестерни
The article is devoted to the refinement of the model robot vacuum cleaner which aims to clean a given surface in the shortest possible time. That would speed up the cleaning time we changed gear ratio gear reducers of the robot and gear made of composite material and replaced the engines with more powerful.
Keywords: powerful motor, durable gear.
При тестировании робота-пылесоса, обнаружили, что робот начинает уборку двигаясь по спирали наружу, а затем направляется к периметру комнаты. После того, как он встречается с препятствием, считается, что достиг периметра комнаты. Затем робот убирает вдоль «периметра», пока не пройдёт до ещё одного препятствия, после чего он чистит вокруг него, находит четкий путь и продолжает двигаться по комнате между объектами, будь то стены или мебель, пока не выйдет отведенное время уборки. Идея, кажется логичной, уборка в течение определенного времени может обеспечить покрытие всего пола, но сможете ли вы достичь полного охвата пола на практике? Робот-пылесос могут убирать около двух часов на одной зарядке. Если аккумулятора окажется недостаточно, робот просто вернется и подключится к зарядному устройству сам по себе. Зарядная станция поставляется в качестве дополнительной опции для моделей роботов начального уровня, однако, практически все роботы среднего и далее диапазона укомплектованы зарядной станцией. Возвращение робота на базу достигается с помощью инфракрасного приемника на переднем бампере. Когда батарея робота-пылесоса разряжается, тот начинает искать инфракрасный сигнал, излучаемый базой. После того, как робот находит его, он следует сигналу зарядной станции и, таким образом, самостоятельно возвращается для подзарядки. Некоторые роботы-пылесосы также самостоятельно возвращаются к уборке после зарядки Многообразие датчиков робота-пылесоса, позволяют ему перемещаться в доме сравнительно автономно. Теперь давайте выясним, как он выполняет свою истинную цель: пылесосит?
Рис.1. Робот-пылесос подключается к станции зарядки.
Первое, что робот-пылесос делает при нажатии на кнопку «Clean», рассчитывает размеры комнаты. Робот посылает инфракрасный сигнал и проверяет, сколько времени требуется на возврат сигнала до приемника, расположенного на бампере робота-пылесоса. После того, как робот устанавливает размеры комнаты, он знает, как долго и далеко ему нужно двигаться в процессе уборки. Ну а пока робот-пылесос убирает, он избегает ступенек и других видов перепадов высоты, используя четыре инфракрасных датчика на передней нижней части робота. Это «датчики обрыва», которые постоянно посылают инфракрасные сигналы и, получив отрицательный сигнал, робот незамедлительно остановится. Если робот приближается к обрыву, сигнал пропадет. Когда робот врезается во что-то, его бампер активирует механические датчики, которые сообщают системе робота, что он столкнулся с препятствием. Затем используется определенный алгоритм действий, вовлекающих поворот и попытку движения вперед до тех пор, пока робот не сможет двигаться вперед. Есть ещё один инфракрасный датчик, который мы назовем «Датчиком Стены», он расположен на правой стороне бампера и позволяет роботу-пылесосу очень внимательно двигаться вдоль стены и вокруг других объектов (например, мебели), не касаясь их. Это значит, что робот может пройтись вдоль плинтусов, не натыкаясь на них. Он также может самостоятельно рассчитать себе путь уборки, робот подключает предварительно заданный алгоритм, который позволяет полностью охватить полы, которые обрабатываются.
На технические параметры модели акцентируется внимание по:
‒ Мощность всасывания (Вт) — 65
‒ Скорость (см/с) — 30
‒ Объем пылесборника (мл) — 600
‒ Датчики (сенсоры) — инфракрасные, видеокамера, гироскопический, пройденного расстояния
‒ Емкость аккумулятора (мА/ч) — 2200
‒ Время зарядки аккумулятора (мин) — 100
‒ Время работы от аккумулятора (мин) — 160
Подробно изучив робот-пылесос iСlebo Arte, спринципом его работы, мы установили недочёт данного типа роботов. Идея создать самоубирающий робот-пылесос для удобства людям хорошая.
Мы решили увеличить у данной модели скорость передвижения. Для этого нам пришлось «заглянуть» в редуктор и заменить двигатели, на более мощные.
Рис. 2. Робот-пылесос iСlebo Arte.
На данный момент скорость пылесоса равна 30 см/c — это примерно 1.08 км/ч. Если увеличить мощность двигателя на 50 %, то скорость пылесоса возрастет до 1.5 км/ч. Можно поставить двигатели мощнее, но тогда они не поместятся на штатные крепления. Придется увеличивать посадочные места двигателей. Тем самым мы потеряем самое главное свойство пылесоса — мобильность.
Мы понимали, что при увеличении мощности двигателей, увеличатся нагрузки на редуктор, а именно на шестерни. Приводные элементы на колесах уже не выдержат такой нагрузки, и пластиковые шестерни редуктора сломаются под высокой нагрузкой. Было принято решение поставить шестерни из композитного материала. Стальные шестерни не подходят, т. к. они сильно увеличивают вес всего привода в целом. Алюминиевый сплав достаточно прочный и сможет выдержать большую нагрузку в отличии от пластиковых шестерен.
Рис. 3. Шестерни из композитного материала
После всех проведенных работ, мы добились следующих результатов:
1) Более высокая мобильность робота
2) Увеличенная надежность
3) Уменьшение времени работы
4) Увеличение расхода электрической энергии
5) Улучшение маневренности
Литература:
- Концепции развития робототехники / Е. В. Поезжаева // Концепции развития робототехники: учебное пособие / М-во образования и науки Рос. Федерации, Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. — Пермь: Изд — во ПНИПУ, 2017. — 437 с. Допущено УМО вузов по образованию в обл. автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учеб. пособия.
- http://icleboarte.ru/iclebo_arte_manual
- http://iclebo.org/
