一种自动洗车机器人

摘要

目前，我国的不平衡的供需关系直接导致了洗车价格的剧增，根据业内人士的反映，一辆价值10万元的家用轿车每年大约需要花费3000元进行保养，清洁和维护，而中高档车辆所需的用度则大大超过了这个数字。

因此，各种自助洗车方式层出不穷，并且将会成为洗车行业的主流，而我本次选择设计自动洗车机器人来缓解洗车压力。

关键字：机器人；自动洗车；液压控制 国内外自动外洗车机器人现状及发展趋势 国外自动洗车机器人现状及发展趋势

服务型机器人源自欧美国家，是传统的机器人向更加平民化、生活化应用的方向发展的一个重要分支，服务型机器人相较于传统的服务行业有两大优点，第一，工作效率更高，通过互联网控制、云计算来选择更合适的服务方式，高效完成服务工作，给客户更好的体验；第二，人工成本更低，一台机器人设备可代替2-5名服务人员的岗位，且后期维护花费相对较低，因此，可创造更高的经济效益[1]。

在服务型机器人中，个人/家用服务型机器人（Personal/Domestic Robot）是较为大众化的产品，且价格较低，市场最大。而在服务型机器人研发领域，美国在各个方面都遥遥领先其他国家，此外，日本，法国和德国在研发和应用服务型机器人方面也有很大的优势[1]。

国内自动洗车机器人现状及发展趋势

我国针对于现代型机器人的研发起步较晚，大概从上个世纪七十年代开始，八十年代开始高速发展，特别是在国家建立“863”计划，展开了机械手的研究

和开发，机器人技术也获得了重视，因此，我国机器人技术领域取得了质的飞跃，市场也逐渐广阔，到目前为止，已经大概掌握机器人结构的设计制造加工方式、仿人双臂机器人技术、机器人运动轨迹的规划技术、控制系统的软件及硬件开发技术等[2]。在将来，服务型机器人种类会更加丰富，且使用人工成本低，工作效率高，十分契合未来社会发展对高新技术的要求，因此机器人技术将会成为核心技术，而服务型机器人行业在我国已经基本起步，正向着全面化、智能化、一体化、市场化发展，将会有一个光明的前景和广阔的市场需求，能够加快我国向现代化社会发展的步伐[3]。

主要设计内容

本次设计的自动洗车机器人具有很大的市场需求量和应用价值，我们需要清楚洗车机器人各组成部分之间的关系，并对其主要结构进设计和计算，要求质量小，易于搬运，同时还要满足车主所需的车辆清洁和烘干的功能，我们将借助智能载人小车机器人来实现运动上的灵活性，并将液压缸，水箱等部件安放在小车车身中，机械臂安放在小车顶面，可用于执行既定的功能动作，而烘干功能借助仿吹风机装置来实现，安挂在小车侧面。

通过对本次自动洗车机器人的设计、分析和计算的这个过程，极大程度上提高了我们的创新能力，加固了我们对于专业知识的掌握，同时也锻炼了我们分析解决难题的能力。最后，在已经具备机械设计制造及其自动化专业知识的基础上，结合国标，运用AUTOCAD、SOLIDWORKS等绘图软件进行设计完善和展示部分。

自动洗车机器人由以下四个系统组成： （1）机械系统，主要为执行机构部分； （2）液压系统，主要为液压缸部分； （3）驱动系统，主要由电机构成；

（4）控制系统，主要由PLC、控制信号和操作指令组成。 自动洗车机器人具有以下四个功能：

（1）具有可载人、可控制的自动行走功能； （2）具有高压喷水功能； （3）具有自动清洁车身功能； （4）具有辅助烘干功能。

在了解私家车主要车型，大小之后，确定自动洗车机器人的活动范围，进行机械结构的计算，剖析，选型，校核，绘图，并编写计算说明书。

设计内容如下：走动方式的设计；烘干装置的设计；具有高压喷水功能及清洁功能利用机械臂实现。一次性水箱储水大概为40L，通常情况可以洗车两次，按照每个周洗车2-3次频率计算，自动洗车机器人工作年限为20年。

总体方案设计 设计的主要内容

1.完成自动洗车机器人的总体方案设计；

2.完成机械臂各部件（腰部、腕部、臂部、手部）的结构设计； 3.绘制总装图、部件图和主要零件的零件图。 自动洗车机器人总体设计方案论述 驱动方式

自动洗车机器人的驱动方式和结构种类有很多，且驱动系统可以有很多结构组成形式，根据本次设计的自动洗车机器人的工作环境的要求和运动平稳性及位置精度的要求，主要结构部分机械臂用伺服电机驱动，另整个装置可以满足很好的控制，且操作灵活，位置精度高的要求，且体积较小，便于安装，对环境要求低，适用于自动洗车机器人这类的小型服务机械手。

传动系统设计

根据自动洗车机器人的设计要求：

（1）转动惯量尽可能小、传动效率尽可能高； （2）传动比准确，连接部件重量小； （3）结构紧凑，体积小。

运作过程：主要由齿轮传动，进而可以实现最前端的刷头可以到达任意位置，当刷头部分对准要清洗的车身部分时，下端的液压泵开始工作，将洗车液从刷头旁的软管处喷出，由于机械臂是六个自由度，从而可以保证清洁液可以喷到车身各处；这个过程结束后，刷头部分由带轮驱动，实现刷头的高速旋转，刷洗车身，同时，机械臂部分控制刷头在车身上移动，从而可以刷洗到车身的各个位置；当刷洗结束后，下端的液压泵又开始工作，将清水从刷头旁的软管处喷出，将车喷洗干净，最后用挂在机器一旁的吹风装置，将车烘干。

液压系统设计

根据自动洗车机器人的设计要求，需要由在车身中安放的液压缸与机械臂的末端通过喷管相连，可实现高压喷水的功能，为了实现高压喷水装置的稳定工作，并结合水泵实际的静压力、功率、流量等相关参数进行选择。

控制系统设计

机器人一般需要独立完整的控制面板、操作界面、驱动指令等，才能对其进行编程和精确控制。机械手可以通过整个设备的控制系统来实现手臂末端的工作，根据自动洗车机器人的设计要求，决定采用设备的控制器PLC来实现。智能小车上有各种按钮来控制小车前进、后退、拐弯，除此之外，还有控制机械臂各个关节运动的按钮和控制高压喷水的按钮，使得人站立在小车载人处即可控制机械末端的机械臂部分，从而完成整个洗车动作。

自动洗车机器人的总体方案设计

根据运动学的原理我们可以得知，机器人一般是由若干关节和相应数目的连杆组成的运动链。再依据关节之间的连接形式我们可分成垂直串联、水平串联和并联三大类[3]。

根据设计任务自动洗车机器人的工作要求和实际工况，我们选择六轴垂直串联结构作为设计模型，由手臂、手腕和手三部分的运动合成，包括上臂、小臂和腰三个关节，用来控制基准点的位置。六轴垂直串联机器人通过自身的定位、定向机构的串联，可以在三维空间实现任意位置摆动控制，能够满足几乎所有工作的要求。

应用前景

结合目前私家车保有量的变化趋势和服务型机器人被大众所认可的程度的变化，私家车的数量在将来是只增不减的，而随着越来越多场合出现的服务型机器人，人们对于智能机器人这个领域也是充满着期待和向往，因此自动洗车机器人将会成为人们未来洗车的一个重要选择。

参考资料

[1]龚仲华；龚晓雯.工业机器人完全应用手册[K].人民邮电出版社，2017-01.

[2]陈伟.喷涂机器人轨迹优化技术研究[K].中山大学出版社，2017-07. [3]张占国.机械原理、机械设计学习指导与综合强化[K].北京大学出版社，2014-01.