家用楼梯除尘机器人之设计.PDF

中州管理與人文科學叢刊第一卷第二期 家用樓梯除塵機器人之設計 1 2 3 4 5 6 劉昭忠 劉昭恕 許竣傑 張宇丞 呂佑安 程冠儒 1 中州技術學院 電機工程系 2 國立高雄應用科技大學 機械工程系 3,4,5,6 中州技術學院 電機工程系 (四技） 摘要 「家用樓梯除塵機器人」之設計，即利用傳動機構和除塵裝置的配合，達到清掃樓 梯的目的。在傳動機構部分，由動力輪、支撐 滑座和線性致動器完成上下樓梯和橫向清 掃等動作，並在機構周圍裝置感測器，避免上下樓梯時，機體撞擊壁面或懸空而掉落樓 梯，而所有動作皆由單晶片微處理機控制完成 。至於除塵裝置部分，有調整吸塵器至樓 梯階面高度的活動式支撐架，和清掃樓梯階面的可變式吸塵器。並配合無線遙控，提供 「上樓梯」、「下樓梯」和「全自動（上下樓梯）」等三種除塵模式，藉以提高室內清潔之 便利性和安全性。 關鍵詞：樓梯、除塵、機器人 通訊作者 姓名：劉昭忠 E-mail ：c00jcl00@.tw 55 壹、 前 言 在生活忙碌的工商社會，人們回家已疲累 不堪，絕不想做室內清潔工作，因此，清 潔機器人乃順勢而生。依照 IFR World Robotic的分類，清潔機器人可分為產業型與家用 型兩大類。在產業型方面，例如：地板清潔（吸塵與洗地）、風管空調系統清潔、除草、 大樓窗戶清洗、水箱清潔等。迄今，應用最成功的仍屬地板清潔型機器人。而家用型的 地板清潔機器人（吸塵器）近年來則快速竄起 ，成為市場主流產品，目前市面上的清掃 機器人如美國「Roomba 」、瑞典「Trilobite 」及國內的「TRV-10趴趴走機器人吸塵器」 等（林尚揚、陳善本、李成桐，2000 ），則以扁平的外形和具有真空吸塵或清潔毛刷的架 構，以各種感測器為導航方式來執行隨性型、之字型或螺旋型等清掃路徑（余志成、林 燁敏、張書榮，2007 ）（林燁敏、余志成，2007 ），完成居家環境的清潔工作。雖然這類 打掃型機器人能自行移動並且清掃，但侷限於平面上的移動，遇到樓梯之處，還是以人 力清理，並未達到全面自動化的清潔效果。有鑑於此，乃應用傳動機構的移動和吸塵裝 置的功能，整合而成「家用樓梯除塵機器人」的設計。 貳、研究方法 「家用樓梯除塵機器人」的規格採用樓梯二階式設計（圖1），第一階為傳動機構， 用於上下樓梯和橫向清掃的動作，第二階為吸塵裝置，用於清潔樓梯階面。主要元件有 單晶片微處理機、感測器、動力輪、支撐滑座 、線性致動器、活動式支撐架和可變式吸 塵器等（表 1）（楊旺枝，2005 ）（朱世強、王宣銀，2001 ）。機器人的相關動作則由單 晶片微處理機的程式設計來控制完成（西格沃特、諾巴克什， 2006 ）。 圖 1設計示意圖 56 中州管理與人文科學叢刊第一卷第二期 項目 規格 數量 無線遙控模組 2V~12V 1 遙控器 5V 1