智能瓷磚美縫機器人的設計

王洋 李闖 黃群峰

摘要：本文設計并制作了一款智能瓷磚美縫機。針對家庭裝修中涉及到的瓷磚美縫場景，擬設計智能化的瓷磚美縫機器人代替人工實施美縫工作。該機器人采用模塊化設計，分為循跡行駛底盤和車載打膠機兩個獨立的模塊。在對地磚美縫時，除了人為添加美縫劑外，其余的均可由美縫機器人獨立完成。

關鍵詞：瓷磚美縫;單片機;麥克納姆輪

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0003-02

0 概述

家庭裝修中，為避免瓷磚縫隙堆積塵土滋生細菌，人們通常會選擇對瓷磚進行美縫處理。目前瓷磚美縫的施工過程大多依靠手工操作，工作程序繁瑣、工作量大、成本高、質量不穩(wěn)定。

針對上述情況，擬設計一款瓷磚美縫機器人，該設備具有瓷磚縫隙的循跡行駛功能，依靠載有的電動打膠機實現自動打膠注劑，并且完成后續(xù)的壓縫工序，實現機器人自動美縫，完全可以勝任家庭裝修中地面瓷磚美縫任務。

如圖1所示，該系統由6部分組成。分別是數碼管顯示模塊、按鍵輸入模塊、攝像頭信息采集模塊、打膠吸塵開槽模塊和底盤電機驅動模塊。分模塊制作調試，最后組裝，進行最終調試[1]。

1 攝像頭信息采集模塊

攝像頭信息采集模塊采用星瞳科技研發(fā)的Openmv攝像頭模塊，這是一款低價可擴展，支持python的機器視覺模塊。模塊利用攝像頭采集磚縫圖像，將磚縫擬合成直線，計算出系統行駛路徑與擬合的磚縫直線之間的斜率，從而調整系統的行駛姿態(tài)。模塊還可通過斜率判斷兩直線是否垂直從而檢測磚縫是否為十字，即磚縫相交，并傳回主控芯片，幫助主控芯片分析規(guī)劃行駛路徑[2]。

2 打膠開槽吸塵模塊

該部分主要由三個電機組成，分別控制開槽、打膠和吸塵。前端設置有小滾輪狀微調開關，使其貼合磚縫，當磚縫與小滾輪未貼合時，反饋給系統，幫助其更精準檢測磚縫位置[3]。隨后由步進電機控制開槽，轉向或者軌跡偏離時，收縮開槽片，以防開槽時，對瓷磚有所損壞。開槽后，所產生的垃圾與灰塵，由吸塵器迅速清理干凈，以防影響瓷磚美縫質量。再由電動膠槍打膠，保證美縫質量均勻美觀。系統的整體機械結構如圖2所示。

3 底盤電機模塊

底盤由四個電機驅動系統進行移動，由于需要精準控制轉向、位置與角度，輪子采用瑞典麥克納姆公司的專利麥克納姆輪，并搭配上電機編碼器，以獲取電機的精確轉速。主控芯片結合電機編碼器的反饋信號，調節(jié)輸出的PWM信號，來控制電機的轉速，實現電機的精準控制。由于該輪的特殊結構，使整個系統具備全方位移動的特點，保證了打膠的精準度，對于某些特殊場景，該款機器亦可勝任。

4 結語

從實用角度出發(fā)，介紹了新款瓷磚美縫機器人的機械結構與功能實現。該機器結構清晰，思路明了，功能全面，對實際美縫作業(yè)技術具有一定改良作用。

參考文獻

[1] 林秀君，林怡青，謝宋良，等.機械設計基礎課程設計——基于Solidworks的實現[M].北京：清華大學出版社，2019.

[2] 孫全勝.基于STM32單片機的麥克納姆輪小車設計[J].現代信息科技技，2019，3（22）：174-178.

[3] 黃勤.單片機原理及應用——嵌入式技術基礎（第2版）[M].北京：清華大學出版社，2018.