智能瓷砖美缝机器人的设计

王洋 李闯 黄群峰

摘要：本文设计并制作了一款智能瓷砖美缝机。针对家庭装修中涉及到的瓷砖美缝场景，拟设计智能化的瓷砖美缝机器人代替人工实施美缝工作。该机器人采用模块化设计，分为循迹行驶底盘和车载打胶机两个独立的模块。在对地砖美缝时，除了人为添加美缝剂外，其余的均可由美缝机器人独立完成。

关键词：瓷砖美缝;单片机;麦克纳姆轮

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0003-02

0 概述

家庭装修中，为避免瓷砖缝隙堆积尘土滋生细菌，人们通常会选择对瓷砖进行美缝处理。目前瓷砖美缝的施工过程大多依靠手工操作，工作程序繁琐、工作量大、成本高、质量不稳定。

针对上述情况，拟设计一款瓷砖美缝机器人，该设备具有瓷砖缝隙的循迹行驶功能，依靠载有的电动打胶机实现自动打胶注剂，并且完成后续的压缝工序，实现机器人自动美缝，完全可以胜任家庭装修中地面瓷砖美缝任务。

如图1所示，该系统由6部分组成。分别是数码管显示模块、按键输入模块、摄像头信息采集模块、打胶吸尘开槽模块和底盘电机驱动模块。分模块制作调试，最后组装，进行最终调试[1]。

1 摄像头信息采集模块

摄像头信息采集模块采用星瞳科技研发的Openmv摄像头模块，这是一款低价可扩展，支持python的机器视觉模块。模块利用摄像头采集砖缝图像，将砖缝拟合成直线，计算出系统行驶路径与拟合的砖缝直线之间的斜率，从而调整系统的行驶姿态。模块还可通过斜率判断两直线是否垂直从而检测砖缝是否为十字，即砖缝相交，并传回主控芯片，帮助主控芯片分析规划行驶路径[2]。

2 打胶开槽吸尘模块

该部分主要由三个电机组成，分别控制开槽、打胶和吸尘。前端设置有小滚轮状微调开关，使其贴合砖縫，当砖缝与小滚轮未贴合时，反馈给系统，帮助其更精准检测砖缝位置[3]。随后由步进电机控制开槽，转向或者轨迹偏离时，收缩开槽片，以防开槽时，对瓷砖有所损坏。开槽后，所产生的垃圾与灰尘，由吸尘器迅速清理干净，以防影响瓷砖美缝质量。再由电动胶枪打胶，保证美缝质量均匀美观。系统的整体机械结构如图2所示。

3 底盘电机模块

底盘由四个电机驱动系统进行移动，由于需要精准控制转向、位置与角度，轮子采用瑞典麦克纳姆公司的专利麦克纳姆轮，并搭配上电机编码器，以获取电机的精确转速。主控芯片结合电机编码器的反馈信号，调节输出的PWM信号，来控制电机的转速，实现电机的精准控制。由于该轮的特殊结构，使整个系统具备全方位移动的特点，保证了打胶的精准度，对于某些特殊场景，该款机器亦可胜任。

4 结语

从实用角度出发，介绍了新款瓷砖美缝机器人的机械结构与功能实现。该机器结构清晰，思路明了，功能全面，对实际美缝作业技术具有一定改良作用。

参考文献

[1] 林秀君，林怡青，谢宋良，等.机械设计基础课程设计——基于Solidworks的实现[M].北京：清华大学出版社，2019.

[2] 孙全胜.基于STM32单片机的麦克纳姆轮小车设计[J].现代信息科技技，2019，3（22）：174-178.

[3] 黄勤.单片机原理及应用——嵌入式技术基础（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2018.