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摘要：随着中国老龄化的加快和三胎政策全面开放，很多家庭面临上有老下有小都需要照顾的情况，可中生代又正处于事业奋斗期，很难有时间、精力兼顾家庭。智能管家狗基于强大的综合性功能，可以打扫干净地板，加湿空气，集监控、扫拖、吸尘以及空气加湿功能于一身的智能家务狗，实时监控家中情况，完美契合了生活中的需要。

关键词：3Dtof；结构设计

中图分类号： 文献标识码：A

0 引言

通过3D tof传感器感应并与摄像头配合生成家庭图，再根据其自动巡航功能定位垃圾。利用底部前后清扫垃圾的毛刷和吸尘器同步工作以实现扫地机器人的扫拖功能，高频震动，轻松去除顽固污渍；在智能家务狗底部左右两侧各附一个三重折叠伸缩臂，用于扫除室内的高处及低处的卫生死角以及夹缝。身体内置吸尘器可连接吸尘管吸尘，家务狗采用的是碳纤维超轻薄板制作的长筒，可以减轻家务狗的整体重量，提高性能。搭载700W大功率电机，吸力可达5000Pa。吸尘附件包括软接管，其接于吸尘器口，弯接管接在软接管和长接管之间，长接管可根据操作者需要调节接管长度。家务狗还拥有吸力调节器，满足不同用途、不同场合对吸力的要求。

1 国内外研究现状

伴随着人工智能的升级，未来机械狗或将进化得更聪明，会有更明确、匹配的应用场景。而类似机械狗的机器人，甚至尺寸更大的人形机器人在未来也会更智能，或许能像一个管家一样进入更多人的家庭，执行干家务、陪伴、智能互动等多项任务，从而获得更广阔的消费市场，从而提高其经济效益。为了提高清洁机器人的智能化程度，增强清洁机器人对周围环境的感知能力，针对性的对有垃圾存在的区域进行清扫，提高工作效率，减小能耗，为清洁机器人配备视觉传感器和激光雷达，通过SLAM算法实现机器人的实时定位，合理的规划清扫行进路线，而对于路径规划问题，机器人通过算法设计路线，实现安全有效行走，早期已经存在很多典型的方法，如人工势场法、栅格法、模板模型法、现在依赖于计算智能技术的人工智能相关方法已经能很好地处理路径规划问题。提高清洁机器人的智能化程度，使其自主作业的能力得到改善需要解决的任务是让清洁机器人能够根据垃圾的特点进行多层级的属性输出，以便于后续清扫模式的选取。在日本，日立公司于2003年推出了一款可以实现全自动真空吸尘的智能扫地机器人，其机身比较轻便，且工作效率也有很大提升，在10平方米屋内有三个障碍物，能在10分钟内完成任务。机器人能在检测到电池快用完时，自动到充电站进行回充，期间也能完成垃圾的清理工作，十分智能方便。在迪拜亮相的阿尔法机器狗更是引起了大量关注，阿尔法机器狗在2021年就以最高奔跑速度4.15m/s，超过同级别世界纪录保持者MI。

2 智能机械狗总体方案设计

2.1 工作原理

本产品（专业级传感器高效协同）采用了全新的dToF避障+LDS激光避障系统，除了不再需要通过磕磕碰碰来实现避障外，还提升了建图速度及精度，即便是在黑暗弱光环境下，也能实现轻松建图。配合LDS激光雷达通过高速旋转发射激光，通过反射时间判断与障碍物的距离，实现超高精度定位。在机器人主机的上方有个LDS激光传感器，然后是家务狗的两个小眼睛，这两个小眼睛分别是3D tof避障传感器和AI视觉识别传感器。将3D tof加上AI技术在TOF传感器构建原始点的用户三维家庭地图后，AI进一步识别细节图片加强对障碍物的识别效果，达到融合感知。从而对障碍感知更精准，具有智慧视觉避障的效果。不管是家里的产品如何摆放，以及是否有宠物等，都不会影响机器的正常工作运行。

2.2 总体结构设计

（1）通过3D tof传感器感应并与摄像头配合生成家庭图，目的探讨组合应用重叠多个簿层块采集（MOTSA）、倾斜优化非饱和激励（TONE）及磁化传递（MT）对时间飞跃法磁共振血管成像（TOF-MRA）图像质量及扫描时间的影响。再根据其自动巡航功能定位垃圾。在智能家务狗底部左右两侧各附一个三重折叠伸缩臂，用于扫除室内的高处及低处的卫生死角以及夹缝。

（2）身体内置吸尘器可连接吸尘管吸尘，家务狗采用的是碳纤维超轻薄板制作的长筒，可以减轻家务狗的整体重量，提高性能。搭载700W大功率电机，吸力可达5000Pa。另外，灰尘指示器的数据直接上传到手机，可实时检测家务狗的“健康状况”，当集尘器积物需消除或滤尘器及附件管道被堵塞时，灰尘指示器的指示管内负压会变化，使指示器指向满尘区域，此时我们应及时清除吸尘器内的积物。家务狗还拥有吸力调节器，满足不同用途、不同场合对吸力的要求。

（3）卸式消毒加湿器在智能家务狗的背部，其背上有两个小孔，一个排出水汽进行空气加湿，另一个加水。调节式支撑机构，包括用于支撑拆卸式消毒加湿机构的活动支撑组件、用于调节活动支撑组件角度的角度调节组件，工作期间对加湿液进行杀菌消毒的同时调节加湿的角度。

（4）头部工作过程

①鼻子内置tof前置摄像头，智能报警、夜视、远程监控及人脸识别。

②耳朵内有蓝牙音箱可以在家唱歌，听歌，同时也充当投影仪的音响设备。

③眼睛的投影功能，电动极自动对焦，封闭式光机防尘静音；高清分辨率，AL精准语音识别，漫反射、无蓝光、不伤眼。

3 机器图像生成智能工作设计

（1）3D tof

传感避障，自动巡航功能机器配备激光传感器和超声波传感器，通过对周围环境的检测，机器自己制定巡航路线，完成对整个家庭的清洁，而且机器前方装备有图传系统，使用者可通过屏幕观察到机器的运行状况。利用前置ToF摄像头与高精度传感器协同合作，智能测算空间，清扫过程中临近家具、墙壁时后自动绕开避免碰撞，近于机身高度区域提前避让等情况。同时该技术从光子层面进行探测，可以清晰识别扫地机近距离周边环境，在识别大体积的障碍物外，兼顾袜子、数据线等小型障碍物，通过强大的算法分析输出IR、深度、点云信息，实现精准避障功能，完美规避常规避障扫地机和AI避障扫地机避障被线缠绕无法移动的问题。

（2）总体消声降噪

Ⅰ家务狗中附消声装置，在吸尘器机壳内壁及出风口设置多孔性纤维状聚氨酯泡沫塑料或玻璃棉等消声材料。

Ⅱ在电动机后面及风机前面安装橡胶防振圈，消除风机及电机振动所引起的机械噪声。

Ⅲ抑制无线电干扰，家务狗电机工作过程中会产生高频谐波，这些谐波进入市电网络后会对无线电接收设备产生干扰，有效抑制谐波产生无线电干。

Ⅳ家务狗的吸尘器传感器系统，它能够检测家务狗体内的空气流量，来判断其运行状态。当空气流量开始减少时，传感器会发出警报，通知用户更换吸尘袋或清洁过滤器，能有效降低气流阻碍，也能降低一定的噪声。

（3）PT5126A-直流有刷电机

驱动器PT5126是专供直流有刷电机使用的驱动芯片，可支持2-24V电源电压，最大输出电流2.8A，并设有过热保护与欠压保护。

4结语

立足于仿生学，设计了一款智能宠物机械狗。介绍了机械狗的机械结构设计和硬件控制系统的组成。本文设计的机械狗结构简单、性价比高，既可以作为机械宠物，也可以作为低成本的人工智能研究平台，为编程爱好者提供开放共创的平台。为了提高仿生机械狗的稳定性以及对复杂环境的适应能力，提出了一种新的仿生机械狗的机械结构设计。该智能狗具备多种功能，不仅可以打扫地板、清理桌面、吸除灰尘、加湿空气而且还可以遥控家电、远程监控。在日常生活中应用频繁且广泛。丰富的功能让它代替了多种工具，节省了室内的空间，减轻了一部分的家务负担，节省了人们的时间，大大提高了生活的质量。

参考文献：

[1]李思琴，童小琴，李俊杰等.智能语音宠物机械狗的设计[J].物联网技术，2023，13（07）：146-147.DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2023.07.036.

[2]肖建明，陈志凡，陈云涛等.提高3DTOF-MRA图像质量的研究[J].中国医疗设备，2013，28（10）：158-161.

[3]姜利鹏，王乐，邵奥利等.基于仿生机械狗运动稳定性的机械结构研究[J].自动化应用，2022（03）：166-168+172.DOI：10.19769/j.zdhy.2022.03.051.

作者简介：常胜男，2003.11，女，汉族，山东菏泽市人，学历：大学本科，学校及职称：临沂大学学生，研究方向：数字化设计与制造

[基金课题]大学生创新创业训练计划项目，S202310452134；山东省教学改革项目，在新三全育人理念引导下的“四破四立四协同”新工科机械类人才培养模式研究，JG2021Z14。