掃地機器人原理及實現(xiàn)

掃地機器人結(jié)及控制統(tǒng)設(shè)計自動清掃機器人是當(dāng)今服務(wù)機器人領(lǐng)域一個熱門的研究方向理和技術(shù)上講動清掃機器人比較具體地體現(xiàn)了移動機器人的多項關(guān)鍵技術(shù)較強的代表性市場前景角度講動清掃機器人將大大低勞動強度高動效率適于賓館店書館、辦公場所和大眾家庭開自動清掃機器人既具有科研上的挑戰(zhàn)性又具有廣闊的市場前景。家用智能清掃機，包括計算機、傳感器、電機與動力傳動機構(gòu)、電源、吸塵器、電源開關(guān)操電位計等在掃機的部共設(shè)有三個超聲波距離傳感器掃底部前方邊沿安裝有5個接近開關(guān)，接近開關(guān)與聲波距離傳感器一起，構(gòu)成清掃機測距系統(tǒng)；清掃機裝有兩臺直流電機清掃機的底部安裝有吸塵器機構(gòu)動掃機器人的功能是自動完成房間空曠地面尤其是家居空曠地面的清掃除塵任務(wù)，打掃前，要把房間里的物體緊靠四周墻壁，騰出空曠地面掃機完成的主要功能自動走遍所以可進(jìn)入的房間以自動清掃吸塵，可在遙控和手控狀態(tài)下清掃吸塵。本文所介紹的自動清掃機器人的總體布局方案如1所示，前后兩輪為萬向輪，左右兩輪為驅(qū)動輪動設(shè)計采用兩獨立且各由兩臺步進(jìn)電動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)向方式過制左右兩輪的速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向慮到機器人實際應(yīng)用的實用性驅(qū)系統(tǒng)設(shè)計成一個獨立的可方便替換的模塊機人動系統(tǒng)發(fā)生故障時需簡單步驟就可以對驅(qū)動部分進(jìn)行替換。同時為了機器人能夠靈活的運動，從動輪選用萬向輪。下圖為自動清掃機的三維立體圖：

精選文庫自動清掃機器人車箱體采用框架式結(jié)構(gòu)下上分隔成三個空間一裝配各運動部件的驅(qū)動電機動構(gòu)二層為垃圾存儲空間三裝配機器人控制系統(tǒng)線、--2

精選文庫電源電池、開關(guān)等。自動清掃機器人控制系統(tǒng)硬件主要是以單片機AT89C51作核心輔其外圍電路、電機驅(qū)動電路、傳感器檢測電路以及紅外遙控電路等各模塊在片機的控制下，相互協(xié)調(diào)工作，保證自動清掃機器人各種功能的實現(xiàn)該控制系框圖如圖2所傳器在清掃機器人的布置如圖下所示圖中紅色的圓點代六個紅外傳感器的位置。下圖為清掃機的硬件系統(tǒng)：步進(jìn)電機作為執(zhí)行元件廣泛應(yīng)用于各種自動化設(shè)備中進(jìn)機和普通電動機不同之處在于它是一種可以將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)中遞轉(zhuǎn)矩的同時還可以控制角位移或速度研究中采用兩臺步進(jìn)電機分別驅(qū)動兩個驅(qū)動輪過電方式的不同使自動清掃機器人的行走機構(gòu)達(dá)到前進(jìn)退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的運動姿態(tài)。自動清掃機器人的吸塵器則采用直流電機（H橋電路）驅(qū)動。--3

精選文庫下圖為步進(jìn)電機驅(qū)動電路：采用以AT89C51單機為核心的外接收電路和步進(jìn)電機驅(qū)動電路遙控器發(fā)射不同的碼值來控制步進(jìn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速減速以及啟動停止。單片機通過對紅外信號的解碼來實現(xiàn)步進(jìn)電機的變速。紅外發(fā)射器原理圖如下所示：設(shè)計行走功能模塊程序設(shè)計系統(tǒng)選用了圖所示行方案。程序設(shè)計時要考慮:吸塵在外圈行走,為了免接近開關(guān)中斷對程序運行的干擾,應(yīng)對接近開關(guān)的中斷處理序做相應(yīng)處理由吸塵器兩動力輪的中心與車體中心不重合故用以--4

精選文庫一輪為中心的旋轉(zhuǎn)方式并通過檢測轉(zhuǎn)彎標(biāo)志位或0)判斷轉(zhuǎn)向。在墻角轉(zhuǎn)彎時處，根據(jù)吸塵器外形的幾何尺寸計算吸塵器遇墻停止,后退再轉(zhuǎn)彎的時間器圈行走時的轉(zhuǎn)彎依靠轉(zhuǎn)彎設(shè)定值實現(xiàn)。當(dāng)超聲波傳感器1的值小于等于設(shè)定值,吸塵轉(zhuǎn)彎?？紤]到超聲波傳感器的最小量程為5m,第圈內(nèi)圈行走的轉(zhuǎn)彎設(shè)定值設(shè)定為50cm,以后圈的轉(zhuǎn)彎設(shè)定值遞增30cm。吸塵器單向行駛至轉(zhuǎn)彎結(jié)束的過程稱為一次單向清掃過程某單向行結(jié)束后檢測到超聲波傳感器1的值于轉(zhuǎn)彎設(shè)定,則塵器原地再次轉(zhuǎn)彎然前進(jìn)至墻停,整房清掃完畢。設(shè)計躲避障礙物功能模塊程序設(shè)計避障總規(guī):利用聲波實測值與已測得的房間長(寬)值的比較判斷某次單向掃途中是否有障礙物。若有障礙:行時若為左轉(zhuǎn)采用左避讓規(guī);行走若為右轉(zhuǎn),用右避讓規(guī)則物開后按行走規(guī)則繼續(xù)行;若無障礙物按行規(guī)則繼續(xù)行轉(zhuǎn)彎前應(yīng)判斷是否有足夠的空間供機器人吸塵器轉(zhuǎn)彎。若吸塵器可以轉(zhuǎn),則轉(zhuǎn)彎,本單向清掃完畢若吸塵器不能轉(zhuǎn)彎說明次單向清掃起始點處有障礙,后退避障礙物后再轉(zhuǎn),進(jìn)至通過障礙物邊線,本次向清掃完畢障功能是在行走功能基上實現(xiàn),為內(nèi)圈避障程序設(shè)計和外圈程序設(shè)計完畢的判斷方案用圈行走結(jié)束后清掃區(qū)域的精確長值與內(nèi)圈行走軌跡寬度30cm相,即為長向上各自所需的單向清掃次,余數(shù)則說明還有一塊寬度小于cm的形區(qū)域需要清掃。在執(zhí)行內(nèi)圈避障,只要長或?qū)捜我夥较蛏系膯蜗蚯鍜叽螖?shù)達(dá)到所需的次數(shù)即認(rèn)清掃完畢,剩矩形區(qū)域的清掃在終止模塊中完成。車體姿態(tài)調(diào)整功能模塊程序設(shè)計，為保證車體運行時不偏離軌道,采用螺儀傳器監(jiān)視車體運動狀況。當(dāng)車體偏移量達(dá)到一定值,過控制行進(jìn)方式調(diào)整車體姿態(tài)。當(dāng)車體偏轉(zhuǎn)角度大于10%時開始調(diào)--5

精選文庫整車體姿態(tài)先斷車體偏轉(zhuǎn)方向并記錄車體偏轉(zhuǎn)角度使體能最大限度地回到原位置,采一個動力輪不動另動力輪倒轉(zhuǎn)的方式實現(xiàn)車體姿態(tài)調(diào)整該方案調(diào)整車體位置后車體不一定能恰好回到原位,但誤差已經(jīng)很,可滿足系統(tǒng)設(shè)計要求體姿態(tài)調(diào)整程序流程如圖所示。主控程序是吸塵器工作的主體邏輯。在主控程序中需要完DSP的初始化設(shè),考各功能模塊間的邏輯關(guān),實對子程序的調(diào)用并要充分考慮到各級中斷信號對程序運行的影響做出確的處理、協(xié)調(diào)。主控程序流程如圖所示操鍵盤時接近開關(guān)可能會工,這有能導(dǎo)致程序運行出錯,故SP需在程序最開始首屏蔽所有中斷。鍵盤的檢測由單片機實,用若想通過鍵盤設(shè)定吸塵器工作方式,則必須在開機20s開始操作20s的延時由SP提供,20s后若無鍵按,則認(rèn)用戶未設(shè)定吸塵器工作狀,系統(tǒng)按自動方式開始工作;20s后若有鍵按下則等待用戶輸入完畢按照用戶設(shè)定要求工作。系統(tǒng)初始化程序設(shè)計的始化程序是系統(tǒng)各功能實現(xiàn)的前提態(tài)寄存器賦,保證子程序調(diào)用或進(jìn)入中斷時實CPU各種態(tài)的保;數(shù)據(jù)儲區(qū)配置;輸出口的選擇及功能設(shè)定中的相關(guān)寄存器處;累加器的溢出方式選擇及系統(tǒng)的時鐘頻率的選定等功能都在初始化程序中實現(xiàn)。系統(tǒng)中斷處理，系統(tǒng)設(shè)計中共4中斷信號需要處,其路接近開關(guān)和路聲波傳感器共用優(yōu)先級為級外部中XINT1;個事件管理模EVA和VB在產(chǎn)生P波形用到了優(yōu)先級為2級的定時器1和時3的周期中;此外陀螺的測量值經(jīng)ADC轉(zhuǎn)時用到了中斷優(yōu)先級為級A中斷。外部中斷X的理由于路近開關(guān)和超聲波傳感器共XINT1中,故響應(yīng)該中斷時應(yīng)首先判斷是哪個外部設(shè)備產(chǎn)生的中斷請,然后進(jìn)行相應(yīng)的處理接開關(guān)中斷單機向雙口RAM8040h單寫,若為聲波中斷則1,DSP通讀040h單內(nèi)容來判斷是哪個外設(shè)產(chǎn)生的中:①為超聲波傳感器發(fā)出的中,在其斷服務(wù)程序中只需重新開中斷即(這是為進(jìn)入中斷服務(wù)程序,統(tǒng)自動關(guān)閉中斷若為接近開關(guān)中,需判斷該接近開關(guān)是否工作時則在斷服務(wù)程序中還要執(zhí)行停止程,否則只需開中斷即可。是第幾個接近開關(guān)工,單片機就在雙RAM8033h單元中寫,若同時有多個接近開關(guān)工,則單機8單元最低位起將其序號依次寫入DSP只需照此規(guī)則便可根據(jù)033h單元內(nèi)容判斷是哪個接近開關(guān)工作。ADC中斷處理，吸塵器在測距模中車體旋180左右轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整的過程中都會--

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精選文庫響應(yīng)ADC中斷,故在行上述功能的程序時分別012Eh單元0、1、3,功能現(xiàn)后再向12Eh單元寫,這樣響應(yīng)斷時便可在中斷服務(wù)程序中通過查012Eh單元的內(nèi)容來判斷車體的運動情,從而行不同的服務(wù)程序。定時器周期中斷處理器期中斷的處理相對簡,需在中斷服務(wù)程序中將計