小型清扫机器人控制部分设计

1、PAGE 4 湘潭大学兴湘学院 毕业设计说明书题 目： 小型清扫扫机器人控制制部分设计 学 院： 兴 湘 学 院 专 业： 机械制造造及其自动 学 号： 200779642117 姓 名： 江 培培 指导教师： 秦 衡 峰峰 完成日期： 22011年 5月20日日 湘潭大学兴湘学学院毕业论文（设计计）任务书论文（设计）题题目： 小型清扫机机器人的控制制部分设计 学号： 200079644217 姓名名： 江 培培 专业： 机械制制造及其自动动化 指导教师： 秦衡峰峰 系主任： 一、主要内容及及基本要求 1、检检索国内外清清扫机器人的的发展动态，分分析国内的情情况； 2、分分析清扫机器器人控制系

2、统统设计的关键键技术问题； 3、完完成清扫机器器人的单片机机控制系统设设计的一体化化设计； 4、完完成单片机实实现小车行走走驱动控制系系统设计； 5、完成清扫机机器人的单片片机控制系统统中的硬件设设计； 6、完成清扫机机器人的单片片机控制系统统中的软件设设计； 7、完完成毕业论文文的文稿工作作，要求：总总字数不低于于一万字，使使用A4编辑辑及 打印装装订成册； 8、技技术图纸：控控制系统硬件件电路原理图图1 张、控制制系统程序流流程分图1张张 9、翻译英语语技术资料：翻译课题相相关英文资料料。要求：33000 单单词，复印原原稿与翻译（打打印）稿同册册装订。 二、重点研究究的问题 1、清清扫机

3、器人的的单片机控制制系统设计方方案选择设计计； 2、清清扫机器人的的单片机控制制系统软件设设计； 3、清清扫机器人的的单片机硬件件控制系统中中外围硬件设设备的选择及及设计。 三、进度安排序号各阶段完成的内内容完成时间1 资料检索、查查询2011年2月月20日-3月5日2 系统总体方方案的构思及及设计 20111年3月6日日-3月20日日3 完成清扫机机器人的单片片机控制系统统设计 方案选择设设计 20111年3月211日-4月10日日4 完成清扫机机器人的单片片机控制系统统设计 硬件设计 2011年年4月11日日-4月25日日5 完成清扫机机器人的单片片机控制系统统设计 软件设计 20111年

4、4月266日-5月10日日 6 毕业设计说说明书撰写和和编辑 20111年5月111日-5月19日日7 交毕业设计计说明书和图图纸，准备答答辩 2011年55月20日-5月25日日四、应收集的资资料及主要参参考文献 1 李鸿主编.单片机原理理及应用MM, 湖湖南：湖南大大学出版社，22004 2 韩全立，王王建明.单片片机控制技术术及应用MM,北京：电子工业出出版社，20004 3 周平，伍云云辉.单片机机应用技术M,四川川：电子科技技大学出版社社，20044 4 胡伟，季晓晓衡. 单单片机C 程程序设计及应应用实例MM,北京：人民邮电出出版 社， 2004 5 汤阳,戴戴光智,王锐锐鹏. 家

5、用用自主吸尘机机器人的研究究和开发JJ.计算机机 测量量与控制,22006,114 11 :15544 - 15556. 6 赵龙庆，徐徐国栋.一种种基与单片机机的步进电机机控制驱动器器J，西西南林学院 学报，22005.66 潭大学兴湘学院院毕业论文（设计计）评阅表学号 200779642117 姓名 江 培 专专业 机机械制造及其其自动化 毕业论文（设计计）题目： 小型型清扫机器人人控制部分设设计 评价项目评 价 内内 容选题1.是否符合培培养目标，体体现学科、专专业特点和教教学计划的基基本要求，达达到综合训练练的目的；2.难度、份量量是否适当；3.是否与生产产、科研、社社会等实际相相结合

6、。能力1.是否有查阅阅文献、综合合归纳资料的的能力；2.是否有综合合运用知识的的能力；3.是否具备研研究方案的设设计能力、研研究方法和手手段的运用能能力；4.是否具备一一定的外文与与计算机应用用能力；5.工科是否有有经济分析能能力。论文（设计）质量1.立论是否正正确，论述是是否充分，结结构是否严谨谨合理；实验验是否正确，设设计、计算、分分析处理是否否科学；技术术用语是否准准确，符号是是否统一，图图表图纸是否否完备、整洁洁、正确，引引文是否规范范；2.文字是否通通顺，有无观观点提炼，综综合概括能力力如何；3.有无理论价价值或实际应应用价值，有有无创新之处处。综合评 价 选题基基本合理，符符合专业

7、特点点和教学计划划的基本要求求，达到了训训练的目的，选选题难度适当当，与科研相相结合，学生生有查阅文献献、综合归纳纳资料的能力力，能较好的的运用知识，基基本具备研究究方案的设计计能力和研究究方法和手段段的运用，具具备一定的外外文与计算机机应用能力。论论文立论基本本正确，结构构比较严谨合合理，程序运运行正确。文文字比较通顺顺，观点有所所提炼，综合合概括能力比比较好。评阅人： 年 月 日湘潭大学兴湘学学院 毕业论文（设设计）鉴定意意见 学号： 200079644217 姓姓名： 江 培 专业： 机械制造造及其自动化化 毕业论文（设计计说明书） 41 页 图 表 22 张张论文（设计）题题目： 小型

8、清扫扫机器人的控控制部分设计计 内容提要： 本设计计主要是根据据小型清扫机机器人的发展展历史以及现现有的科学技技术对其进行创新设计。小小型清扫机器器人是将移动动机器人技术术和吸尘器技技术有效的结结合起来，能大大的的降低了劳动动强度，提高高了劳动效率率的新时代产产物。其广泛泛应用于室内清洁，有有着广阔的市市场前景。本本设计围绕结结构部分设计计，驱动电机机的选择，传感器件的的选择，芯片片的选择，路路径的规划和和算法以及程程序的编写的的方面进行设计。后两两者为本设计计的重难点。本本清扫机器人人采用圆柱形形结构，两后后轮分别由步进电机机独立驱动。有有较强的灵活活性和准确性性。车前碰板板的设计和沿沿X轴

9、和Y轴遍历方方式是本设计计的创新之处处，有效的降降低了生产成成本。使其被被更多层次的人群接受受。指导教师评语江培同学的本科科毕业设计题题目为“小型清扫机机器人控制部部分设计”。在整个设设计过程中，该该同学勤奋刻刻苦、勇于钻钻研，能够积积极根据设计计任务开展工工作。所设计计的清扫机器器人结构合理理，算法和程程序设计合理理清晰，原理理接线图表达达较为正确，各各个零部件选选择恰当。设设计工作量饱饱满，说明书书写作认真，计计算、校核正正确，文献翻翻译较准确。达达到了本科毕毕业设计的要要求。指导教师： 年 月 日答辩简要情况及及评语江培同学的本科科毕业设计基基于生活实际际，对清扫机机器人 进行行了控制部

10、分分的设计。该同学的设计算算法合理，图图形表达基本本正确，型号号选择合理。设设计工作量饱饱满，说明书书、文献翻译译书写认真。答答辩过程中，对对结构和原理理图的陈述清清楚，回答问问题正确。达达到了本科毕毕业设计的要要求，成绩评评定为 。答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见见答辩委员会主任任： 年 月 日目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293476124 摘要 PAGEREF _Toc293476124 h 1 HYPERLINK l _Toc293476125 Abstracct PAGEREF _Toc293476125 h 2 HYPERLINK l

11、_Toc293476126 第一章 绪论 PAGEREF _Toc293476126 h 3 HYPERLINK l _Toc293476127 1.1 国内内产品研究状状况 PAGEREF _Toc293476127 h 3 HYPERLINK l _Toc293476128 1.2 研究的的目的和意义义 PAGEREF _Toc293476128 h 4 HYPERLINK l _Toc293476130 1.3 设计的的重点和难点点 PAGEREF _Toc293476130 h 4 HYPERLINK l _Toc293476131 1.4家庭清扫扫机器人的关关键技术 PAGEREF

12、_Toc293476131 h 4 HYPERLINK l _Toc293476132 1.5 总结也也展望 PAGEREF _Toc293476132 h 5 HYPERLINK l _Toc293476133 发展趋势 PAGEREF _Toc293476133 h 5 HYPERLINK l _Toc293476134 展望 PAGEREF _Toc293476134 h 5 HYPERLINK l _Toc293476129 1.6论文主要要完成工作 PAGEREF _Toc293476129 h 6 HYPERLINK l _Toc293476135 第二章 总体结结构设计 PAGE

13、REF _Toc293476135 h 7 HYPERLINK l _Toc293476136 2.1整体结构构布局 PAGEREF _Toc293476136 h 7 HYPERLINK l _Toc293476137 2.2驱动部分分 PAGEREF _Toc293476137 h 9 HYPERLINK l _Toc293476138 2.3吸尘部分分 PAGEREF _Toc293476138 h 10 HYPERLINK l _Toc293476139 2.4电源部分分 PAGEREF _Toc293476139 h 10 HYPERLINK l _Toc293476140 2.5路

14、径规划划算法 PAGEREF _Toc293476140 h 11 HYPERLINK l _Toc293476141 2.6仿真结果果 PAGEREF _Toc293476141 h 13 HYPERLINK l _Toc293476142 第三章 硬件控控制部分设计计 PAGEREF _Toc293476142 h 11 HYPERLINK l _Toc293476143 3.1 ATT89系列单单片机简介 PAGEREF _Toc293476143 h 14 HYPERLINK l _Toc293476144 3.2 外围电电路 PAGEREF _Toc293476144 h 15 HY

15、PERLINK l _Toc293476145 (1)电源 PAGEREF _Toc293476145 h 115 HYPERLINK l _Toc293476146 (2)复位电路路 PAGEREF _Toc293476146 h 16 HYPERLINK l _Toc293476147 (3)时钟电路路 PAGEREF _Toc293476147 h 17 HYPERLINK l _Toc293476148 3.3 电机机驱动电路 PAGEREF _Toc293476148 h 18 HYPERLINK l _Toc293476149 3.4 检测测电路 PAGEREF _Toc29347

16、6149 h 20 HYPERLINK l _Toc293476150 3.5 光电编编码器 PAGEREF _Toc293476150 h 23 HYPERLINK l _Toc293476151 第四章 控制制系统软件设设计 PAGEREF _Toc293476151 h 25 HYPERLINK l _Toc293476152 4.1控制系统统软件设计 PAGEREF _Toc293476152 h 25 HYPERLINK l _Toc293476153 4.2 AT889C51定定时器设置 PAGEREF _Toc293476153 h 27 HYPERLINK l _Toc2934

17、76154 1.计数寄存器器TH和TL PAGEREF _Toc293476154 h 28 HYPERLINK l _Toc293476155 2.T/C控制制寄存器TCCON PAGEREF _Toc293476155 h 28 HYPERLINK l _Toc293476156 3.T/C方式式控制寄存器器TMOD PAGEREF _Toc293476156 h 28 HYPERLINK l _Toc293476157 4.3 ATT89C511中断设置 PAGEREF _Toc293476157 h 29 HYPERLINK l _Toc293476158 (1)中断允许许寄存器 PA

18、GEREF _Toc293476158 h 29 HYPERLINK l _Toc293476159 (2)中断优先先级寄存器IIP PAGEREF _Toc293476159 h 30 HYPERLINK l _Toc293476160 4.4 正反反转控制字赋赋值及存储位位置 PAGEREF _Toc293476160 h 31 HYPERLINK l _Toc293476161 第五章 机器人人旋转偏差和和直线前行偏偏差的脉冲数数计算 PAGEREF _Toc293476161 h 33 HYPERLINK l _Toc293476162 第六章 程序序的编写 PAGEREF _Toc2

19、93476162 h 35 HYPERLINK l _Toc293476163 参考文献: PAGEREF _Toc293476163 h 440致谢41 PAGE 45 小型清扫机器器人的控制部部分设计摘要 清扫机器人属于于服务机器人人的一种，世世界各国尤其其是西方发达达国家都在致致力于研究开开发和广泛使使用服务机器器人。如果清清扫机器人的的性价比足够够高，那么清清扫机器人的的市场将会被被看好。本文介绍了清洁洁机器人在国国内外发展现现状和应用情情况，侧重研研究了清洁机机器人的避障障控制系统。结结合实验室实实际条件，设设计了机器人人样机。其主主要工作内容容包括:小车机械本本体设计、控控制理论的

20、介介绍、AT889C51单单片机控制系系统硬件电路路及检测电路路设计、控制制系统软件设设计和机器人人避障性能测测试试验。通过实验表明所所设计的机器器人样机能够够实现自主避避碰的功能，达达到设计要求求。关键词:清洁机机器人;避障;AT889C51单单片机 Smaall clleaninng robbot coontroll secttion ddesignnAbstracct Cleeaningg roboot is one ppart oof thee servving rrobot.Servving rrobot is beeingreesearcched aand deevelopped

21、inn the counttries all oover tthe woorld,aand whhich iis beiinguseed widdely iin thee westt deveelopedd counntriess.If tthe raate off quallity aand prrice oof theecleanning rrobot is hiighly enouggh ,thhe marrket oof thee cleaaning robott woulld bepprospeered.The papper sttudiess the appliicatioons

22、annd devvelopmments of clleaninng robbot atthome and aabroadd, andd reseearchees thee conttrol ssystemm of tthe clleaninng robbot avvoidinnga obbstaclle maiinly.TThe moodel iis dessignedd undeer thee actuual coonditiion off the lab. The mmain wwork oof thee papeer is as foollowss. Thee mechhanicaal

23、dessign oof cleeaningg roboot,theetheorry of the ccontrool sysstem, the ddesignn of ccontrool sysstem oof harrdwaree circcuit aandsofftwaree baseed on AT89CC51 SCCM, thhe dessign oof insspectiive ciircuitt and theexxperimment oof perrformaance oof thee cleaaning robott avoiiding a obsstaclee.The res

24、sult oof thee expeerimennt shoows thhat thhe robbot deesigneed hass the functtionsoof avooidingg a obbstaclle, soo it ffills the ddemandd of tthe taask.Key worrks: cleanning rrobot; avoiid a oobstaccle; AAT89C551 SCMM第一章 绪论1.1 国内内产品研究状状况在国内的一些大大学，如哈尔尔滨工业大学学、华南理工工大学、上海海交通大学等等单位也对清清扫机器人进进行了大量的的研究并取得得了

25、一些成果果，对清扫机机器人相关技技术如机器感感知、机器人人导航和定位位与路径规划划、机器人控控制、电源与与电源管理、动动力驱动等技技术的研究则则更多，这些些都为清扫机机器人的研究究开发和推广广奠定了物质质基础和技术术基础。哈尔滨工业大学学于90年代开始始致力于这方方面的研究，与与香港中文大大学合作，联联合研制开发发出一种全方方位移动清扫扫机器人。该该机器人具有有如下特点：采用全方位位移动技术，使使机器人可执执行对狭窄区区域等死区的的清扫任务；采用开放式式机器人铰制制结构，实现现硬件可扩展展，软件可移移植、可继承承，使机器人人作为服务载载体具有更好好的功能适应应性；在拥挤挤环境下的实实时避障功能

26、能，能更好地地适应不断变变化的清扫工工作环境；遥遥控操作和自自主运动两种种运行方式；吸尘机构可可实现吸尘腔腔路的自动转转换，提高了了吸尘效率。浙江大学于19999年初在在浙江大学机机械电子研究究所开始进行行智能吸尘机机器人的研究究，两年后设设计成功国内内第一个具有有初步智能的的自主吸尘机机器人。这种种智能吸尘机机器人工作时时，首先进行行环境学习：利用超声波波传感器测距距，与墙保持持一定距离行行走，在清洁洁这些角落的的同时获得房房间的尺寸信信息，从而决决定清扫时间间；之后，利利用随机和局局部遍历规划划相结合的策策略产生高效效的清扫路径径；清扫结束束以后，自行行回到充电座座补充电力。吸吸尘机器人在

27、在5.53.5m22的实际家庭庭环境中，工工作10分钟可以以达到90%以上的覆盖盖率。更大房房间的清扫试试验还没有进进行。目前，系系统正在引入入机器视觉和和全局图1国内公司生生产的机器人人KV8Fig1-7 roboots doomestiic prooductiion KVV8定位功能，力图图在多房间环环境下，提高高自定位能力力、智能决策策能力以及回回归充电效率率，最终提高高清扫效率。如如图1所示。KV88保洁机器人人是今年在市市场以低价位位卖得比较火火的一款产品品，也是国内内首个产品化化清扫机器人人。它广泛用用于家庭、办办公和娱乐场场所，以及其其它一些人员员不便进入的的地方。KVV8能够通

28、过过自身的碰撞撞传感器来实实现随机的清清扫和碰撞处处理，需要人人工对其电池池进行充电，有有三种工作模模式可以选择择，在启动时时伴有音乐声声。1.2 研究的的目的和意义义清扫机器人将移移动机器人技技术和吸尘器器技术有机地地融合起来，实实现室内环境境（地面）的的半自动或全全自动清洁，替替代传统繁重重的人工清洁洁工作，近年年来已受到国国内外的研究究人员重视。作作为智能移动动机器人的一一个特殊应用用，从技术方方面讲，智能能化清扫机器器人比较具体体地体现了移移动机器人的的多项关键技技术，具有较较强的代表性性。从市场前前景角度讲，清清扫机器人将将大大降低劳劳动强度、提提高劳动效率率，适用于家家庭和公共场场

29、馆的室内清清洁。因此，开开发自主智能能吸尘器既具具有科研上的的挑战性，又又具有广阔的的市场前景。融合现代传感器器以及机器人人领域的关键键技术，本课课题旨在开发发一部价格便便宜，全区域域覆盖，能够够充分满足家家庭需求且方方便适用的智智能家庭清扫扫机器人。使使它可以替代代传统的家庭庭人工清扫方方式，使家庭庭生活电气化化、智能化，使使科技更好地地为人类服务务。1.3 设计的的重点和难点点由前面的设计家家庭清洁机器器人的工作内内容和要求，在在宽400高100的体积积下如何设计计和布置好清清扫机构，行行走机构，吸吸尘机构和储储存垃圾机构构。遍历方式的选择择，以及如何何用软件控制制实现其避障障功能1.4家

30、庭清扫扫机器人的关关键技术家庭清洁机器人人的关键技术术吸尘机器人人系统通常由由四个部分组组成:移动机构、感感知系统、控控制系统和吸吸尘系统。移移动机构是吸吸尘机器人的的主体,决定了吸尘尘器的运动空空间,一般采用轮轮式机构。感感知系统一般般采用超声波波测距仪、接接触和接近传传感器、红外外线传感器等等。随着近年年来计算机技技术、人工智智能技术、传传感技术以及及移动机器人人技术的迅速速发展,清扫机器人人控制系统的的研究和开发发已具备了坚坚实的基础和和良好的发展展前景。清扫扫机器人的控控制与工作环环境往往是不不确定的或多多变的,因此必须兼兼顾安全可靠靠性、抗干扰扰性以及清洁洁度。用传感感器探测环境境、

31、分析信号号,以及通过适适当的建模方方法来理解环环境,具有特别重重要的意义。目目前发展较快快、对清扫机机器人发展影影响较大的关关键技术是:传感技术、智智能控制技术术、路径规划划技术、吸尘尘技术、电源源技术等。传感技术为了让吸尘机器器人正常工作作,必须对机器器人位置、姿姿态、速度和和系统内部状状态进行监控控,还要感知机机器人所处工工作环境的静静态和动态信信息,使得吸尘机机器人相应的的工作顺序和和操作内容能能自然地适应应工作环境的的变化。1.5 总结也也展望发展趋势虽然清扫机器人人的研究已经经取得了很大大进步,进入了实用用阶段,但是自主能能力、工作效效率方面还不不理想,需要在技术术上解决传感感器技术

32、、定定位和环境建建模技术.在此基础上上,自主吸尘机机器人可以向向着高度智能能化、多功能能集成、低成成本的方向发发展。展望尽管目前价廉物物美的吸尘器器给人们的清清洁工作带来来了一定的便便利,但过大的噪噪音依然让大大多数使用者者望而却步。清清扫机器人作作为服务机器器人领域中的的一个新产品品,将使人们能能在无人看守守情况下轻松松地完成室内内环境的吸尘尘等清洁工作作。因此,只要生产成成本兼顾到日日用电器批量量大、价格低低的特点, 清扫机器人人将具有诱人人的市场前景景,有关资料也也预测清扫机机器人是未来来几年需求量量最大的服务务机器人。特特别是日用清清洁电器不论论是在市场上上或者是在产产品的创新上上,绝

33、对是所有有小家电产品品中最活跃的的,未来仍有相相当大的成长长空间。尽管管目前国内外外在清扫机器器人研究开发发方面已取得得一定的成果果,但成本过高高和许多关键键技术问题尚尚急待解决或或提高,主要有以下下几个方面: (1)目前,价价格过高是严严重影响清扫扫机器人打入入家电市场的的主要因素,因此为了大大幅度降低其其成本,我们必须开开发专用运动动控制和数字字处理芯片以以及微型传感感器。其次,应该看到蓝蓝牙技术在家家电行业的应应用前景,通过采用蓝蓝牙技术将过过高的数字处处理器成本转转移到用户的的个人电脑上上,则有望在短短期内将清扫扫机器人的成成本控制在千千元左右。(2)未来的清清扫机器人将将向智能化和和

34、自主式发展展,因此我们必必须结合现有有的基于自适适应控制、模模糊逻辑、遗遗传算法等的的移动机器人人运动规划和和控制技术,研究开发出出对环境变化化具有良好的的自适应性和和鲁棒性、对对环境障碍物物具有安全可可靠的防碰撞撞功能的智能能运动规划与与控制器,使吸尘机器器人完成与人人工操作质量量相同甚至更更好的吸尘工工作。 (3)为了有效地地提高清洁的的质量,还需要对现现有的吸尘技技术进行改进进。根据环境境的脏洁程度度,采用模糊逻逻辑等技术设设计合理的吸吸尘时间以及及相协调的机机器人运动速速度,确保满意的的吸尘效果。(4)电源技术术是吸尘机器器人的核心之之一,除了有效地地提高机器人人运动和吸尘尘速度以延长

35、长电池的实际际吸尘时间外外,还尚需优化化自动充电方方案,保证机器人人能及时进行行充电,自动完成对对指定环境的的吸尘任务。随随着吸尘机器器人关键技术术和性能价格格比的不断提提高或改进,相信根据现现有的软硬件件条件,未来几年内内就会推出价价格适中的全全自动吸尘机机器人产品,进而使吸尘尘机器人能像像普通家电产产品一样走进进千家万户,为这一高新新技术产品带带来可观的市市场和经济效效益。 1.6论文主主要完成工作作课题主要完成的的工作包括清清洁机器人结结构设计，驱驱动电机选择择，传感器的的选择，控制制算法的研究究，硬件电路路设计和软件件编程及试验验。1.机械结构部部分 包括机器人构构成方案选择择、机器人

36、本本体机构设计计和驱动电机机的选择2.避障系统控控制方案 包括机器人障障碍检测系统统、定位系统统的确定和控控制算法的选选择3.控制系统硬硬件部分包括AT89CC51单片机机控制系统硬硬件电路设计计、电机驱动动电路设计和和传感器检测硬件电路路设计4.控制系统软软件部分包括AT89CC51单片机机控制系统系系统软件设计计 第二章 总体结结构设计2.1整体结构构布局整个机器人的结结构由车体,吸尘装置,传感部分,控制部分组组成。传感部分包括车车身两侧的光光电传感器和和前面的碰板板和光电开关关组成的接触触式传感器。机机器人前轮为为随动轮,后轮采用差差动式驱动,光电编码器器装在前随动动轮上,与随动轮同同轴

37、。当发生生碰撞时,碰板带动光光开关移动产产生信号变化化。光电传感感器对车体侧侧面进行探测测，判断左右右转弯是否可可行。如结构构简图2所示：碰板光电传感器碰板光电传感器检测悬空的光电传感器随动轮两独立驱动轮吸尘入口两反向旋转的边刷 图22 清扫机机器人结构示示意图考虑到机构和控控制的复杂性性,本清扫机器人人采用圆形车车体,圆形车体的的最大优点是是运动灵活,控制简单,不会发生卡卡死的现象。车体前端是一个个碰板系统由由一套机械装装置和光电开开关组成,用于检测运运动前方的障障碍物。左右右二个后轮独独立驱动,每个轮子都都有电机、光光电传感器,各自是一个个独立的系统统,只接受控制制系统的控制制信号和反馈馈

38、给控制系统统运动信息。中中间镂空的部部分是清扫系系统,包括二个电电机驱动的一一个清扫装置置和一个吸尘尘装置。车体体左右二侧装装有二个光电电传感器,用于对小车车转弯可行性性判断。前轮轮的支撑部分分是一个垂直直方向可滑动动杆,中间有弹簧簧做缓冲(运动的时候候也有减震的的作用)。 本机器器人没有采用用阵列式碰撞撞传感器。而而是独立设计计了一块碰板板和光电开关关组成,它可以检测测到车体前方方的一切障碍碍物,不存在任何何盲点。弧形形的碰板通过过2个连杆和车车体铰接在一一起,连杆和碰板板连接的部分分可以沿碰板板外径方向滑滑动,而和车体连连接的部分可可以旋转,碰板二端和和光电开关相相连,当碰撞引发发碰板移动

39、后后,通过光电开开关的变化把把信号反馈给给控制系统。碰碰板可以把障障碍物的位置置分为3类:正前方,前方,右前方。通通过2个光电开关关的组合状态态给出,如果2个光电开关关的初始状态态是0。如表1所示。表1 碰撞检测测对照表左光电开关0011右光电开关0101障碍物位置未碰撞右前左前正前整个清扫系统通通过后方的圆圆孔和车体相相铰接,可以作很小小幅度的摆动动,这样的设计计将使机器人人对地面的适适应性有很大大提高,整个清扫系系统又可以分分为清扫部分分和吸尘部分分,每部分各有有1个电机提供供动力,清扫部分在在前端,由电机带动动2个旋转方向向不同的滚刷刷转动,从而把纸片片等大块垃圾圾清扫进后面面的灰尘箱。

40、后后面的吸尘系系统类似一个个吸尘器,橡胶制成的的吸尘端口与与地面相接。这这样双选择性性的清扫比一一般地单一清清扫方式效果果要好的多。2.2驱动部分分驱动部分是由两两个四相步进进电机以及相相应的驱动机机构组成的。步步进电机带动动两驱动轮，后轮， 从而推动吸吸尘器运动。前前轮不再采用用传统的双轮轮结构, 而采用了了应用非常广广泛的平面轴轴承, 这既减小小了结构复度度, 又提高了了转弯的灵活活性如图4 图4 驱动结构构通过改变作用于于步进电机的的脉冲信号的的频率, 可以对步步进电机实现现较高精度的的调速。同时时在对两电机机分别施相同同或不同脉冲冲信号时, 通过差速方方式, 可以方便便的实现吸尘尘器前

41、进、左左转、右转、后后退、调头等等功能。这一一设计的最大大优点是吸尘尘器能够在任任意半径下, 以任意速速度实现转弯弯, 甚至当两两后轮相互反反向运动时, 实现零转转弯半径即绕轴中点点原地施转动动。同时转弯弯的速度可通通过改变单片片机的程序来来调节。根据所需的驱动动力矩和其它它结构要求，驱驱动电机选用用北京四通集集团公司的557BYG2250E-SSAFRMLL-01522型两相混合合式步进电动动机。其参数数如表2.22所示;表2.2 557BYG2250E-SSAFRMLL-01522步进电机参参数 相数2步距角（）0.9/1.88静态相电流（AA）1.5相电阻（）1.0相电感（Mh）5.3保

42、持转矩（Nmm）1.5定位转矩（Nmm）0.06空载启动频率（半半步方式）（KKHz）3重量（Kg）1.5转动惯量（gcc）3302.3吸尘部分分吸尘部分是由封封闭在壳体中中的小型吸尘尘器完成的。包包括气泵，吸吸室，吸道和和吸嘴。在吸吸尘器爬行的的过程中，通通过底盘上开开的吸嘴将扫扫过的地面上上的灰尘吸入入吸室。 2.4电源部分分由于智能吸尘器器是以自主方方式工作的，因因而所用的电电源不是一般般脱线方式，而而是采用随身身携带的蓄电电池，这样不不但可实现无无人控制，而而且工作时比比较灵活。一一次充电可以以连续工作几几个小时。2.5路径规划划算法在本算法中,机机器人的路径径大体分为两两类: 面覆盖

43、的过过程,机器人走直直线,相当于一个个”迂回推进”的过程; 从当前点到到目标点的寻寻径过程,从定位的准准确性考虑,路径段也为为直线。开始始的时候机器器人选择房间间的一个角落落( 2座墙壁壁的交接点,便于机器人人定位)作为初始点点,坐标为(0, 0) ,即机器人上上的p点坐标为(00, 0) (本文中的的坐标都是指指p点坐标) ,沿一侧墙的的方向建立XX轴,第一次清扫扫沿X 轴的方向向,完成后,返回原点,沿Y轴方向进行行第二次清扫扫。这样既保保证了清洁质质量,又在很大程程度上避免了了1次清扫所带带来的死角问问题。而且由由于2个方向的互互补性,并不需要为为了遍历的完完整性而采用用更为烦杂的的算法,

44、通过2次数据融合合就可以得到到较为精确的的环境信息机机器人的路径径为迂回前进进的路径段,每个路径段段的间隔为机机器人清洁机机构的清扫直直径,碰到障碍物物后,机器人的转转向90并且侧移200cm ,在转向90，这个动作作由控制系统统做好保存,直接调用,记为micrro1 。(在前进过程程中,发生碰撞时时,机器人的转转向所采取的的方向,取值可以为为”左”或者”右”,由碰撞次数数的奇偶性决决定。 沿X 轴方方向的遍历图图 沿沿X轴方向的的仿真图 沿YY轴方向的遍遍历图 沿沿Y轴方向的的仿真图 前可行的方法就就是通过建立被被控制对象的的模糊模型来来实现模糊控控制器。所谓建立被控制制对象的模糊糊模型就是

45、用用“如果一一那那么”的形式来描描述被控对象的动态态特性。一条条“如果那么”表达式就是是一条控制规规则，因此被被控制对象的的模型是由多多条控制规则则组成的，这这样通过该模模型就可以从从输入推理得得出输出。具体到本课题，模模糊规则设定定如下:规则1:如果机机器人前方为为阶梯（沿XX轴方向遍历历），那么它它应该左转一一前行一再左左转；(把此此类型障碍物物当作墙来处处理)规则2:如果机机器人前方有有障碍物（沿沿X轴方向遍遍历），同时时左侧也有障障碍物，那么么它应该原地地转弯1800度；（记为为左转为不可可行）规则3:如果机机器人悬空，那那么它应该执执行电源关操操作规则4:如果机机器人前方为为阶梯（沿

46、YY轴方向遍历历），那么它它应该从右转转一前行一再再右转；(把把此类型障碍碍物当作墙来来处理) 规则5:如果机机器人前方有有障碍物（沿沿Y轴方向遍遍历），同时时右侧也有障障碍物，那么么它应该原地地转弯1800度；（记为为右转为不可可行）规则6:如果机机器人右前方方没有障碍物物，那么它应应该直线前行行；规则7:如果机机器人沿X轴轴方向遍历完完成，那么执执行沿Y轴方方向的遍历；（完成与否否的判定根据据是否有连续续两次转弯不不可行）规则8:如果机机器人完成了了沿X轴和YY轴方向的遍遍历，那么小小车执行回充充电插座充电电；2.6仿真结果果由于只是表达路路径规划的算算法,为了描述清清晰及简便,采用矩形环

47、环境边缘,障碍物也选选用边缘规则则的矩形,UU型等,而实际上由由于采用碰撞撞作为边缘触触发条件。根根据清扫机器器人沿X,YY轴方向的仿仿真图我们可可以较为准确确的得到房间间整个环境内内容。第三章 硬件控控制部分设计计 在实际际应用中，机机器人车体下下部需安装吸吸尘或清扫等等辅助机构，故故控制系统安装在小车车底板的上面面。控制系统统硬件主要包包括AT899C51单片片机控制系统及其外围电路路、电机驱动动电路和传感感器检测电路路。3.1 ATT89系列单单片机简介 机器人人的控制系统统采用的是AAT89C551单片机。ATT89系列单单片机是ATMEL公司司的系列产品品。其主要特特点如下: .与M

48、CSS-51”产品兼容 .10000次重复编程程/擦写 .具有2. 7V低电电压型号 表3. 1 AAT89系列列单片机的性性能参数功能参数AT89C511AT89C52289C1051189C20511闪速式存储器（字字节）4K8K1K2K内存（字节）12825664128工作频率（MHHz）24242424输入/输出线3232151516位定时器/数器2312中断源5835串行口11013.2 外围电电路(1)电源AT89C511单片机正常常工作时，其其40脚(Vcc)接+SV电源，20脚(VSS接地地。本此处省略NNNNNNNNNNNNNNN字。如需要要完整说明书书和CAD图图纸等.请联

49、联系扣扣：二五一一三三三四零八 另提供全套套机械毕业设设计下载！ AJMP LOOOP1 DLY： MOOV R4，#M ;通过改变MM,M1的值值调整转速DLY1：MOOV A，#M1 LOOP2: DEC AA JNZ LOOOP2DJNZ R4，DDLY1 RET左轮控制程序： ZZLKZ: PUSH AA ；保保护现场 MOV A，R0 MOV PP1.3，AA ；输出出控制脉冲 ACALL DLYY ；调用延延时程序 INC R0 ；控制字字存储地址增增1 MOV A，#00H ORL A，R0 ；是结束标标志转移 JZZ TPLL LOOP1： DJNZ RR3，LOOOP ；步数

50、数不为0，转转移 POP A RET TPL： MOOV A，RR0 ；恢复控制制字首址 SUBB A，#06H MOV R0，AA AJMP LOOOP1 DLY： MOOV R4，#M ;通过改变MM,M1的值值调整转速DLY1：MOOV A，#M1 LOOP2: DEC AA JNZ LOOOP2DJNZ R4，DDLY1 RET参考文献:1 刘凤凤然，田红岩岩，王侃.基基于单片机的的移动机器人人自动避障控控制系统.2 白井井良明.王棣棣棠译.机器器人工程.科科学出版社，22001: 97-999页3 马书书雷.20001:机器人人移动机构及及控制研究.哈尔滨工程程大学硕士学学位论文.7

51、7一11页4 杨可可祯，程光蕴蕴.机械设计计基础(第三三版)高等教教育出版社，11998.5 刘宝宝廷，程树康康等.步进电电动机及其驱驱动控制系统统.哈尔滨工工业大学出版版社，199976 577BYG2550E-SAAFRML-0152型型两相混合式式步进电机技技术说明书.北京四通集集团公司7 张立勋勋，王立权，杨杨勇.机械电电子学.哈尔尔滨工程大学学出版社，11999: 120一1140页8 李建忠忠编著.单片片机原理及应应用.西安电电子科技大学学出版社，22002: 14页，442页9 季维发发，过润秋，严严武升.机电电一体化技术术.哈尔滨工工程大学出版版社，19999: 2770-27

52、11页10 SIIi-204402A两相相混合式步进进电动机细分分驱动器说明明书.北京四四通电机集团团公司.11 E330-DS550NA直接接反射型光电电开关说明书书.飞凌传感感器有限公司司.12 陈理理璧. 步步进电动机及及其应用MM,上海科科学技术出版版社13蔡自自兴,徐光光. 人工智智能及其应用用 M . 北京:清华大学出出版社,19996.14 李鸿鸿主编.单片片机原理及应应用M, 湖南：湖南大学出出版社，20004 15 韩全全立，王建明明.单片机控控制技术及应应用M,北京：电子子工业出版社社，20044 16 周平平，伍云辉.单片机应用用技术M,四川：电电子科技大学学出版社，22

53、004 17 胡伟伟，季晓衡. 单片机机C 程序设设计及应用实实例M,北京：人民民邮电出版社社， 20004 18 朱定定华.微型计计算机原理及及应用M,北京：电电子工业大学学出版社,22005.112 19 孟江江华,朱纪红红,孙增圻.未知环境下下基于传感器器的移动机器器人路径规划划新方法 J.机器器人,20005 7 :319 - 32420 汤阳,戴光智智,王锐鹏. 家用自主主吸尘机器人人的研究和开开发J.计算机测量量与控制,22006,114 11 :15544 - 15556.21 李文文江，张岩.用L2988 实现雷管管脚线合股剥剥皮机多步进进电机控制J，辽宁宁工程技术大大学学报，

54、22005.22 22 赵龙龙庆，徐国栋栋.一种基与与单片机的步步进电机控制制驱动器JJ，西南林林学院 学学报，20005.6 致 谢随着毕业设计的的完成，我的的大学生涯很很快就要划上上句号。临近近毕业，更多多的是眷恋与与不舍，四年年，一段不短短的时间，让让我从青涩走走向成熟。回回顾这一程求求学路，给我我帮助的人太太多太多，在在此学业即将将完成之际对对他们献上我我诚挚的谢意意。饮其流时思其源源，成吾学时时念吾师。值值此论文完成成之际，谨向向我尊敬的指指导老师周老老师及助教姚姚小海助教致致以诚挚的谢谢意和崇高的的敬意。论文文期间，老师师们不顾教务务的繁忙，设设身处地的为为我们找资料料，查文献，解

55、解决我们遇到到的很多问题题，力争让我我们的论文做做到完美。“授授人以鱼，不不如授之以渔渔”您教会我我们的更重要要的是学习的的方法。您还还教会我们待待人接物和为为人处世的道道理：您的勤奋，让让我明白天道道酬勤要坚持持始终；您的博学，让让我知道学海海无涯仍需努努力；您的朴实，让让我明白善良良的价值。生生活中，您还还教我们如何何真诚做人、做做事不拖沓。老师平平易近人的人人格魅力，严严谨进取的治治学精神和乐乐观向上的生生活态度，将将是我今后生生活工作中的的指路航标。桃桃李不言，下下自成蹊；师师恩深厚，不不敢言报。唯唯有今后以百百倍热情工作作、学习，力力争有所建树树，以报师恩恩于万一。临临别之际，真真诚

56、的祝福秦秦老师：身体体健康，生活活顺心！ 最后向向评审论文及及参加本人论论文答辩的各各位老师献上上诚挚的谢意意！您们辛苦苦了！叠层陶瓷喷嘴的的冲蚀磨损（译译文）邓建新，刘丽丽丽，赵进龙，孙孙军龙山东大学机械工工程系，中国国山东省济南南 2500061，接稿 20066 年 3 月 31 日；收搞 2006 年 6 月月 30 日日摘要SiC/（W,Ti)C叠叠层结构的陶陶瓷喷嘴通过过热压成形，热热压是为了减减少喷嘴进出出口区域的拉拉应力。在合合成物的烧结结过程中由于于SiC和(W,Ti)C固溶体的的热量膨胀系系数和收缩率率不同将导致致残余应力产产生，通过有有限元方法可可以分析该残残余应力。叠叠

57、层陶瓷喷嘴嘴的冲蚀磨损损是由沙粒的的冲击产生，这这个实验结果果和一个在相相同条件下不不受压应力的的参考喷嘴实实验结果相比比较而得。这这个实验的结结论已经表明明叠层陶瓷喷喷嘴比相类似似的自由应力力喷嘴有更高高的抵抗冲蚀蚀磨损性能。1.引言喷沙处理是一个个研磨的加工工程序并且广广泛地作为表表面的加强1,表面面的修正22表面的清清理和除锈,等等。它适适用于硬且脆脆的材料, 易延展的金金属，合金和和非金属的材材处理。在沙沙喷的过程中中，从喷嘴里里出来的高速速喷射的精细细研磨微粒和和载流气体撞撞击目标对象象的表面来冲冲蚀该表面。精精细微粒通常常由高于几倍倍大气压的气气流来加速。粒粒子直接对表表面进行处理

58、理。当粒子冲冲击表面时, 粒子引起起一个小的破破碎，气流会会将研磨粒子子和已破碎的的粒子带离去去。喷嘴是喷喷沙设备中最最紧要关头的的部份。有许许多因素影响响力喷嘴的磨磨损如：流量量率和冲击角角度，冲蚀研研磨剂性能，喷喷嘴的材料和和它的几何形形状，温度。有有高耐磨性的的陶瓷有很大大的潜力做为为沙喷的喷嘴嘴材料。一些研究已经显显示陶瓷喷嘴嘴的进口区域域展现了一个个感应去除程程序的脆性破破碎而中央的的区域显示出出材料切除模模态的耕犁类类型。在沙喷喷中当冲蚀的的微粒以高的的角度 ( 将近 900 ) 冲撞喷喷嘴进口区段段 (见到图图1) ，喷喷嘴进口区域域遭受形严重重的研磨冲击击, 这可能能引起大的张

59、张应力。最高高的张应力位位于喷嘴的进进口区域。因因此，喷嘴进进口区域的冲冲蚀磨损相对对于中心区域域的磨损来说说，总是严重重的。图1 沙喷过过程中冲蚀粒粒子与喷嘴间间的作用示意意图 由不同同材料的交替替层构成的叠叠层混合结构构能适当地被被设计, 促促使对一个表表面产生压缩缩残余应力，从从而提高了表表面的机械性性能和耐磨性性。残余应力力增大主要是是在于热膨胀胀系数 (CCTE) ，烧烧结率，相阶阶段和相邻层层的弹性模量量之间的搭配配, 并且残残余应力区域域决定于分层层的结构几何何形状和层之之间的厚度比比率。 Tooschi 等人报告叠叠层混合结构构能改善氧化化铝的滑动耐耐磨性。Poortu 等等人

60、表明表面面区域受压缩缩残余应力的的叠层结构组组成而得的混混合物材料能能具备更好的的磨擦性能。邓邓教授等人证证实倾斜的陶陶瓷喷嘴能展展现出比一般般位置的陶瓷瓷喷嘴更高的的耐磨性。 目前的的研究中, SiC/(W,Ti)C 叠层结结构的陶瓷喷喷嘴为了要在在喷嘴的进出出口区域减少少张应力 , 靠热压的的方式生产。在在烧结过程式式中叠层喷嘴嘴的残余应力力由有限元方方法计算而得得。叠层陶瓷瓷喷嘴冲蚀磨磨损对照于相相同的条件下下一个不受应应力的叁考喷喷嘴而被考查查。2材料和实验验步骤2.1. 准备备叠层陶瓷喷喷嘴材料SiiC /(WW,Ti)CC 开始的材料是(W,Ti)C固溶体粉粉末，平均颗颗粒大约为0