扫地机器人原理及实现

扫地机器人结及控制统设计自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向理和技术上讲动清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术较强的代表性市场前景角度讲动清扫机器人将大大低劳动强度高动效率适于宾馆店书馆、办公场所和大众家庭开自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。家用智能清扫机，包括计算机、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开关操电位计等在扫机的部共设有三个超声波距离传感器扫底部前方边沿安装有5个接近开关，接近开关与声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有两台直流电机清扫机的底部安装有吸尘器机构动扫机器人的功能是自动完成房间空旷地面尤其是家居空旷地面的清扫除尘任务，打扫前，要把房间里的物体紧靠四周墙壁，腾出空旷地面扫机完成的主要功能自动走遍所以可进入的房间以自动清扫吸尘，可在遥控和手控状态下清扫吸尘。本文所介绍的自动清扫机器人的总体布局方案如1所示，前后两轮为万向轮，左右两轮为驱动轮动设计采用两独立且各由两台步进电动机驱动的转向方式过制左右两轮的速度差来实现转向虑到机器人实际应用的实用性驱系统设计成一个独立的可方便替换的模块机人动系统发生故障时需简单步骤就可以对驱动部分进行替换。同时为了机器人能够灵活的运动，从动轮选用万向轮。下图为自动清扫机的三维立体图：

精选文库自动清扫机器人车箱体采用框架式结构下上分隔成三个空间一装配各运动部件的驱动电机动构二层为垃圾存储空间三装配机器人控制系统线、--2

精选文库电源电池、开关等。自动清扫机器人控制系统硬件主要是以单片机AT89C51作核心辅其外围电路、电机驱动电路、传感器检测电路以及红外遥控电路等各模块在片机的控制下，相互协调工作，保证自动清扫机器人各种功能的实现该控制系框图如图2所传器在清扫机器人的布置如图下所示图中红色的圆点代六个红外传感器的位置。下图为清扫机的硬件系统：步进电机作为执行元件广泛应用于各种自动化设备中进机和普通电动机不同之处在于它是一种可以将电脉冲信号转化为角位移的执行机构中递转矩的同时还可以控制角位移或速度研究中采用两台步进电机分别驱动两个驱动轮过电方式的不同使自动清扫机器人的行走机构达到前进退、左转、右转的运动姿态。自动清扫机器人的吸尘器则采用直流电机（H桥电路）驱动。--3

精选文库下图为步进电机驱动电路：采用以AT89C51单机为核心的外接收电路和步进电机驱动电路遥控器发射不同的码值来控制步进电机的正转、反转、加速减速以及启动停止。单片机通过对红外信号的解码来实现步进电机的变速。红外发射器原理图如下所示：设计行走功能模块程序设计系统选用了图所示行方案。程序设计时要考虑:吸尘在外圈行走,为了免接近开关中断对程序运行的干扰,应对接近开关的中断处理序做相应处理由吸尘器两动力轮的中心与车体中心不重合故用以--4

精选文库一轮为中心的旋转方式并通过检测转弯标志位或0)判断转向。在墙角转弯时处，根据吸尘器外形的几何尺寸计算吸尘器遇墙停止,后退再转弯的时间器圈行走时的转弯依靠转弯设定值实现。当超声波传感器1的值小于等于设定值,吸尘转弯。考虑到超声波传感器的最小量程为5m,第圈内圈行走的转弯设定值设定为50cm,以后圈的转弯设定值递增30cm。吸尘器单向行驶至转弯结束的过程称为一次单向清扫过程某单向行结束后检测到超声波传感器1的值于转弯设定,则尘器原地再次转弯然前进至墙停,整房清扫完毕。设计躲避障碍物功能模块程序设计避障总规:利用声波实测值与已测得的房间长(宽)值的比较判断某次单向扫途中是否有障碍物。若有障碍:行时若为左转采用左避让规;行走若为右转,用右避让规则物开后按行走规则继续行;若无障碍物按行规则继续行转弯前应判断是否有足够的空间供机器人吸尘器转弯。若吸尘器可以转,则转弯,本单向清扫完毕若吸尘器不能转弯说明次单向清扫起始点处有障碍,后退避障碍物后再转,进至通过障碍物边线,本次向清扫完毕障功能是在行走功能基上实现,为内圈避障程序设计和外圈程序设计完毕的判断方案用圈行走结束后清扫区域的精确长值与内圈行走轨迹宽度30cm相,即为长向上各自所需的单向清扫次,余数则说明还有一块宽度小于cm的形区域需要清扫。在执行内圈避障,只要长或宽任意方向上的单向清扫次数达到所需的次数即认清扫完毕,剩矩形区域的清扫在终止模块中完成。车体姿态调整功能模块程序设计，为保证车体运行时不偏离轨道,采用螺仪传器监视车体运动状况。当车体偏移量达到一定值,过控制行进方式调整车体姿态。当车体偏转角度大于10%时开始调--5

精选文库整车体姿态先断车体偏转方向并记录车体偏转角度使体能最大限度地回到原位置,采一个动力轮不动另动力轮倒转的方式实现车体姿态调整该方案调整车体位置后车体不一定能恰好回到原位,但误差已经很,可满足系统设计要求体姿态调整程序流程如图所示。主控程序是吸尘器工作的主体逻辑。在主控程序中需要完DSP的初始化设,考各功能模块间的逻辑关,实对子程序的调用并要充分考虑到各级中断信号对程序运行的影响做出确的处理、协调。主控程序流程如图所示操键盘时接近开关可能会工,这有能导致程序运行出错,故SP需在程序最开始首屏蔽所有中断。键盘的检测由单片机实,用若想通过键盘设定吸尘器工作方式,则必须在开机20s开始操作20s的延时由SP提供,20s后若无键按,则认用户未设定吸尘器工作状,系统按自动方式开始工作;20s后若有键按下则等待用户输入完毕按照用户设定要求工作。系统初始化程序设计的始化程序是系统各功能实现的前提态寄存器赋,保证子程序调用或进入中断时实CPU各种态的保;数据储区配置;输出口的选择及功能设定中的相关寄存器处;累加器的溢出方式选择及系统的时钟频率的选定等功能都在初始化程序中实现。系统中断处理，系统设计中共4中断信号需要处,其路接近开关和路声波传感器共用优先级为级外部中XINT1;个事件管理模EVA和VB在产生P波形用到了优先级为2级的定时器1和时3的周期中;此外陀螺的测量值经ADC转时用到了中断优先级为级A中断。外部中断X的理由于路近开关和超声波传感器共XINT1中,故响应该中断时应首先判断是哪个外部设备产生的中断请,然后进行相应的处理接开关中断单机向双口RAM8040h单写,若为声波中断则1,DSP通读040h单内容来判断是哪个外设产生的中:①为超声波传感器发出的中,在其断服务程序中只需重新开中断即(这是为进入中断服务程序,统自动关闭中断若为接近开关中,需判断该接近开关是否工作时则在断服务程序中还要执行停止程,否则只需开中断即可。是第几个接近开关工,单片机就在双RAM8033h单元中写,若同时有多个接近开关工,则单机8单元最低位起将其序号依次写入DSP只需照此规则便可根据033h单元内容判断是哪个接近开关工作。ADC中断处理，吸尘器在测距模中车体旋180左右转及姿态调整的过程中都会--

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精选文库响应ADC中断,故在行上述功能的程序时分别012Eh单元0、1、3,功能现后再向12Eh单元写,这样响应断时便可在中断服务程序中通过查012Eh单元的内容来判断车体的运动情,从而行不同的服务程序。定时器周期中断处理器期中断的处理相对简,需在中断服务程序中将计