机械电子学作业

类别标准分数实得分数平时成绩作业成绩总分100授课教师签字专业：机械制造及其自动化课程名称：机械电子学学号：姓名：完成时间：2015年1月23日清扫机器人的设计方案随着社会的进步和发展，人们的物质和精神生活质量的提高，迫切需要从繁重的清洁够工作解脱出来。由此诞生了一种家用服务型吸尘机器人,它将移动机器人技术和吸尘技术有机地融合起来，实现家庭、宾馆、写字楼等室内环境的半自动或全自动清洁。自主吸尘机器人作为智能移动机器人实用化发展的先行者，其研究始于20世纪80年代，到目前为止，已经产生了一些概念样机和产品。吸尘机器人的发展，带动了家庭服务机器人行业的发展，也促进了移动机器人技术、图像和语音识别、传感器等相关技术的发展。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面讲，智能化自主式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性。从市场前景角度讲，自主吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于家庭和公共场馆的室内清洁。因此，开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性，又具有广阔的市场前景[1]。本文选择卫博士TRV-11NB88扫地机器人，介绍清扫机器人的机械部分机构，主要对路径规划和自主充电对接进行具体分析。清扫机器人的关键技术清扫机器人系统通常由四个部分组成：移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。移动机构是吸尘机器人的主题，决定了吸尘器的运动空间，一般采用轮式机构。感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD摄像机等。随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅猛发展，吸尘机器人控制系统研究和开发已具备了件事的基础和良好的发展前景。吸尘机器人的控制与工作环境往拄是不确定的或多变的，因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性以及清洁度。用传感器探测环境、分析信号，以及通过适当的建模方法来理解环境，具有特别重要的意义，近年来对只能机器人的研究表明，对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人，要进一步提高其自动化程度，主要依赖模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法，还需要进一步开发全局模型，从而为机器人获取全局信息。目前发展较快、对吸尘机器人发展影响较大的关键技术是：传感技术，智能控制技术、路径规划技术、吸尘技术、电源技术等[2]。2.1定位技术定位是根据已知的环境地图信息，结合机器人内部传感器的返回信息，对机器人在任意时刻的位姿的估计。根据机器人定位所采用的传感器的不同，可以将机器人定位技术分为绝对定位和相对定位[3][4]。相对定位主要有惯导法和测距法两种。惯导法是利用陀螺仪及加速度计等传感器，根据测量值的积分计算出位置的偏移量，而测距法是利用编码器等传感器，根据采样时间内位移的增量推算出位置。绝对定位是指利用传感器得到机器人的绝对位置信息，包括电子罗盘定位，GPS定位，路标导航定位，地图模型匹配等[5]。不同的定位方法都有各自的优点以及不足，在具体的定位过程中可以综合不同的定位方法。2.1传感技术为了让清扫机器人正常工作，必须对机器人位置、姿态、速度和系统内部状态进行监控，还要感知机器人所出工作环境的静态和动感信息，使得吸尘机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。通常采用的传感器分为内部传感器和外部传感器。其中内部传感器有：编码器、线加速度计、陀螺仪、磁罗盘等。其中编码器用于确定当前机器人的位置，线加速度计获取线加速度信息，进而得到线加速度和位置信息；陀螺仪测量移动机器人的角度、角速度、角加速度以得到机器人的姿态角、运动方向和转动时运动方向的改变等绝对航向信息。外部传感器有视觉传感器、超声波传感器、红外传感器、接触很接近传感器。视觉传感器采用CCD摄像机进行机器人的视觉导航与定位、目标识别和地图构造等；超声波传感器测量机器人工作环境中障碍物的距离信息和地图构造等。红外线传感器大多采用红外接近开关来探测机器人工作环境中的障碍物以及避免碰撞。接触和接近觉传感器多用于避碰规划。2.2路径规划技术吸尘机器人的路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息，按照某种优化指标，在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径，并且实现所需清扫区域的合理完全路径覆盖。机器人路径规划研究始于20世纪70年代，目前对这一问题研究仍旧十分活跃。其主要研究内容按机器人工作环境不同分为静态结构化环境、动态已知环境动态不确定环境，按机器人获取环境信息的方式不同可以分为基于模型的路径规划和给于传感器的路径规划。对运动规划问题，目前有具体的解析算法。但由于解析算法牵涉到复杂的椭圆积分问题，实现起来依然具有相当的难度。根据机器人对环境信息知道的程度不同，可分为为两种类型：环境信息完全知道的全局路径规划和环境信息完全未知或部分未知，通过传感器在线地对机器人的工作环境进行探测，以获取障碍物的位置、形状和尺寸等信息的局部路径规划。全局路径规划包括环境建模和路径搜索策略两个子问题。其中环境建模的主要方法有：可视图法（V‐Graph）、自由空间法(FreespaccApproach)和栅格法(Grids)等。2.3吸尘技术真空吸尘器是由高速旋转的风扇在机体自形成真空从而产生强大的气流，将尘埃和脏物通过吸口吸入机体内的滤尘袋内。吸尘系统包括滤尘器、集尘袋、排气管以及其他一些附件。其吸尘能力取决于风机的转速大小。最近，澳大利亚Jetfan公司又开发出采用新原理的气流滤尘器。这个吸尘器是一个封闭系统既无外部气体吸入，也无机内气体排除，所以就无需滤尘器、集尘袋、排气管等附件。其原理是利用附壁效应去形成利亚涡流气体，最后将沉渣截留于吸尘器内的涡流腔内，在英国Dyson公司最近推出的DC06型智能吸尘器就采用的了这种技术。2.4电源技术移动电源在吸尘机器人中的地位十分重要，可以说是它的生命源。移动电源需要同时满足吸尘机器人的多种能源需要，如为移动机构提供动力，为控制电路提供稳定的电压和为吸尘操作模块提供能源等。在这一领域，一般采用化学电池作为移动电源。理想的电源应该能够在放电过程中保持恒定的电压，内阻小以便快速放电，可充电以及成本低等，但实际上没有一种电池可同时具备上述优点，这就要求设计人员选择一种合适的电池，尽可能增加吸尘机器人的不间断工作时间。3.总体方案设计3.1设计目标本课题介绍了家用清扫机器人的总体设计方案，具有自主清扫、自动返回充电功能，自动路径规划壁障功能，定时预约功能。要求运行机构形式为轮式，转弯半径为0mm，高度不超过100mm，高度不超过400mm，一次充电连续工作时为0.5小时，营示方式为LED闪光。3.2机械机构设计3.2.1机械本体设计家用清扫机器人，包括控制器、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开关等，在清扫机的顶部设有超声波距离传感器；清扫机底部前方边沿安装有接近开关，接近开关与超声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有直流电机；在清扫机的底部安装有吸尘器机构。本文所研究的家用清扫机器人的总体布局方案如图所示，后两轮为驱动轮，前轮为转向轮。考虑到机器人实际应用的实用性，本驱动系统设计成一个独立的可方便替换的模块，当机器人驱动系统发生故障时，只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。如图3.1所示。图3.1清扫机器人的三维立体图电机通过电机支架固定在底板上，主动轮与电机通过联轴器连接。风机布置在底板的上方，风机与集尘盒之间放置过滤网，将垃圾留在集尘盒内部，吸嘴与集尘盒之间通过转接头相连，通过吸嘴、集尘盒、风机构成清扫机器人的内部腔道。3.2.2清扫模块设计清扫模块是清扫机器人的最终执行机构，对清扫机器人清扫效果有很重要的影响。根据清扫方式的不同，清扫机器人的清扫方式可以分为有吸扫式和纯扫式两种。吸扫式是依靠清扫机器人内部的风机高速旋转，使机器人内部的气体被排出，吸口处的空气补充进来，机器人内部形成瞬时真空，在此作用下将吸嘴处的垃圾吸入集尘盒中。清扫机器人清扫能力取决于吸嘴处风速的大小，相关资料表明，吸口处的风速在40~60m/s之间，清扫的效果好。垃圾从吸嘴处吸入机器人内部，经过一段管道进入机器人的集尘盒中，垃圾被过滤网阻止在集尘盒中，空气通过风机排出。吸扫式清扫方式也存在一定的局限性，吸嘴中的垃圾在高速运动下，容易与吸嘴的四壁以及垃圾相互之间发生碰撞，损失动能，使得收集垃圾的能力下降。因此吸扫式清扫方式适用于垃圾量较少的环境，例如家庭，展览馆等室内环境[6]。从以上的分析可以看出，本文应采用吸扫式清扫方式。在吸尘口的两侧加两个边刷，用一个电机通过两对锥齿轮来控制，主要的作用是通过旋转的边刷将机器人两侧的灰尘杂物扫到吸尘口的前方，这样在室内的角落，以及机器人吸嘴无法到达的地方，可以用边刷来协助完成清扫工作，采用这种清扫方式能够使清扫机器人的清扫效果获得很大的提升。3.2.3传感器布置清扫机器人进行清扫工作必须能够感知环境的信息，因此在底板上布置3个超声波传感器和5个红外光电传感器进行障碍物的检测，两个编码器分别检测两个电机的移动距离和一个电子罗盘来测量机器人的角度信息[7]。传感器的具体分布情况如图3.2所示。图3.2清扫机器人传感器布置3.2.4吸尘机构旨在强大的吸力、将灰尘吸入灰尘储存箱中。3.2.5擦地机构在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦出残留在地面上的细小灰尘，保证清洁工作的质量。3.2.6机构三维模型根据以上分析，利用Pro/E建立三维模型包括底板、移动机构和清扫机构，如图3.3所示。电机通过电机支架固定在底板上，主动轮与电机通过联轴器连接。图3.3清扫机器人三维模型风机布置在底板的上方，风机与集尘盒之间放置过滤网，将垃圾留在集尘盒内部，吸嘴与集尘盒之间通过转接头相连，通过吸嘴、集尘盒、风机构成清扫机器人的内部腔道。3.3硬件电路设计根据清扫机器人的全覆盖路径规划要求，硬件电路框图如图3.4所示。其中超声波传感器、红外光电传感器、电子罗盘以及编码器为信号输入部分，为清扫机器人提供环境信息，同时系统根据路径规划算法控制电机，显示模块LCD1602。图3.4清扫机器人硬件结构框图3.3.1主控芯件控制系统的主控芯片采用ATmega128，是ATMEL公司生产的一款8位单片机，该单片机控制可靠，内部资源丰富，具有128K字节的系统内可编程Flash，4K字节的内部SRAM，并且拥有4个定时器/计数器，8个外部中断能够满足控制要求，通过ISP实现程序的写入[8]。3.3.2电机驱动模块设计主控芯片可以产生一定频率和占空比的PWM信号，控制电机的转速。由于单片机的驱动能力有限，不能够直接驱动电机，因此必须选用合适的电机驱动芯片来实现驱动电机。表3.1L293D引脚的逻辑关系表本文选用L293D作为电机的驱动芯片，芯片内部集成了两个双极型H桥电路，可以控制两个电机，驱动电流为1A。H桥电路的输入可以控制电机的转向，使能信号可以控制电机的转速，以其中的一个H桥为例，如表3.1所示，IN1、IN2控制电机的转向，IN1为高电平IN2为低电平时电机正转，同时使能信号EN1控制电机的转速。PWM信号接入EN1，当PWM信号为高电平时，即EN1为高电平，这时电机可以正常转动，当PWM信号为低电平时，即EN1为低电平，电机停止转动，这样通过改变EN1的高低就可以实现脉宽调制，当IN1，IN2电平高低相同时，电机急停[9]。电机驱动的硬件原理图如图3.5所示。图3.5电机驱动原理图4.清扫路径规划4.1路径规划概述清扫机器人的路径规划是根据机器人所感知到的工作环境信息，按照某种优化指标，在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径，并且实现所需清扫区域的合理完全路径覆盖，同时实现封闭区域内机器人行走路径对工作区域的最大覆盖率和最小重复率。机器人路径规划研究开始于20世纪70年代，目前对这一问题研究仍旧十分活跃。其主要研究内容按机器人工作环境不同可分为静态结构化环境、动态已知环境和动态不确定环境，按机器人获取环境信息的方式不同可以分为基于模型的路径规划和基于传感器的路径规划[10]。4.1.1路径规划定义所谓路径规划就是指智能自主移动机器人能够按照存储在其内部的地图信息，或根据外部环境所提供的一些引导，规划出一条路径，并能够沿着该路径在没有人工干预的情况下，移动到预定目标，同时完成预定的任务。执行这个过程的算法就是路径规划算法[11]。4.1.2路径规划意义路径规划反映了移动机器人的运动可能性，效率和能量消耗情况。从移动机器人运动可能性来讲，路径规划体现在机器人能否沿规划好的从某个起点到某个目标点的路径运动，并且避开障碍物。从移动机器人运动的效率来讲，路径规划体现在机器人能否在最短的时间内走完。从移动机器人的能量消耗来讲，路径规划体现在机器人如何运动才能使消耗的总能量最小[12]。4.2全区域覆盖的避障系统4.2.1避障系统概述避障系统是移动机器人探测障碍、处理障碍信息及避障方式的一个综合系统，它的好坏直接影响到清洁机器人工作的效果。避障也是清洁机器人智能化的体现。传统的清洁机器人避障是在发现障碍后，就立即调用避障执行程序，躲避障碍。对于清洁机器人来讲，避障系统必须尽可能的使机器人行走的路径覆盖更多的区域，即提高覆盖率，所以就必须使得移动机器人充分的接近障碍，同时又要尽量避免碰上。使清洁机器人对障碍的处理不是远远地躲避，而应该尽可能地靠近障碍，以便实现最大程度的全区域覆盖这一目标。4.2.2避障与路径规划的关系避障系统与路径规划是相互联系的统一体。路径规划所涉及的是清扫机器人整体行走路径的优劣程度问题，避障系统则是帮助清洁机器人在沿规划好的路径行走时探测各种未知障碍物的情况，对障碍物进行处理、识别障碍类型，从而使清洁机器人及时调整路径，采取路径规划中相应的避障策略进行避障行走。可见避障系统直接影响到清洁机器人路径规划的优劣，是清扫机器人顺利完成全区域覆盖路径规划的保障。4.2.3障碍物的碰撞探测障碍探测是指依靠各种传感器组成的传感器阵列对外界环境进行探测。传感器阵列是清扫机器人的一个重要组成部分。在清扫机器人系统中，清洁机器人需要实时地收集环境信息，来建立环境模型地图，完成路径规划，实现避障等任务[10]。这些任务都要依靠能实时感知环境信息的传感器阵列来完成。传感器阵列就像是清洁机器人的“眼睛”，收集周围环境的某些信息。这些信息是避障、路径规划的依据，是清扫机器人的行动指南。在实际中，因各种因素的影响，清扫机器人难免会有撞上障碍物的可能。为了处理这种情况，我们利用光电开关传感器来感应车体受到的碰撞，及碰撞的大概位置，以使清洁机器人做出相应的决策。在清洁机器人的前端设计了约180°的碰撞板，在碰撞板左右两侧各装有一个光电开关。光电开关由一对红外发射对管组成，发光二极管发射的红外光线通过清洁机器人机身特制的小孔被光敏二极管接受，当机身碰撞板受到碰撞时，碰撞板就会挡住机身特制小孔，阻碍红外线的接受从而向控制系统传达信息[11]。光电开关工作原理如下图4.1所示。此结构可避免测量盲区带来的误差。清洁机器人在任何方向上的碰撞，都会引起左右光电开关的响应，从而根据碰11撞的方向做出相应的反应[13]。图4.1光电开关工作原理图4.2.4防止跌落为了防止清扫机器人遇到台阶时跌落，在扫地机器人背面安装3个防跌落传感器。防跌落传感器安装位置如图4.2所示。防跌落传感器利用超声波进行测距。当扫地机器人行进至台阶边缘时，防跌落传感器利用超声波测得扫地机器人与地面之间的距离超过限定值，向控制器发送信号，控制器控制扫地机器人进行转向，改变扫地机器人行进方向，从而实现防止跌落的目的。图4.2防跌落传感器分布自动规划路径清洁机器人全区域植盖路径规划是实现机器人智能的一个关键部分,路径规划是自主式移动机器人的一项重要研究内容。一般的路径规划是指在有障碍的前提下,按照一定的标准规划出一条从起始状态到目标状态的无碰路径,即“点对点”的路径规划。而我们所做的工作则是全区域极盖的路径规划。从某一方面来讲,这可以看成是前者的组合,但并不是简单的叠加,而要复杂多。扫地机器人路径自动规划有两种方法：随机式全区域覆盖和规划式全区域覆盖。随机式全区域覆盖方法控制简单，不需要很多的硬件，软件编程也简单，易于实现。但其缺点是移动机器人运行轨迹重复性较大，且运行轨迹不能较快地、充分地覆盖整个区域，这种路径规划只考虑完成任务，没有考虑到时间消耗和能量消耗情况，因此选择规划式全区域覆盖法[14][15]。此设计中选择往返式路径规划方法。往返式路径规划清扫路径的规则为当扫地机器人置于室内时，可通过超声波测距传感器的信息来判断它放置于墙边还是房屋中间。在房屋中间，则先设为它沿某一方向运动到靠近墙边的某一点。机器人就可从墙边的某一点开始，按顺时针方向绕墙运动一周，先对室内墙边地面进行一次预清扫。扫地机器人在绕完一圈后再向左或向右行走到墙壁的最左端或者最右端，以此来作为它清挡路径的起始点，也即绝对坐标的原点。先假设室内只有一个孤立的障碍物，以房屋左下角O点为起始点。开始清扫时，从O点势始沿Y轴正方向清扫，遇到墙壁时向右原地旋转90度，向X轴正方向移动一个车身后再向右旋转90度，沿Y轴负方向清扫，以此往复运动。当遇到障碍物时，则按下面的方法进行规划和避障：当清洁机器人运动到障碍物的最左边点时，根据步进电机的脉冲数和驱动轮光栅的脉冲数计算出最左边点的坐标。然后根据超声波测距传感器收到的信息沿着障碍物边缘行进相当于X轴方向一个车身的距离，再原地旋转到Y轴负方向，沿Y轴负方向继续清扫这样一直往返清扫，当扫地机器人在沿障碍物边缘清扫时超声波传感器突然收不到信号即到达了障碍物的最右端点，扫地机器人将原地一直向左旋转直到超声波传感器再次收到信号为止，然后沿障碍物的上边沿行进到障碍物的最左端点，再沿Y轴方向进行往返清扫，行进路径和障碍物下边沿的行进路径类似。这样就可以在清扫过程中自动避开障碍物[16][17]。清扫路径自动规划示意图如图4.2所示。图4.2清扫路径自动规划示意图自主充电对接系统设计5.1自主对接充电目的自主对接充电的目的是使家庭清洁机器人在电源不足的时候能够自主切换到充电模式，即暂停清扫工作自主寻找充电站，并在电池端点对接充电站插座后自动充电。当电源达到额定电压之后机器人能够重新回到原来位置继续原来的清扫任务。在一般情况下机器人可充电电池携带的电量无法一次完成较大房间的清扫，因此自主对接充电功能对家庭清洁机器人来说是实现清洁机器人自动完成清扫工作的不可缺少的主要功能[18]。5.2对接充电系统的设计自动充电是用对接充电来实现的，对接充电过程主要用了红外信号。在清洁机器人的左侧和后面都装有红外接受传感器，发射传感器则安装在充电座上。对接充电对清洁机器人是十分重要的，因为机器人自带的充电电池电量有限，不一定能保证完成清扫工作。当内部电源检测到电压低于一定值时，清洁机器人将沿墙壁寻找充电座。一般清洁机器人按右手法则寻找充电座，所以在清洁机器人贴墙的一侧和后部各装有一个红外接收传感器，当侧面的一侧在贴边过程中收到红外信号时，清洁机器人顺时针旋转90度，并沿着红外光路靠近充电座，同时检测充电座充电电压即可确定是否已对接上[19]。自动充电示意图如图5.1所示。图5.1自动充电示意图5.3供电电源的设计充电站和其它家电一样通过220V交流电来工作的，而系统中元器件是工作在直流电压下的，这就需要能提供系统工作所需参数的直流电源。电池所需充电电压要求大于18.5V，且要求是使用恒流源来实现充电的，电压则是可以在一定范围内波动的。这就可以省略一般仪器中使用的稳压电源，从而简化了电源的设计。这里设计了供电范围在19V～22V之间的充电电源，采用比率10:1的电源变压器，使用KBL406（4A的桥式整流电路）来构成整流电路，3300μF的电容构成滤波电路。输出通过限流电阻接到充电控制器的VDC端。在这个电源的基础上再输出供给单片机系统的＋5V电源，一般只需利用器件的非线性就可以实现了，但是这样的电路的驱动电流比较小。图5.2充电电源电路图充电站中具有5个红外发射管，对电源的驱动能力有一定的要求，为了得到大电流的＋5V电源，这里选用7805来实现（输出电流为1A），同时加上红色的LED作为充电站工作提示灯。5.4充电座的设计为了保证在任何情况下，均能准确可靠地控制电池的充电状态，选BQ2002F来构成对负电压增长率和最长充电时间同时检测的控制器。BQ2002F快速充电集成电路是一种廉价的CMOS镍氢/镍镉充电控制器，电池充足电后，能够可靠地终止充电。采用可控的限流或恒流源，BQ2002F不仅可以制作质优价廉的独立充电器，也能够制作机内充电器。该芯片可实现单只或多只镍氢/镍镉电池快速充电。为了保证充足电，快速充电结束后，还可增加补足充电过程。充足电后，为了补充因电池自放电而损失的电量，充电器将自动转入涓流充电过程。涓流充电速率可根据电池自放电的程度来选择。接入充电电源或者更换电池后，快速充电过程开始。为了保证安全充电，当电池的电压和充电时间到达一定的极限值，快速充电过程即结束。快速充电结束后，自动转入可选择的补足充电和涓流充电，涓流充电的速率可以预先设定，利用INH脚可以封锁快速充电。为了减小功耗，充电器在备用工作状态下，BQ2002F工作于低功耗状态。5.5红外线接收器如前所述，在机器人上装备四个红外接收器，每个可以接收到90度范围内的红外信号，则机器人可以接收周围360度范围的红外信号，其平面布局如图5.3所示。图5.3红外线接收器平面布局图5.5.1红外发射电路红外发射电路主要由红外发光二极管、调制电路和驱动电路组成，其功能是将存储在单片机中的对应充电电源位置的指令码通过发射电路传送给接收电路。具体如图5.4所示。图5.4红外发射电路5.5.2红外接收电路红外接收电路的作用就是将红外通讯信号接收过来，通过放大、限幅和滤波，解调为原始信号后再发送给单片机进行处理。以往的接收电路都是由红外接收二极管与放大电路组成，而放大电路通常又是由一个叫CX20106A或者KA2184集成块及若干电阻电容等组件组成。这样的接收电路联机焊接点较多，使用不够方便。机器人采用了一种用于红外遥控接收的小型一体化接收头PIC1018SCL，它将红外接收管与放大电路集成为一体，这样做的优点是它体积小(大小与一只中功率三极管相当)，密封性好，灵敏度高，抗干扰性好并且价格低廉，可以说是接收红外信号的一种理想装置。PICIO18SCL仅有三个管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在2.4～6.5v之间，只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。它的主要功能包括放大、选频解调几个部分，红外接收头的输出有反向作用，即发射代码和接收代码是反向的，输出电平则兼容TTL，CMOS。PIC1018SCL的输出信号接到单片机I/0脚上，以完成对红外编码信号的译码工作，要特别注意的是它的输出是反向的。总结随着清扫机器人相关技术的发展，其应用也将越来越广泛，如何开发一款低成本、高智能化的清扫机器人成为一个重要的研究课题。本文对清扫机器人机械机构设计进行了研究，并设计出与之相适应的路径规划和自主充电系统设计。为了完成清洁机器人的路径规划和自充电系统，本文从总体设计到具体部分的分析进行了研究。在总体设计上，本文对家庭清扫机器人的硬件总体结构进行了概要性的描述。清扫机器人的一个重要功能就是实现自主对充电。本文对提出的自主对接充电算法进行了详尽的讨论，并且结合实际对自主充电的各个环节进行讨论分析同时解决了问题。使得家庭清扫机器人真正的在实际中能够自主的寻找充电站并进行充电，充电完毕之后能够继续清扫等先前运动模式。作为产品机器人，对于性能的追求和性价比的提高是一个永恒的主题。本文所做的工作还仅仅是首先通过算法构思，其次提出算法理论同时结合大量的国内外文献的查阅，然后通过算法仿真试验不断的测试和修正。因此作为项目本研究的后续工作还是大有文章可做的。针对开发中的实际情况，本项目在今后成为主题工作方面可以分为两个部分：提高简单机器人的定位的精确