智能扫地机器人的控制系统设计(附件)【字数：15380】
摘 要摘 要伴随着现代人类生活水平的提高，在家庭生活中，我们需要一个智能扫地机器人来帮助人解决家庭地面的清扫问题。我们知道，对工作一天的人们来说，回到家希望的就是看到干净的地面、舒适的生活环境。而本文就是以此为出发点设计的扫地机器人。本文设计的智能扫地机器人，从几大模块开始说起，包括机械结构、单片机系统，电机驱动系统，传感器系统以及电源模块。扫地机器人以51单片机为控制中心，通过传感器，限位开关接收到的信号，来改变电机运动的一种方式。它在电压不足的时候，能够实现自动充电，并且可以自己回到充电座充电。除了电路图的绘制之外，我还加入了对部分电路图的仿真，通过程序测试，保证所画电路图的能实现所需要的防撞，找寻充电位置的功能。关键词智能扫地机器人；电路图；仿真；程序
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 2
1.2.3 智能扫地机器人现有问题及其分析 3
1.3 智能扫地机器人的主要研究内容 3
1.3.1 智能扫地机器人实现的功能 3
1.3.2 智能扫地机器人的研究内容 3
第二章 控制系统分析 5
2.1 控制系统方案 5
2.2 智能清扫机器人的设计方案 5
2.2.1 机械结构设计 5
2.2.2 单片机系统 7
2.2.3 电机驱动系统 7
2.2.4 传感器系统 8
2.2.5 电源模块 9
2.3 本章总结 9
第三章 硬件控制系统设计 10
3.1单片机介绍 10
3.2 控制系统的外围电路 11
3.2.1 I/O口引脚 11
3.2.2 复位电路 11
3.2.3 振荡电路 12
3.2.4 稳压电路 12
3.3 电机驱动电路 13
3.4 防撞电路 16
3.5 电源电压检测电路以及自动充电电路 19
3.6 本章总结 21< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 第四章 控制仿真 22
4.1 主程序的设计 22
4.2 防撞程序的设计 22
4.3 充电寻迹程序 23
4.4 protues仿真 25
4.4.1 驱动电机启停 25
4.4.2 边刷电机启停 26
4.4.3 吸尘电机启停 27
4.4.4 防撞仿真 27
4.4.5 碰撞仿真 29
4.4.6 电压检测仿真 30
4.5 仿真问题分析与解决 31
4.6 本章总结 31
第五章 总结 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着现在生存空间的提高，人们关于自动化的机器的要求也越来越高，20世纪，机器大部分是用于工业生产与制造，但进入21世纪以来，随着科学技术以及科技的疾速发展，其中有一个群体，受生活节拍加快以及工作任务增大的影响人们想从繁琐的家务中解脱出去，能更好的完成其他的事情，由此呼之欲出的首先是家庭所用的一种机器人，它具有充分的自动化功能，能代替人类进行家庭生活的护理，它需要实现对家庭地面，墙角的吸尘，清扫，以帮助繁忙的人们解决生活上，至少是家中的卫生问题，能够得到进一步的改善，成为家庭服务型机器人中的一类，市场前景很可观。
本文设计的智能扫地机器人，结合传感器技术，路径的规划，导航以及定位，能源驱动等一些技术，操作简单，安全，实现自动清洁。适用于家庭及公共场所的清洁工作。为每个家庭发明创造一个温馨的生存环境。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
国内相较于国外，智能扫地机的发展较晚，而在国外，扫地机各项技术开展比较成熟，实用性也在不断提升的情况下，人们已经放弃了高噪声，功能单一且形状庞大的吸尘器，现在在国内流行的都是一些多功能，更智能化的扫地机器人。国内扫地机器人的设计与优化逐渐进入黄金时代，所用的技术基本上分为两大类，一是红外线探测技术，二是仿生超声波探测；他们各有优缺点。
浙江有所大学的机械电子研讨会设计出了国内第一个智能吸尘机器人，可以说是最早开展扫地机器人钻研的；接着，高荣伟等[]调查到重庆大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学智能科学技术研究室都相继对智能扫地机器人进行了深化研究。深圳一家公司在2005年自主生产了一款机器人，这已经是一款具备高度智能化的一台打扫机器人了。能实现对地面的全方位清扫。之后，陆续不断有可以实现更多功能的机器人面世，其中，一款能实现室内一切清洁任务，并且可以清洁地面不同污渍的机器人于第四届背景国际清洁技术于设备博览会上揭开了面纱，它可以持续工作60分钟，具备前往控制中心主动充电以及排出垃圾的性能，内置的感应器可以防碰撞以及防跌落。
1.2.2 国外研究现状
1997年，世界第一台扫地机器人由伊莱克斯研制成功，名为“三叶虫”，如图11所示，张国平表示[]由此开始突破国外扫地机器人研究的重重困难。现如今，国外权衡扫地机器人好坏的三个目标主要是算法，能力以及它的质量，当然对于每个家庭而言，还要考虑的是它的价格。这些都是需要参考的东西。
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图11 三叶虫
算法主要是用来衡量扫地机器人是否智能，通俗一点，就是相当于我们人的智力，我们肯定是希望他们是越智能越好，智力越高越好，那么这就成了权衡机器人好坏的一个十分重要的指标，国外如今有两种算法，它们是随机式打扫和布局式打扫。从用户体验来看，应用随机式清扫的机器人，清扫笨拙，没有一点布局，有些地方会扫很多次，有些地方却扫不到，所以，这种类型的机器人，需要耗费大量的时间，来达到地面的清洁，而且清洁效果一般。但是第二种方式规划式清扫，它则是有充足的智能元素在里面，定位、构图、布局、打扫，这四个是不可或缺的，所以能达到的清扫程度也很高。这是目前国内外都很适用的一种算法。
如果说算法是大脑，那么能力则是人类的四肢了。国外发明的清扫机器人，其优点还体现在清扫效率以及电源能持续的时间上。这就需机器人自己算出最佳清扫路径，来达到系统与之最完美的结合。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 2
1.2.3 智能扫地机器人现有问题及其分析 3
1.3 智能扫地机器人的主要研究内容 3
1.3.1 智能扫地机器人实现的功能 3
1.3.2 智能扫地机器人的研究内容 3
第二章 控制系统分析 5
2.1 控制系统方案 5
2.2 智能清扫机器人的设计方案 5
2.2.1 机械结构设计 5
2.2.2 单片机系统 7
2.2.3 电机驱动系统 7
2.2.4 传感器系统 8
2.2.5 电源模块 9
2.3 本章总结 9
第三章 硬件控制系统设计 10
3.1单片机介绍 10
3.2 控制系统的外围电路 11
3.2.1 I/O口引脚 11
3.2.2 复位电路 11
3.2.3 振荡电路 12
3.2.4 稳压电路 12
3.3 电机驱动电路 13
3.4 防撞电路 16
3.5 电源电压检测电路以及自动充电电路 19
3.6 本章总结 21< *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
br /> 第四章 控制仿真 22
4.1 主程序的设计 22
4.2 防撞程序的设计 22
4.3 充电寻迹程序 23
4.4 protues仿真 25
4.4.1 驱动电机启停 25
4.4.2 边刷电机启停 26
4.4.3 吸尘电机启停 27
4.4.4 防撞仿真 27
4.4.5 碰撞仿真 29
4.4.6 电压检测仿真 30
4.5 仿真问题分析与解决 31
4.6 本章总结 31
第五章 总结 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着现在生存空间的提高，人们关于自动化的机器的要求也越来越高，20世纪，机器大部分是用于工业生产与制造，但进入21世纪以来，随着科学技术以及科技的疾速发展，其中有一个群体，受生活节拍加快以及工作任务增大的影响人们想从繁琐的家务中解脱出去，能更好的完成其他的事情，由此呼之欲出的首先是家庭所用的一种机器人，它具有充分的自动化功能，能代替人类进行家庭生活的护理，它需要实现对家庭地面，墙角的吸尘，清扫，以帮助繁忙的人们解决生活上，至少是家中的卫生问题，能够得到进一步的改善，成为家庭服务型机器人中的一类，市场前景很可观。
本文设计的智能扫地机器人，结合传感器技术，路径的规划，导航以及定位，能源驱动等一些技术，操作简单，安全，实现自动清洁。适用于家庭及公共场所的清洁工作。为每个家庭发明创造一个温馨的生存环境。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
国内相较于国外，智能扫地机的发展较晚，而在国外，扫地机各项技术开展比较成熟，实用性也在不断提升的情况下，人们已经放弃了高噪声，功能单一且形状庞大的吸尘器，现在在国内流行的都是一些多功能，更智能化的扫地机器人。国内扫地机器人的设计与优化逐渐进入黄金时代，所用的技术基本上分为两大类，一是红外线探测技术，二是仿生超声波探测；他们各有优缺点。
浙江有所大学的机械电子研讨会设计出了国内第一个智能吸尘机器人，可以说是最早开展扫地机器人钻研的；接着，高荣伟等[]调查到重庆大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学智能科学技术研究室都相继对智能扫地机器人进行了深化研究。深圳一家公司在2005年自主生产了一款机器人，这已经是一款具备高度智能化的一台打扫机器人了。能实现对地面的全方位清扫。之后，陆续不断有可以实现更多功能的机器人面世，其中，一款能实现室内一切清洁任务，并且可以清洁地面不同污渍的机器人于第四届背景国际清洁技术于设备博览会上揭开了面纱，它可以持续工作60分钟，具备前往控制中心主动充电以及排出垃圾的性能，内置的感应器可以防碰撞以及防跌落。
1.2.2 国外研究现状
1997年，世界第一台扫地机器人由伊莱克斯研制成功，名为“三叶虫”，如图11所示，张国平表示[]由此开始突破国外扫地机器人研究的重重困难。现如今，国外权衡扫地机器人好坏的三个目标主要是算法，能力以及它的质量，当然对于每个家庭而言，还要考虑的是它的价格。这些都是需要参考的东西。
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图11 三叶虫
算法主要是用来衡量扫地机器人是否智能，通俗一点，就是相当于我们人的智力，我们肯定是希望他们是越智能越好，智力越高越好，那么这就成了权衡机器人好坏的一个十分重要的指标，国外如今有两种算法，它们是随机式打扫和布局式打扫。从用户体验来看，应用随机式清扫的机器人，清扫笨拙，没有一点布局，有些地方会扫很多次，有些地方却扫不到，所以，这种类型的机器人，需要耗费大量的时间，来达到地面的清洁，而且清洁效果一般。但是第二种方式规划式清扫，它则是有充足的智能元素在里面，定位、构图、布局、打扫，这四个是不可或缺的，所以能达到的清扫程度也很高。这是目前国内外都很适用的一种算法。
如果说算法是大脑，那么能力则是人类的四肢了。国外发明的清扫机器人，其优点还体现在清扫效率以及电源能持续的时间上。这就需机器人自己算出最佳清扫路径，来达到系统与之最完美的结合。
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