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智能清扫机器人智能清扫机器人
摘要
总体方案是设计一个自主控机器人,在一个模拟的平面结构内运动,移动机器人本体,完成自主移动、避障功能。尽快遍历每一个角落,完成任务,这个工作受多个因素的影响。其中在现实生活中清洁机器人清理的过程中,利用了机器人自身的传感系统、运动控制系统和自主蔽障系统,自动记录时间系统等。整个系统的电路结构简单,可靠性能高。实验测试结果满足要求,本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。
采用的技术主要有:
通过编程来控制小车的速度;
传感器的有效应用;
关键词 80C51单片机、光电检测器、PWM调速、电动小车、舵机
一.国内外研究现况
在日本,东日本铁路公司、shinko电器公司和Howa工业有限公司联合研制了车站地面清扫机器人. 机器人可沿墙壁从任何一个位置自动启动. 利用不断旋转的刷子将废弃物扫入白带容器中[1]日本静甲株式会社的清水工厂开发出一种自动清扫机器人. 可用于各种工厂的清扫工作. 机器人采用光纤陀螺控制方向. 采用编码器和超声波传感器测距. 采用光学探测器探测障碍物 机器人的四周装有橡胶垫. 橡胶垫内部装有触觉传感器. 一旦机器人与人接触. 触觉传感器信号会使机器人停下来1以保证人的安全Br-3]这些应用还都是用于工业或者公共的场合. 真正具有里程碑意义的是2002年9月清洁机器人‘‘Roomba”美国面市. 这是一款面向家庭的机器人。重约2ky直径为 762mm(30). 具有高度自主能力. 可以游走于房间各家具缝隙间. 灵巧地完成清扫工作. 据说这是将用于军事的“躲避地雷的移动技术,应用到了吸尘器上。“Roomba”的动作有点迟缓. 但却能稳定 安全地完成任务 由于能够在完成任务后自动切断电源. 所以可以在外出期间让‘‘Roomba”在家进行清扫 英国 法国和澳大利亚也都推出过清洁机器人产品
在国内,对清洁机器人相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划 机器人控制、电源与电源管理、动力驱动等技术的研究. 哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学等高校,也对清洁机器人进行了大量的研究,并取得了一些成果,这些都为清洁机器人的研究开发和推广奠定了物质和技术基础
二. 设计思路
为了制作一个能够覆盖全区域的清洁机器人,首先是设计一个移动的平台。为了简便起见,设计了两轮车身,两个后轮做主动轮,主动轮用两个直流电机。从动轮用一个万向轮。清扫装置用一个伺服电机带动一个灰尘刮和一个刷子,产生推动力达到除尘的目的。在车身前部放置一个储存垃圾的箱体。在车身的最后还设计了一个抹地机械手,进一步达到清洁的目的,机械手下带有洒水除尘装置,机械手上面的水箱带有一个用伺服电机控制的门,用来控制洒水量。车身上部安装了一个光电开关,以达到避障的作用。
三.电子电路的设计
采用一块微处理器STC89C52为控制系统的核心,负责控制电机、障碍检测信号处理、舵机控制、液晶显示等。电机驱动模块采用单片机作为机的控制单元,使PWM信号的脉冲宽度实现微秒级的变化,从而。单片机完成控制算法,再将计算结果转化为PWM信号输出到机,由于单片机系统是一个数字系统,其控制信号的变化完全依靠硬件计数,所以受外界干扰较小。
1. 机械方案的设计
小车的驱动设计为二轮驱动。而二轮驱动又分为前轮和后轮驱动。后轮驱动的好处是:转向性能得到改善。前轮是转向轮,使得转向时的行驶方向容易控制,不容易出现过度转向的现象,转向安全性也得到提高。不锈钢万向滚珠51系列单片机在我国普及的时间比较早,开发和应用的实例比较多,在学习编写程序时有丰富的实例可以参考和借鉴。因此,我选择51系列单片机进行控制。本设计中我选用了STC公司的STC89C52。
3.1 STC89C52的特点
STC89C52具有以下几个特点:
·STC89C52与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容;
·片内有8k字节在线可重复编程快擦写程序存储器;
·全静态工作,工作范围:0Hz~33MHz128×8位内部RAM;
·32位双向输入输出线;
·两个十六位定时器/计数器;
·五个中断源,两级中断优先级;
·一个全双工的异步串行口;
·间歇和掉电两种工作方式。
3.2 STC89C52的功能描述
STC89C52是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器,片内有8k字节的在线可重复编程、快速擦除快速写入程序的存储器,能重复写入/擦除1000次,数据保存时间为十年。它与MCS-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容,不仅可完全代替MCS-51系列单片机,而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能[5]。
STC89C52可构成真正的单片机最小应用系统,缩小系统体积,增加系统的可靠性,降低系统的成本。只要程序长度小于8k,四个I/O口全部提供给用户。可用
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