掃地機(jī)器人開(kāi)題報(bào)告

1、 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告論文題目： 基于單片機(jī)的掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 通信工程 學(xué) 號(hào)： B 學(xué)生姓名： 王新 指導(dǎo)教師： 馬鳳霞 2016年 3 月 21 日一、立題依據(jù)1、選題目的自動(dòng)掃地機(jī)器人，是一種智能掃地、吸塵工具，是一種配備了微電腦系統(tǒng)的電動(dòng)保潔設(shè)備，它能按照人們的設(shè)置清潔房間的某一特定部分或全部。清潔機(jī)器人最早出現(xiàn)在于美國(guó)，隨后發(fā)展的歐美，風(fēng)靡港澳臺(tái)，90年代中期進(jìn)入大陸?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的自動(dòng)掃地機(jī)器人主要幾種品牌：（TOMEFON德國(guó)）斐納掃地機(jī)器人，（irobot美國(guó)）irobot掃地機(jī)器人，（Proscenic臺(tái)灣）浦桑尼克掃地機(jī)器人，（科沃斯 中國(guó)

2、）科沃斯掃地機(jī)器人，（PHILIPS荷蘭）飛利浦掃地機(jī)器人等。人類的一只腳已經(jīng)邁進(jìn)了機(jī)器人時(shí)代的大門，中國(guó)10年內(nèi)機(jī)器人將融入市民日常生活，機(jī)器人將和汽車一樣成為生活必需用具。這些機(jī)器人從用途上看，有用于教育類的機(jī)器人，有用于服務(wù)類的機(jī)器人，有用于制造類的機(jī)器人，等等。其中自動(dòng)掃地機(jī)器人就屬于服務(wù)類的機(jī)器人。機(jī)器人的發(fā)展就像上世紀(jì)80年代的個(gè)人電腦、上世紀(jì)90年代中期的手機(jī)一樣，正處于產(chǎn)業(yè)真正起飛的前夕，巨大的市場(chǎng)前景已經(jīng)展現(xiàn)。資料顯示，2003年至2007年間，全球機(jī)器人以每年40%左右的速度增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2009年底，全球投入使用的服務(wù)型機(jī)器人已達(dá)到450萬(wàn)臺(tái)。2、選題的意義 自動(dòng)掃地機(jī)

3、器人優(yōu)于普通吸塵器的地方主要體現(xiàn)在：省時(shí)、省力，整個(gè)清潔過(guò)程中不需要人控制，減輕您操作負(fù)擔(dān)；還比一般吸塵器的噪音小，清潔房間的過(guò)程免受噪音之苦；還可以凈化空氣，內(nèi)置活性炭、吸附空氣中的有害物質(zhì)，粉塵凈化率高達(dá)96%，清潔效率接近100%；輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角?？傊?，自動(dòng)掃地機(jī)器人，具有操作簡(jiǎn)單，使用方便、智能、安全、清潔效果顯著的特點(diǎn)。3、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的掃地機(jī)器人推出速度如雨后春筍，國(guó)外品牌中，美國(guó)iRobot和德國(guó)TOMEFON掃地機(jī)器人比較熱門，國(guó)內(nèi)目前比較知名的有科沃斯、地貝、福瑪特等，其中作為進(jìn)入掃地機(jī)器人市場(chǎng)的Proscenic，也是比較熱門的

4、一個(gè)品牌。研究現(xiàn)狀：自動(dòng)掃地機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中的一個(gè)新產(chǎn)品，盡管目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究開(kāi)發(fā)方面已經(jīng)取得一定的成果，但是仍有許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要解決或提高，如路徑規(guī)劃就是其中的一個(gè)比較重要的技術(shù)。有的可在房間內(nèi)隨機(jī)移動(dòng)，有的能在單個(gè)房間內(nèi)比較簡(jiǎn)單地以一定的路線移動(dòng)（不能100%走遍）。事實(shí)上，雖然有一些公司推出了一些樣品或產(chǎn)品，但卻不能達(dá)到滿意程度：清潔效果不佳，遍歷時(shí)間長(zhǎng)。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家的辦公室、工廠、車站、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所已廣泛使用到自動(dòng)掃地機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務(wù)中解脫出來(lái)，這使得自動(dòng)掃地機(jī)器人進(jìn)入人家庭成為可能。如果自動(dòng)掃地機(jī)器人性價(jià)

5、比足夠高，那么自動(dòng)掃地機(jī)器人市場(chǎng)將會(huì)被看好。二、研究方案1、研究的主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)智能掃地機(jī)器人控制系統(tǒng)，利用超聲波測(cè)距的原理，通過(guò)向前進(jìn)方向發(fā)射超聲波脈沖，并接受相應(yīng)的返回聲波脈沖，對(duì)障礙物進(jìn)行判斷，通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲發(fā)射和接受的控制，并在處理返回脈沖信號(hào)的基礎(chǔ)上加以判斷，從而選出一個(gè)優(yōu)化的路徑，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪而實(shí)現(xiàn)行走功能。 2、設(shè)計(jì)的方案 本設(shè)計(jì)將自動(dòng)掃地機(jī)器人分為5個(gè)部分：系統(tǒng)主控制部分、執(zhí)行電機(jī)部分、傳感器部分、輸入輸出部分和電源部分。主控系統(tǒng)使用單片機(jī)AT89C52控制，包括超聲波測(cè)距模塊，對(duì)輸入輸出器件的操作，對(duì)執(zhí)行電機(jī)的控制，以及

6、對(duì)傳感器的響應(yīng)等。執(zhí)行電機(jī)部分是掃地機(jī)器人的主要構(gòu)成部分，包括行走驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和掃地子系統(tǒng)。行走結(jié)構(gòu)采用輪式結(jié)構(gòu)，圓形殼體，底盤為三輪電動(dòng)小車，前面兩輪由兩個(gè)電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，后輪為萬(wàn)向輪。掃地系統(tǒng)用電機(jī)帶動(dòng)清掃刷的轉(zhuǎn)動(dòng)，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風(fēng)口處，由吸塵機(jī)構(gòu)制造強(qiáng)大的吸力將灰塵吸入灰塵存儲(chǔ)箱中。在清掃吸塵之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘余在地面上的細(xì)小灰塵。輪子電機(jī)、吸塵電機(jī)和毛刷電機(jī)使用的都是無(wú)刷直流電機(jī)；傳感器部分即測(cè)距子系統(tǒng)，主要為了保障機(jī)器人能夠安全地工作；輸入輸出部分包括遙控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能；電源部分采用可充電的5伏鋰電池。 圖1 系統(tǒng)原理框圖3

7、、可行性分析 此設(shè)計(jì)中選擇往返式路徑規(guī)劃方法。往返式路徑規(guī)劃清掃路徑的規(guī)則為當(dāng)掃地機(jī)器人置于室內(nèi)時(shí)，可通過(guò)超聲波測(cè)距傳感器的信息來(lái)判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在房屋中間，則先設(shè)為它沿某一方向運(yùn)動(dòng)到靠近墻邊的某一點(diǎn)。機(jī)器入就可從墻邊的某一點(diǎn)開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较蚶@墻運(yùn)動(dòng)一周，先對(duì)室內(nèi)墻邊地面進(jìn)行一次預(yù)清掃。掃地機(jī)器人在繞完一圈后再向左或向右行走到墻壁的最左端或者最右端，以此來(lái)作為它清擋路徑的起始點(diǎn)，也即絕對(duì)坐標(biāo)的原點(diǎn)。先假設(shè)室內(nèi)只有一個(gè)孤立的障礙物，以房屋左下角O點(diǎn)為起始點(diǎn)。開(kāi)始清掃時(shí)，從O點(diǎn)勢(shì)始沿Y軸正方向清掃，遇到墻壁時(shí)向右原地旋轉(zhuǎn)90o，向X軸正方向移動(dòng)一個(gè)車身后向右旋轉(zhuǎn)90o沿Y軸負(fù)方向清

8、掃，以此往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)遇到障礙物時(shí)，則按下面的方法進(jìn)行規(guī)劃和避障：當(dāng)清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到障礙物的最左邊點(diǎn)時(shí)，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)和驅(qū)動(dòng)輪光柵的脈沖數(shù)計(jì)算出最左邊點(diǎn)的坐標(biāo)。然后根據(jù)超聲波測(cè)距傳感器收到的信息沿著障礙物邊緣行進(jìn)相當(dāng)于X軸方向一個(gè)車身的距離，再原地旋轉(zhuǎn)到Y(jié)軸負(fù)方向，沿Y軸負(fù)方向繼續(xù)清掃，這樣一直往返清掃，當(dāng)掃地機(jī)器人在沿障礙物邊緣清掃時(shí)超聲波傳感器突然收不到信號(hào)即到達(dá)了障礙物的最右端點(diǎn)，掃地機(jī)器人將原地一直向左旋轉(zhuǎn)直到超聲波傳感器再次收到信號(hào)為止，然后沿障礙物的上邊沿行進(jìn)到障礙物的最左端點(diǎn)，再沿Y軸方向進(jìn)行往返清掃，行進(jìn)路徑和障礙物下邊沿的行進(jìn)路徑類似。這樣就可以在清掃過(guò)程中自動(dòng)避開(kāi)障礙物

9、。以及利用超聲波測(cè)距的原理對(duì)避讓障礙物問(wèn)題進(jìn)行分析，超聲波傳感器接收到反射信號(hào)，檢測(cè)出前方有障礙物時(shí)，向控制器發(fā)出信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，躲避障礙物，根據(jù)信號(hào)的幅值大小，也可以初步確定障礙物的大小。選用超聲波測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，避免與家具等物品發(fā)生碰撞，從而避免損壞相應(yīng)物品。并且能利用PROTUES軟件對(duì)各構(gòu)件進(jìn)行仿真。四、進(jìn)度安排1-3周：調(diào)研、學(xué)習(xí)與課題有關(guān)的理論知識(shí)；查閱和搜集與課題有關(guān)的文獻(xiàn)和資料；根據(jù)題目要求擬訂方案，形成總體設(shè)計(jì)思想，撰寫開(kāi)題報(bào)告。47周：設(shè)計(jì)硬件電路，并在實(shí)驗(yàn)室中連接硬件線路。812周：對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 1315周：軟硬聯(lián)調(diào)，模擬運(yùn)行，完成系統(tǒng)的調(diào)試。 1619周：進(jìn)行結(jié)果分析，并撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。五、參考文獻(xiàn) 1 張毅剛.新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì),哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20032 吳松林.傳感器與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ),北京理工大學(xué)出版社，20093 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù),清華大學(xué)出版社，20094 黃繼昌.傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例，人民郵電出版社，19985 羅慶生，韓寶玲.一種基于超聲波與紅外線探測(cè)技術(shù)的測(cè)距定位系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2005 6 趙海鳴，卜英勇，王紀(jì)嬋，周知進(jìn).一種高精度超聲波測(cè)距方法的研究，