掃地機(jī)器人開題報告

1、沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告論文題目：基于單片機(jī)的掃地機(jī)器人的設(shè)計專業(yè)：通信工程學(xué)號：B學(xué)生姓名：至就指導(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，隨后發(fā)展的歐美，風(fēng)靡港澳臺，90年代中期進(jìn)入大陸。現(xiàn)在市場上的自動掃地機(jī)器人 主要幾種品牌：（T0MEF0N徳國）斐納掃地機(jī)器人，（irobot美國）irobot掃地機(jī)器人， （Proscenic臺灣）浦桑尼克掃地機(jī)器人，（科沃斯 中國）科沃斯掃地機(jī)器人，（P

2、HILIPS 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)器人時代的大門，中國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%左右的速度増長。據(jù)統(tǒng)計，到2009年底，全球投入使 用的服務(wù)型機(jī)器人已達(dá)到450萬臺。2、選題的意義t自動掃地機(jī)器人優(yōu)于普

3、通吸塵器的地方主要體現(xiàn)在：省時、省力，整個清潔過程中不 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詣訏叩貦C(jī)器人，具 有操作簡單，使用方便、智能、安全、清潔效果顯著的特點(diǎn)。3、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在國內(nèi)外市場上的掃地機(jī)器人推出速度如雨后春筍，國外品牌中，美國iRobot和 德國T0MEF0N 3地機(jī)器人比較熱門，國內(nèi)目前比較知名的有科沃斯、地貝、?，斕氐龋?其中作為進(jìn)入扌m地機(jī)器人市場的Proscenic,也是比較

4、熱門的一個品牌。研究現(xiàn)狀：自動掃地機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中的一個新產(chǎn)品，盡管目前國內(nèi)在 這方而的研究開發(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)問題需要解決或提 高，如路徑規(guī)劃就是其中的一個比較重要的技術(shù)。有的可在房間內(nèi)隨機(jī)移動，有的能在 單個房間內(nèi)比較簡單地以一定的路線移動（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，遍歷時間長。目前，在一些發(fā)達(dá)國家的辦公室、工廠、車站、機(jī)場等場所已廣泛使用到自動掃地 機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務(wù)中解脫 出來，這使得自動掃地機(jī)器人進(jìn)入人家庭成為可能。如果

5、自動掃地機(jī)器人性價比足夠高， 那么自動掃地機(jī)器人市場將會被看好。二、研究方案1、研究的主要內(nèi)容¥本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是設(shè)計一個智能掃地機(jī)器人控制系統(tǒng)，利用超聲波測距的 原理，通過向前進(jìn)方向發(fā)射超聲波脈沖，并接受相應(yīng)的返回聲波脈沖，對障礙物進(jìn)行判斷， 通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對趨聲發(fā)射和接受的控制，并在處理返回脈沖信號的基礎(chǔ)上加以判斷，從 而選出一個優(yōu)化的路徑，通過驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)馬達(dá)，帶動驅(qū)動輪而實(shí)現(xiàn)行走功能。2、設(shè)計的方案本設(shè)計將自動掃地機(jī)器人分為5個部分：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，包括超聲波測距 模塊，對輸入輸

6、出器件的操作，對執(zhí)行電機(jī)的控制，以及對傳感器的響應(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，底盤為三輪電動小車，前面兩輪由兩個電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，E輪為萬 向輪。掃地系統(tǒng)用電機(jī)帶動清掃刷的轉(zhuǎn)動，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 刷直流電機(jī)；傳感器部分即測距子系統(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

7、部分采用 可充電的5伏鋰電池。圖1系統(tǒng)原理框圖3、可行性分析此設(shè)計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，可通過超聲波測距傳感器的信息來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) 開始，按順時針方向繞墻運(yùn)動一周，先對室內(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，以此來作為它清擋路徑的起始 點(diǎn)，也即絕對坐標(biāo)的原點(diǎn)。先假設(shè)室內(nèi)只有一個孤立的障礙物，以房屋左下角0點(diǎn)為起始點(diǎn)。 開始清掃時，從0點(diǎn)勢始沿Y軸正方向清掃，遇到墻壁時向右原地旋轉(zhuǎn)90

8、o,向X軸正方 向移動一個車身后向右璇轉(zhuǎn)90。沿Y軸負(fù)方向清掃，以此往復(fù)運(yùn)動。當(dāng)遇到障礙物時，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)動到障礙物的最左邊點(diǎn)時，根據(jù)步進(jìn)電機(jī) 的脈沖數(shù)和驅(qū)動輪光柵的脈沖數(shù)計算出最左邊點(diǎn)的坐標(biāo)。然后根據(jù)超聲波測距傳感器收到 的信息沿著障礙物邊緣行進(jìn)相當(dāng)于X軸方向一個車身的距離，再原地獲轉(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 掃時超聲波傳感器突然收不到信號即到達(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)直到趨聲波傳感器再次收到信號為止，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，

9、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程中自動避開障礙物。以及利用超聲波測距的原理對避讓 障礙物問題進(jìn)行分析，超聲波傳感器接收到反射信號，檢測出前方有障礙物時，向控制器 發(fā)出信號，控制器控制打地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，躲避障礙物，根據(jù)信號的幅值大小，也可以初步 確定障礙物的大小。選用超聲波測距傳感器，實(shí)現(xiàn)非接觸式測量，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軟件對各構(gòu)件進(jìn)行仿真。四、進(jìn)度安排13周：調(diào)研、學(xué)習(xí)與課題有關(guān)的理論知識；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)計思想，撰寫開題報告。47周：設(shè)計硬件電路，并在實(shí)驗(yàn)室中連接硬件線路。812周：對系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計。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)呆分析，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，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20032 吳松林.傳感器與檢測技術(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技術(shù)的測距定位系統(tǒng)，計算機(jī)測 量與控制，20056 趙海鳴，I、英勇，王紀(jì)嬋