電子發(fā)燒友App
一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景及概述
清潔機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人的一種，所謂服務(wù)機(jī)器人是指自主 或半自主的、從事非生產(chǎn)活動(dòng)、能完成有益于人類健康的服務(wù)工作的機(jī)器人。家庭清潔機(jī)器人集機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)、控制、機(jī)器入技術(shù)、人工智能等諸多 學(xué)科為一體，能夠自動(dòng)進(jìn)行房間地面的家庭衛(wèi)生服務(wù)。在一些發(fā)達(dá)國家的很多公共場合已經(jīng)開始使用清潔機(jī)器人，隨著清潔機(jī)器人性價(jià)比的提高，清潔機(jī)器人進(jìn)入家 庭成為可能。
二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理
2.1、原理概述
清潔機(jī)器人需要完成的任務(wù)是能夠在房間中自動(dòng)清潔地面。工作時(shí)，利用各種傳感器測得環(huán)境信息，并做出決策，實(shí)現(xiàn)邊行走邊打掃，完成預(yù)定的任務(wù)。典型的清潔機(jī)器人主要由以下幾個(gè)模塊組成：
（1）信息采集模塊
?。?）決策模塊
（3）運(yùn)動(dòng)控制模塊
?。?）清掃模塊
這四個(gè)部分構(gòu)成了完整的清潔機(jī)器人系統(tǒng)，如圖2-1所示。信息采集模塊返回當(dāng)前清潔機(jī)器人的位置信息，如是否碰到障礙物、是否遇到樓梯等，然后把這些信 息送給決策模塊進(jìn)行決策，控制運(yùn)動(dòng)控制模塊，使機(jī)器人轉(zhuǎn)彎或者后退等，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的同時(shí)讓清掃模塊進(jìn)行清掃，完成打掃地面的任務(wù)。
圖2-1清潔機(jī)器人系統(tǒng)典型組成示意圖
2.2、硬件設(shè)計(jì)原理
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)器人本體的良好設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)其他各功能模塊的基礎(chǔ)。本文設(shè)計(jì)的清潔機(jī)器人采用三輪機(jī)構(gòu)的車體，兩個(gè)動(dòng)力輪，一個(gè)萬向輪，具有運(yùn)動(dòng)靈活，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)。
機(jī)器人在地面上移動(dòng)的方式通常有三種：輪式、履帶式和步行式。步行移動(dòng)方式模仿人類或動(dòng)物的行走機(jī)理，用腿腳走路，對環(huán)境適應(yīng)性好，智能程度也相對較 高，但步行移動(dòng)方式在機(jī)構(gòu)和控制上比較復(fù)雜：履帶移動(dòng)方式將環(huán)狀循環(huán)軌道履帶卷繞在若干滾輪外，使車輪不直接與地面接觸，履帶式的的優(yōu)點(diǎn)是著地面積比車輪 式大，所以著地壓強(qiáng)小，適于爬坡或者不平的地面；輪式移動(dòng)方式是最常見的一種地面行進(jìn)方式，其特點(diǎn)是：能高速穩(wěn)定的移動(dòng)，能量利用效率高，機(jī)構(gòu)和控制簡 單，但不能爬坡。本設(shè)計(jì)中清潔機(jī)器人只需在室內(nèi)打掃，工作環(huán)境較好，所以采用輪式移動(dòng)方式。
超聲波傳感器需要安裝在底盤上，且需要安裝在合適的位置并牢固可靠。本設(shè)計(jì)中將超聲波模塊直插在固定的電路板上，進(jìn)而固定在底盤上。機(jī)器人行進(jìn)時(shí)，主要是對要前行的路探測是否有障礙物，因此將超聲波模塊安裝在車身的最前端。
本系統(tǒng)選用雙軸HC02-48強(qiáng)磁電機(jī)，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，無抖動(dòng)。扭力強(qiáng)勁130強(qiáng)磁直流減速電機(jī)，扭力為普通電機(jī)的2至5倍，電壓3-9V，變速箱1：48比速，小車最佳比速，速度與力量完美組合。
清掃機(jī)器人的吸塵技術(shù)有兩類：真空吸塵器和氣流濾塵器。真空吸塵器是由高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇在機(jī)體內(nèi)形成真空從而產(chǎn)生強(qiáng)大的氣流，將塵埃和臟物通過吸口吸入機(jī) 體內(nèi)的濾塵袋內(nèi)。氣流濾塵器是一個(gè)全封閉系統(tǒng)，既無外部氣體吸入，也無機(jī)內(nèi)氣體排除，其原理是利用附壁效應(yīng)去形成低壓渦流氣體，最后將沉渣截留于吸塵器內(nèi) 的渦流腔內(nèi)。
硬件電路設(shè)計(jì)
根據(jù)清潔機(jī)器人功能要求，清潔機(jī)器人硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、超聲波模塊、藍(lán)牙模塊。
本系統(tǒng)采用SLH89F5162作為核心控制芯片。采用了多種防破解技術(shù)。SLH89F5162單片機(jī)是一款功能比較強(qiáng)大的單片機(jī)，它擁有兩個(gè)全雙工串 行通信接口，串口1的功能及操作與傳統(tǒng)51單片機(jī)串行口相同：特殊的是SLH89F5162單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)獨(dú)立波特率發(fā)生器，串口1可以使用定時(shí)器1作 為波特率發(fā)生器，也可以使用獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器；而串口2只能使用獨(dú)立波特率發(fā)生器作為波特率發(fā)生器。SLH89F5162是高速/低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成3路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對電機(jī)控 制，強(qiáng)干擾場合。SLH89F5162單片機(jī)為整個(gè)控制系統(tǒng)核心，考慮各模塊的功能需求以及單片機(jī)各個(gè)I/O口的特性后。
硬件系統(tǒng)由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：電源部分，負(fù)責(zé)提供穩(wěn)定的5V電源；晶振電路，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘；復(fù)位電路，按鍵后對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位：藍(lán)牙模塊，接收手機(jī)發(fā)送的控制信號；超聲波模塊，進(jìn)行實(shí)時(shí)測距以躲避障礙物；驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走。
軟件設(shè)計(jì)原理
本章主要進(jìn)行了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，完成了底層軟件的編寫；同時(shí)，研究了清潔機(jī)器人路徑規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)了三種清掃模式的選擇；進(jìn)一步，研究了智能手機(jī)遙控在清潔機(jī)器人中的應(yīng)用。
清潔機(jī)器人在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清潔任務(wù)時(shí)，需要完成如下幾個(gè)任務(wù)：（1）接收手機(jī)發(fā)出的控制命令；（2）手機(jī)控制行走；（3）自動(dòng)避障；（4）控制驅(qū)動(dòng)輪行走； （5）自動(dòng)清潔區(qū)域。其中接收手機(jī)發(fā)出的控制命令，對實(shí)時(shí)性要求比較高，需要中斷程序處理，其他傳感器信息采用查詢方式進(jìn)行處理。
本系 統(tǒng)將軟件分成以下幾個(gè)模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：手機(jī)遙控模塊，用戶可以通過手機(jī)遙控的方式使機(jī)器人進(jìn)行清掃，方便使用，采用中斷服務(wù)子程序進(jìn)行處理；自動(dòng)避障模塊， 機(jī)器人在運(yùn)行過程中能自動(dòng)避障，同時(shí)完場清掃任務(wù)：自動(dòng)區(qū)域清掃模塊，機(jī)器人可以完成對某一區(qū)域的自動(dòng)清掃；電機(jī)控制模塊，對電機(jī)進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行 走；這些模塊各自封裝好，將封裝好函數(shù)接口留給主函數(shù)進(jìn)行調(diào)用。
程序初始化模塊主要包括：初始化串口、初始化定時(shí)器、開串口中斷、開定時(shí)器中斷、配置獨(dú)立波特率發(fā)生器等。工作過程可以分成兩個(gè)主要部分：檢測控制命令和實(shí)現(xiàn)清掃。
對于檢測控制命令，要求單片機(jī)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)手機(jī)發(fā)出的命令，由于是通過藍(lán)牙通訊，則需響應(yīng)藍(lán)牙通過串口接收到的數(shù)據(jù)，只需打開串口中斷即可。
對于實(shí)現(xiàn)清掃，首先要選擇清潔模式，再根據(jù)不同的清潔的模式，對電機(jī)及超聲波模塊經(jīng)行相應(yīng)的控制。
三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)框圖
硬件設(shè)計(jì)框圖
圖3-1硬件設(shè)計(jì)框圖
軟件設(shè)計(jì)框圖
圖3-2主程序流程圖
圖3-3藍(lán)牙模塊流程圖
圖3-4模式選擇流程圖
??????? 硬件電路圖
工商網(wǎng)監(jiān)
評論