在當(dāng)今的情況下，我們都忙于工作，沒有時(shí)間正確打掃房子。這個(gè)問(wèn)題的解決方法很簡(jiǎn)單，你只需要買一個(gè)家用吸塵器機(jī)器人，比如irobot roomba，它會(huì)通過(guò)按下一個(gè)按鈕來(lái)清潔你的房子。但是這些商業(yè)產(chǎn)品有一個(gè)共同的問(wèn)題，那就是成本。所以今天，我們決定做一個(gè)簡(jiǎn)單的掃地機(jī)器人， 與市面上的商業(yè)產(chǎn)品相比，它不僅制作簡(jiǎn)單，而且成本非常低。經(jīng)常閱讀的讀者可能還記得我們很久以前制造的Arduino 吸塵機(jī)器人，但那個(gè)機(jī)器人非常笨重，需要一個(gè)大的鉛酸電池才能移動(dòng)。新的Arduino 吸塵器 我們將在這里建造將更緊湊，更實(shí)用。最重要的是，該機(jī)器人將配備超聲波傳感器和紅外接近傳感器。超聲波傳感器將允許機(jī)器人避開障礙物，以便它可以自由移動(dòng)，直到房間被正確清潔，接近傳感器將幫助它避免從樓梯上摔下來(lái)。

構(gòu)建基于 Arduino 的地板清潔機(jī)器人所需的材料

由于我們使用非常通用的組件來(lái)構(gòu)建真空吸塵器機(jī)器人的硬件部分，因此您應(yīng)該能夠在當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业剿羞@些組件。這是所需材料的完整列表以及所有組件的圖像。

Arduino Pro 迷你 - 1

HC-SR04 超聲波模塊 - 3

L293D 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 - 1

5Volt N20 電機(jī)和安裝支架 - 2

N20 電動(dòng)車輪 - 2

開關(guān) - 1

LM7805 穩(wěn)壓器 - 1

7.4V 鋰離子電池 - 1

紅外模塊 - 1

穿孔板 - 1

腳輪 - 1

中密度纖維板

通用便攜式吸塵器

便攜式吸塵器

在組件需求部分，我們談到了便攜式真空吸塵器，下圖正是展示了這一點(diǎn)。這是一款來(lái)自亞馬遜的便攜式吸塵器。這帶有一個(gè)非常簡(jiǎn)單的機(jī)制。它在底部有三個(gè)部分（一個(gè)用于儲(chǔ)存灰塵的小室，中間部分包括電機(jī)、風(fēng)扇和頂部的電池插座（有一個(gè)電池蓋或蓋子）。它有一個(gè)直流電機(jī)和一個(gè)風(fēng)扇。這個(gè)電機(jī)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的開關(guān)直接連接到 3V（2*1.5volt AA 電池）。由于我們用 7.4V 電池為機(jī)器人供電，我們將切斷內(nèi)部電池的連接并從 5V 供電電源。所以，我們?nèi)サ袅怂胁槐匾牟考?，只剩下兩線電機(jī)。你可以在下圖中看到。

HC-SR04 超聲波傳感器模塊

為了檢測(cè)障礙物，我們使用了流行的HC-SR04 超聲波距離傳感器 ，也可以稱之為避障傳感器。工作很簡(jiǎn)單，首先，發(fā)射器模塊發(fā)送一個(gè)超聲波，該超聲波在空氣中傳播，遇到障礙物，然后反彈回來(lái)，接收器接收到該波。通過(guò)用Arduino計(jì)算時(shí)間，我們可以確定距離。在之前關(guān)于基于 Arduino 的超聲波距離傳感器項(xiàng)目的文章中，我們已經(jīng)非常深入地討論了這種傳感器的工作原理。如果您想了解有關(guān) HC-SR04 超聲波距離傳感器模塊的更多信息，可以查看。

用于樓梯檢測(cè)的地板傳感器（IR 傳感器）

在功能部分，我們已經(jīng)討論了機(jī)器人可以檢測(cè)樓梯并防止自己跌倒的功能。為此，我們使用了IR Sensor。我們將在IR 傳感器和 Arduino之間建立一個(gè)接口。IR Proximity Sensor的工作原理很簡(jiǎn)單，它有一個(gè) IR LED 和一個(gè)光電二極管，IR LED 發(fā)出 IR 光，如果有任何障礙物擋在發(fā)出的光的前面，它就會(huì)被反射，并檢測(cè)到反射光由光電二極管。但是反射產(chǎn)生的電壓會(huì)非常低。為了增加它，我們可以使用運(yùn)算放大器比較器，我們可以放大并獲得輸出。紅外模塊具有三個(gè)引腳 - Vcc、接地和輸出。通常，當(dāng)傳感器前面有障礙物時(shí)，輸出會(huì)變低。所以，我們可以用它來(lái)檢測(cè)地板。如果在一瞬間，我們從傳感器檢測(cè)到高電平，我們可以停止機(jī)器人，將其轉(zhuǎn)回或做任何我們想要防止它從樓梯上掉下來(lái)的事情。在上一篇文章中，我們制作了一個(gè)面包板版本的紅外接近傳感器模塊并詳細(xì)解釋了工作原理，如果您想了解更多關(guān)于該傳感器的信息，可以查看。

基于Arduino的地板清潔機(jī)器人電路圖

我們有三個(gè)檢測(cè)障礙物的超聲波傳感器。因此，我們需要連接超聲波傳感器的所有地線并將它們連接到公共地線。此外，我們連接傳感器的所有三個(gè) Vcc 并將其連接到公共 VCC 引腳。接下來(lái)，我們將觸發(fā)和回聲引腳連接到 Arduino 的 PWM 引腳。我們還將 IR 模塊的 VCC 連接到 5V，并將地連接到 Arduino 的接地引腳，IR 傳感器模塊的輸出引腳連接到 Arduino 的數(shù)字引腳 D2。對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，我們將兩個(gè)使能引腳連接到 5v，并將驅(qū)動(dòng)器電壓引腳連接到 5V，因?yàn)槲覀兪褂玫氖?5 伏電機(jī)。在上一篇文章中，我們制作了一個(gè)Arduino 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器擴(kuò)展板，您可以查看它以了解有關(guān)L293D 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 IC的更多信息及其操作。Arduino、超聲波模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)在 5 伏電壓下工作，更高的電壓會(huì)殺死它，我們使用 7.4 伏電池，將其轉(zhuǎn)換為 5 伏，使用 LM7805 穩(wěn)壓器。將真空吸塵器直接連接到主電路。

為基于 Arduino 的地板清潔機(jī)器人構(gòu)建電路

要將每個(gè)組件焊接在一起，首先，我拿了一小塊點(diǎn)狀穿孔板，根據(jù)電路圖放置每個(gè)組件，然后焊接所有東西。這部分非常簡(jiǎn)單，但要小心。此外，我們使用了兩個(gè)母頭來(lái)放置Arduino pro mini。完成穿孔板焊接后，我們將電線連接到超聲波模塊，并將它們連接到相應(yīng)的引腳上，如圖所示。

為基于 Arduino 的地板清潔機(jī)器人建造外殼

為了得到一些關(guān)于我的機(jī)器人的想法，我在網(wǎng)上搜索了吸塵器機(jī)器人，得到了一些圓形機(jī)器人的圖像。所以，我決定造一個(gè)圓形機(jī)器人。為了構(gòu)建機(jī)器人的追逐和身體，我有很多選擇，如泡沫板、MDF、紙板等。但我選擇 MDF 是因?yàn)樗苡膊⑶揖哂幸恍┓浪匦浴Ｈ绻@樣做，您可以決定為您的機(jī)器人選擇哪種材料。

為了構(gòu)建機(jī)器人，我拿了 MDF 板，然后畫了兩個(gè)半徑為 8 CM 的圓， 在那個(gè)圓內(nèi)，我還畫了另一個(gè)半徑為 4 CM的圓用于安裝真空吸塵器。然后我剪掉了圓圈。此外，我已經(jīng)為車輪路徑切割并移除了適當(dāng)?shù)牟糠郑ㄕ?qǐng)參閱圖像以更好地理解）。最后，我為腳輪打了三個(gè)小孔。下一步是使用支架將電機(jī)安裝在底座上，同時(shí)將腳輪放置并固定到其位置。之后，將超聲波傳感器放置在機(jī)器人的左側(cè)、右側(cè)和中間。此外，將 IR 模塊連接到機(jī)器人的底部。不要忘記在外面添加開關(guān)。這就是構(gòu)建機(jī)器人的全部?jī)?nèi)容，如果您對(duì)此感到困惑，可以參考以下圖片。

最上面的部分，我還在泡沫板上畫了一個(gè)半徑為11CM的圓，剪下來(lái)。對(duì)于頂部和底部之間的間距，我切了三個(gè) 4 厘米長(zhǎng)的塑料管。之后，我將塑料墊片粘在底部，然后粘在頂部。如果需要，您可以用塑料或類似材料覆蓋機(jī)器人的側(cè)面部分。

基于Arduino的地板清潔機(jī)器人 - 代碼

該項(xiàng)目的完整代碼在文檔末尾給出。這個(gè) Arduino 代碼類似于基于 Arduino 的超聲波距離傳感器代碼，唯一的變化是地板檢測(cè)。在以下幾行中，我將解釋代碼是如何工作的。在這種情況下，我們沒有使用任何額外的庫(kù)。下面我們一步一步地描述了代碼。我們沒有使用任何額外的庫(kù)來(lái)解碼來(lái)自 HC-SR04 傳感器的距離數(shù)據(jù)，因?yàn)樗浅：?jiǎn)單。在以下幾行中，我們描述了如何。首先，我們需要為連接到 Arduino 板的所有三個(gè)超聲波距離傳感器定義 Trigger Pin 和 Echo Pin。在這個(gè)項(xiàng)目中，我們有三個(gè) Echo 引腳和三個(gè) Trigger 引腳。請(qǐng)注意，1 是左傳感器，2 是前傳感器，3 是右傳感器。

?

常量 int trigPin1 = 3; 
常量 int echoPin1 = 5; 
常量 int trigPin2 = 6; 
常量 int echoPin2 =9; 
常量 int trigPin3 = 10; 
常量 int echoPin3 = 11; 
int irpin = 2;

?

然后我們?yōu)榫嚯x定義變量，這些變量都是 (int) 類型變量，對(duì)于持續(xù)時(shí)間，我們選擇使用 (long)。同樣，我們每個(gè)人都有三個(gè)。另外，我已經(jīng)定義了一個(gè)整數(shù)來(lái)存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，我們將在本節(jié)后面討論它。

?

持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)1；
持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)2；
持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)3；
int距離左；
int 距離前沿；
int distanceright; 
詮釋a = 0；

?

接下來(lái)，在設(shè)置部分，我們需要使用?pinModes()?函數(shù)將所有透視引腳設(shè)置為輸入或輸出。要從模塊發(fā)送超聲波，我們需要將觸發(fā)引腳設(shè)為高電平，即所有觸發(fā)引腳都應(yīng)定義為?OUTPUT。為了接收回聲，我們需要讀取回聲引腳的狀態(tài)，因此所有回聲引腳都應(yīng)定義為?INPUT。此外，我們啟用串行監(jiān)視器以進(jìn)行故障排除。為了讀取 IR 模塊的狀態(tài)，我將irpin定義為輸入。

?

pinMode（trigPin1，輸出）；
pinMode（trigPin2，輸出）；
pinMode（trigPin3，輸出）；
pinMode（echoPin1，輸入）；
pinMode（echoPin2，輸入）；
pinMode（echoPin3，輸入）；
pinMode（irpin，輸入）；

?

這些數(shù)字引腳被定義為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入的輸出。

?

pinMode（4，輸出）；
pinMode（7，輸出）；
pinMode（8，輸出）；
pinMode（12，輸出）；

?

在主循環(huán)中，我們?yōu)槿齻€(gè)傳感器設(shè)置了三個(gè)部分。所有部分的工作方式相同，但每個(gè)部分用于不同的傳感器。在本節(jié)中，我們從每個(gè)傳感器讀取障礙物距離并將其存儲(chǔ)在每個(gè)定義的整數(shù)中。要讀取距離，首先，我們必須確保觸發(fā)引腳清晰，為此，我們需要將觸發(fā)引腳設(shè)置為?低電平?2 μs?，F(xiàn)在，為了產(chǎn)生超聲波，我們需要將觸發(fā)引腳設(shè)為?高電平?10 μs。這將發(fā)送超聲波，在?pulseIn()?函數(shù)的幫助下，我們可以讀取行進(jìn)時(shí)間，并將該值存儲(chǔ)到變量“持續(xù)時(shí)間”中。這個(gè)函數(shù)有2個(gè)參數(shù)，第一個(gè)是echo pin的名字，第二個(gè)可以寫高或?低。HIGH 表示?pulseIn?()?函數(shù)將等待??由反彈的聲波引起?的引腳變?yōu)楦唠娖讲㈤_始計(jì)數(shù)，然后?在聲波結(jié)束時(shí)等待引腳變?yōu)榈碗娖綄⑼Ｖ褂?jì)數(shù)。該函數(shù)以微秒為單位給出脈沖的長(zhǎng)度。為了計(jì)算距離，我們將持續(xù)時(shí)間乘以 0.034（空氣中的聲速為 340m/s）再除以 2（這是由于聲波的來(lái)回傳播）。最后，我們將每個(gè)傳感器的距離存儲(chǔ)在相應(yīng)的整數(shù)中。

?

數(shù)字寫入（trigPin1，低）；
延遲微秒（2）；
數(shù)字寫入（trigPin1，高）；
延遲微秒（10）；
數(shù)字寫入（trigPin1，低）；
持續(xù)時(shí)間1 = 脈沖輸入（echoPin1，高）；
距離左 = 持續(xù)時(shí)間 1 * 0.034 / 2；

?

在得到每個(gè)傳感器的距離后，我們可以在if 語(yǔ)句的幫助下控制電機(jī)，從而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。這很簡(jiǎn)單，首先，我們給了一個(gè)障礙物距離值，在這個(gè)例子中，它是 15cm（根據(jù)你的意愿改變這個(gè)值）。然后我們根據(jù)該值給出條件。例如，當(dāng)左側(cè)傳感器前方有障礙物（即左側(cè)傳感器的距離應(yīng)小于或等于 15 厘米）且其他兩個(gè)距離較高（即傳感器前方?jīng)]有障礙物）時(shí)，然后借助數(shù)字寫入功能，我們可以將電機(jī)驅(qū)動(dòng)到正確的位置。后來(lái)，我檢查了紅外傳感器的狀態(tài)。如果機(jī)器人在地板上，則 IR 引腳的值為L(zhǎng)OW，如果不是，則值為高。然后我將該值存儲(chǔ)在int s 變量中。我們將根據(jù)這個(gè)狀態(tài)來(lái)控制機(jī)器人。

這部分代碼用于向前和向后移動(dòng)機(jī)器人：

?

if(s==HIGH) 
  { 
    digitalWrite(4, LOW); 
    數(shù)字寫入（7，高）；
    數(shù)字寫入（8，低）；
    數(shù)字寫入（12，高）；
      延遲（1000）；
    a=1; 
        }

?

但是這種方法有一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)電機(jī)向后移動(dòng)，地板回來(lái)，機(jī)器人向前移動(dòng)時(shí)，它會(huì)重復(fù)使機(jī)器人卡住。?為了克服這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诶斫?floor 不存在后將值 (1) 存儲(chǔ)在int中。我們還檢查這種情況是否有其他運(yùn)動(dòng)。

檢測(cè)到?jīng)]有地板后，機(jī)器人不會(huì)向前移動(dòng)。相反，它會(huì)向左移動(dòng)，這樣我們就可以避免這個(gè)問(wèn)題。

?

if ((a==0)&&(s==LOW)&&(distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright <= 15) || (a==0)&&(s==LOW)&&(distanceleft > 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15))

?

在上述情況下。首先，機(jī)器人會(huì)檢查樓層狀態(tài)和整數(shù)值。只有滿足所有條件，機(jī)器人才會(huì)繼續(xù)前進(jìn)。

現(xiàn)在，我們可以為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器編寫命令了。這將驅(qū)動(dòng)右電機(jī)向后和左電機(jī)向前，從而將機(jī)器人向右轉(zhuǎn)動(dòng)。

這部分代碼用于向右移動(dòng)機(jī)器人：

?

數(shù)字寫入（4，高）；
數(shù)字寫入（7，低）；
數(shù)字寫入（8，高）；
數(shù)字寫入（12，低）；

?

如果機(jī)器人檢測(cè)到地板不存在，則該值變?yōu)?1，機(jī)器人將向左移動(dòng)。左轉(zhuǎn)后，'a' 的值從 1 變?yōu)?0。

?

 if ((a==1) &&(s==LOW) ||(s==LOW) && (distanceleft <= 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15) || (s== LOW) && (distanceleft <= 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15) || (s==LOW) && (distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15) || (distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15)) 
  { 
    digitalWrite(4, HIGH); 
    數(shù)字寫入（7，低）；
    數(shù)字寫入（8，低）；
    數(shù)字寫入（12，高）；
    延遲（100）；
    a=0；
  }

?

這部分代碼用于向左移動(dòng)機(jī)器人：

?

if ((s==LOW)&&(distanceleft > 15 && distancefront <= 15 && distanceright <= 15) ||(s==LOW)&& (distanceleft > 15 && distancefront > 15 && distanceright <= 15) ||( s==LOW)&& (distanceleft > 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15) ) 
    { 
    digitalWrite(4, LOW); 
    數(shù)字寫入（7，高）；
    數(shù)字寫入（8，高）；
    數(shù)字寫入（12，低）；
  }

?

?

?

//定義引腳
常量 int trigPin1 = 3;
常量 int echoPin1 = 5;
常量 int trigPin2 = 6;
常量 int echoPin2 = 9;
常量 int trigPin3 = 10;
常量 int echoPin3 = 11;
int irpin = 2;
// 定義變量
持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)1；
持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)2；
持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)3；
int距離左；
int 距離前沿；
int distanceright;
詮釋a = 0；
無(wú)效設(shè)置（）{
  pinMode（trigPin1，輸出）；
  pinMode（trigPin2，輸出）；
  pinMode(trigPin3, OUTPUT);// 將 trigPin 設(shè)置為輸出
  pinMode（echoPin1，輸入）；// 將 echoPin 設(shè)置為輸入
  pinMode（echoPin2，輸入）；
  pinMode（echoPin3，輸入）；
  pinMode（irpin，輸入）；
  pinMode（4，輸出）；
  pinMode（7，輸出）；
  pinMode（8，輸出）；
  pinMode（12，輸出）；
}
無(wú)效循環(huán)（）{
  數(shù)字寫入（trigPin1，低）；
  延遲微秒（2）；
  數(shù)字寫入（trigPin1，高）；
  延遲微秒（10）；
  數(shù)字寫入（trigPin1，低）；
  持續(xù)時(shí)間1 = 脈沖輸入（echoPin1，高）；
  距離左 = 持續(xù)時(shí)間 1 * 0.034 / 2；
  Serial.print("距離1：");
  Serial.println(distanceleft);
  數(shù)字寫入（trigPin2，低）；
  延遲微秒（2）；
  數(shù)字寫入（trigPin2，高）；
  延遲微秒（10）；
  數(shù)字寫入（trigPin2，低）；
  持續(xù)時(shí)間2 = 脈沖輸入（echoPin2，高）；
  距離前沿 = 持續(xù)時(shí)間 2 * 0.034 / 2；
  Serial.print("距離2：");
  Serial.println(distancefront);
  數(shù)字寫入（trigPin3，低）；
  延遲微秒（2）；
  數(shù)字寫入（trigPin3，高）；
  延遲微秒（10）；
  數(shù)字寫入（trigPin3，低）；
  持續(xù)時(shí)間3 = 脈沖輸入（echoPin3，高）；
  distanceright = duration3 * 0.034 / 2;
  Serial.print("距離3：");
  Serial.println(distanceright);
  int s = digitalRead(irpin);
  如果（s==高）
  {
    數(shù)字寫入（4，低）；
    數(shù)字寫入（7，高）；
    數(shù)字寫入（8，低）；
    數(shù)字寫入（12，高）；
      延遲（1000）；
    a=1;
    }
  if ((a==0)&&(s==LOW)&&(distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright <= 15) || (a==0)&&(s==LOW)&&(distanceleft > 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15))
  {
    數(shù)字寫入（4，高）；
    數(shù)字寫入（7，低）；
    數(shù)字寫入（8，高）；
    數(shù)字寫入（12，低）；
  }
  if ((a==1)&&(s==LOW)||(s==LOW)&&(distanceleft <= 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15)||(s==LOW)&&(distanceleft <= 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15)||(s==LOW)&& (distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15)||(distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15))
  {
    數(shù)字寫入（4，高）；
    數(shù)字寫入（7，低）；
    數(shù)字寫入（8，低）；
    數(shù)字寫入（12，高）；
    延遲（100）；
    a=0；
  }
  if ((s==LOW)&&(distanceleft > 15 && distancefront <= 15 && distanceright <= 15) ||(s==LOW)&& (distanceleft > 15 && distancefront > 15 && distanceright <= 15) ||( s==LOW)&& (distanceleft > 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15))
  {
    數(shù)字寫入（4，低）；
    數(shù)字寫入（7，高）；
    數(shù)字寫入（8，高）；
    數(shù)字寫入（12，低）；
  }
}

?

?