室内智能清洁机器人的研究

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1、绍兴文理学院元培学院文献综述题目室内智能机器人的研究专业班级机自1001班学生姓名李栋栋2012年6月3日室内智能清洁机器人李栋栋(绍兴文理学院元培学院机自1001班)1、前言随着社会的进步和发展，人们的学习、工作越来越繁忙，于是怎样更大程度地将人们从烦琐的日常事物中解脱出来，就成了新一代家电所追求的目标而智能化正是这一目标的集中体现本文介绍的智能吸尘器初步实现了无人情况下的自主工作方式，很大程度地提高了产品的自动化水平。清洁机器人系统的基本结构一般包括四部分：控制系统、移动机构、感知系统、清洁系统。随着计算机技术、人工智能技术、传感器

2、技术、移动机器人技术的飞速发展，为清洁机器人的控制系统的研究和开发打下坚实的理论与技术基础以及美好的未来发展蓝图；感知系统依赖于传感器技术，一般常用的传感器有：CCD摄像机、超声波传感器、红外传感器、接近传感器和碰撞传感器等，感知外部的环境信息；移动机构是清洁机器人的本体，一般的结构有：轮式、履带式、步进式或其他方式，轮式和履带式适合移动在平整的地面上，步进式适合与条件较差的路面移动；清扫系统一般有：喷水器、地刷和吸尘器，喷水器向地面喷洒清水，地刷用于强力清扫地板上的吸附物，吸尘器吸取地板上较小的物体。近年来快速发展、深刻影响着清洁机器

3、人进步的关键技术有：路径规划技术、传感器技术、吸尘技术、控制技术、电源技术等[1]。2、主题１总体原理　　该智能吸尘器利用了超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断；通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略；通过驱动器驱动两步进电机，带动驱动轮，从而实现避障功能与此同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫　　２功能实能　　整个吸尘器原理上可以分为五个主要部分（如图1）[2]：传感器部分、控制

4、器部分、驱动部分、吸尘部分和电源部分各部分的原理及具体功能实现如下：       3超声波测距原理[3]　　　超声波是一种一定频率范围的声波它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性，而在不同媒质的界面处，会产生反射现象利用这一特性，就可 以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔，从而达到测量距离的作用其具体的计算公式如下：　　s＝v×t／2　　其中，s为障碍物与吸尘器之间的距离；t为发射到接收经历的时间；v为声波在空气中传播的速度由于ｖ的值受温度的影响会波动，因此，在实际的应用中可以用以下公式来加以补偿，其中T表示空气的绝对温度，m/s为速

5、度单位      在智能吸尘器中，避障功能的实现正是利用了这一超声波测距的原理它的传感器部分由三对（每对包括一个发射探头和一个接收探头）共六个超声波传感头组成由单独的振荡电路产生频率固定为40kHz，幅值为5V的超声波信号在控制器送来的路选信号（如图1）的作用下，40kHz的振荡信号被加在超声发射探头的两端，从而产生超声信号向外发射；该信号遇到障碍物时，产生反射波，当这一反射波被接收探头接收后，根据前述测距的原理，就可以精确地判断障碍物的远近；同时，根据信号的幅值大小，也可以初步确定障碍物的大小　4路径规划　　由于每一个超声波探头都有一

6、定的指向性（即发射或接受的空间范围），所以在测量时必然存在盲区（如图2）因此，三对传感器必然以一定的尺寸分布在吸尘器的前端，从而使传感器测量的范围包含整个吸尘器所必须经过的空间，同时又避免探测死角（既使盲区落在须测量的范围之外）5清洁机器人的定位[4]图3清洁机器人运动轨迹分析该清洁机器人的定位是基于光电编码器的“车轮脉冲定位”方式的。根据清洁机器人的工作环境，建立一个以地面为XY平面，以一个运动周期开始时清洁机器人的中心为原点的直角坐标系，在此运动周期结束时进行一次计算，用来描述清洁机器人在一个运动周期后相对于这个运动周期前位姿的变化

7、情况。清洁机器人只在XY平面内做二维平面运动，；s     6防止干扰　　由于三对超声波传感探头之间的安装距离比较近，因而存在相互干扰的问题为了解决这一问题，在设计中引进了循环扫描的方式既循环地对每组探头施加发射和接收，当一组工作时，其余两组停止循环周期由路选信号来控制，只有15ms（即在15ms的时间里完成一次对三组探头的扫描），因而在实际应用中很可靠　　7控制部分[5]　　控制部分的核心是MC51单片机，它主要完成三个部分的任务：　　·向传感器部分（三路）分别送路选信号：当路选信号是高电频时，该路导通；反之，就截止这样，通过路选信号

8、，就可以完成三路信号的顺序扫描以及对发射和接收的计时功能　　·作为控制器的核心，它要根据接收的信号（左、中、右三路）的幅值，以及从发射到接收的时间间隔，计算并判断障碍物的相对位置，大致大小在此基础上，根据事