基于单片机的家用清洁机器人设计

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1、基于单片机的家用清洁机器人设计长安大学工程机械学院李杰邵肖肖摘要：提出一种具有全自动，适用于一般家庭中吸尘、倒垃圾、等功能的家用清洁机器人。整个清洁机器人主要以51单片机为控制核心，用三个直流电机来驱动整个机器人的行走，四个红外线传感器，一个小型吸尘器、一个伺服电机。关键词：家用清洁机器人；结构：传感器引言近些年，随着科技的高速发展，不管是在工业生产中还是在生活中都呈现出了高自动化的特点。在人们生活水平提高的同时，使用机器来代替人做家务，减少人们的劳动量成为了人们的追求。因此，各种各样的服务型机器人或便捷工異就会随之产生，家用清洁机器人就是其

2、中的一种，它可以让人们摆脱繁琐的劳务。在很多发达国家，清洁机器人己经很常见，我国才刚刚起步。随着社会的发展，相信清洁机器人有很好的发展前景。1国内外的发展现状国外在这方面起步比我国要早，欧洲以康复机器人为代表的服务机器人方面的研究，起源于20世纪70年代中期的Spartacus和Heidelbeg操作手项目。时至今日，机器人己经从第一代示教再现机器人、第二代带感觉的机器人发展到最新的第三代智能机器人，而服务机器人正是第三代机器人的典型代表。目前国外的科学家在移动机构设计、传感器融合与环境建模技术、人机交互技术、路径规划技术、智能控制技术、能源

3、技术等方面都取得了忪足的进步。目前，国内也己开始有关的研究开发工作，特别是在移动机器人的运动规划与控制方面取得了一定的成就，哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学等高校，也对清洁机器人进行了大量的研究，并取得了一些成果，这些都为清洁机器人的研究开发和推广奠定了物质和技术基础，为研宄开发清洁机器人奠定了技术基础。2总体设计思路为了能够实现机器人的清洁功能，首先需要一个移动平台。此移动平台要求简单，移动灵活，能够实现全方位的移动。因此，设计一个三轮车身，用三个直流电机分别驱动一个全向轮。这样就可以实现任意方向的转动和行驶。在车的正中央可以安装

4、一个小型吸尘器，此吸尘器用一个直流电机带动一个离心式风机产生负压力以达到吸尘的0的。在车的上方安装一个储存垃圾的箱体，用来存放垃圾，当垃圾满了以后自动到指定的位置排放。在机器人的后方的下部，设计一个可以提升和下压的夹持装置，用一个伺服电机控制其上升与下压动作。夹持手可以夹一个毛巾或海绵，伺服电机使其下压，实现擦地的0的。其车身外形图如图1:3实现过程及控制整个系统是以单片机为控制核心,处理执行各个外部传感器检测得到的电平信号，其中外部信号有四个部分得到:避障模块（红外传感器信号）地面灰尘传感器信号遥控模块和语音模块。最后把处理结果传递给机器人

5、电机，使得到相应效果。3.1控制方案现在市场中单片机的种类很多，这里采用价格较低的AT89S51作为主控。此单片机功耗低，性能高，应用广泛，控制灵活简单。其控制图如图2：图2控制框图避障功能上，主要是避免与外界发生碰撞。对于超声波传感器，由于超声波受环境影响较人，电路复杂，而II地面对超声波的反射，会影响系统对障碍物的判断。对于简单的触碰开关，虽然能够实现0的，但是考虑到还是要与外界发生碰撞，以及其寿命的问题，并不适合使用。红外线避障方法，利用一管发射另一管接收，接收管对外界红外线的接收强弱来判断障碍物的远近,由于红外线受外界可见光的影响较大

6、，因此通过调制信号产生38KHZ的载波来减少外界的一些干扰。只要障碍物在限定范围内就会产生相对的电平供单片机控制，实现避障功能。在控制上，由于无线电遥控模块在市场上非常普及，加上无线电遥控有传输距离远、抗干扰能力强、无方向性等优点，对于清洁机器人的控制是一个不错的选择。在语音控制上，采用柱极式话筒产生不Ml的频率信号来完成声音提示，经放大整形后产生一个脉冲电平输入给单片机完成声音提示功能。但给人以提示的可懂性比较差，但在一定程度上能满足要求，而iL易于实现，成本也不高。3.2程序设计方案在实际应用中要求机器人在一个完全未知的环境里，进行全范围

7、不留空隙的清扫。但在实际生活中每个房间里并不是完全空旷的，而是在不同的位置放着不同的物品，这样机器人就不能按照一定的路径往复工作，遇到障碍物时必须做出判断。因此就冇必要引入自适应控制法、模糊控制法等方法。我们设定当机器人接近障碍物一定距离吋，然后就左转或右转绕开障碍物，继续执行之前的路径，最后完成对整个房间的清扫。其程序框图如图3:图3程序流程图4结论此家用清洁机器人，结构简单，基于单片机的平台实现其各个功能，制作成本较低。相信随着科技的发展具有更强功能，智能程度更高，成本低的家用清洁机器人很快就会进入市场，服务于千家万户。参考文献：［1】安

8、树民.铁路部门用上了机器人［」］.机器人技术与应用，1997,(4):17-20.［2］陈继荣.智能电子制作创新制作一一机器人制作入门［M］.北京：科学出版社，20