基于单片机的楼道清洁机器人控制系统设计-论文.pdf

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1、I匐似基于单片机的楼道清洁机器人控制系统设计DesignofcontroIsystemforstair-cleaningrobotbasedonMCU姚兴田，马永林，徐丹，左俊秋，张磊YAOXing．tian。MAYong．1in，XUDan，ZUOJun．qiu，ZHANGLei(南通大学机械工程学院，南通226019)摘要：设计一种基于单片机的楼道清洁机器人控制系统，该系统由STM32F103VET单片机、光电传感器模块、电机驱动模块和电子罗盘模块等部分组成。光电传感器采集地面和楼梯信息；单片机分析信息并控制电机驱动模块，驱动直流电机实现机器人动作；电子罗盘调整机器人方向

2、，方便机器人转弯。实验证明，该系统可实现楼道清洁机器人的智能路径识别、避障、上下楼及清扫功能，性能稳定可靠，可以很好地适用于人们枯燥繁重的楼梯清洁工作。关键词：楼道清洁机器人；单片机；控制系统中图分类号：TP242文献标识码：A文童编号：1009-0134(2014)o2(下)一0063—03Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．02(下)．180引言感器模块、电源模块和LCD状态显示器等。电机驱动模块包括两只L298n驱动板，分别用于驱动2清洁机器人实现室内环境半自主或自主清只驱动电机、1只伸缩电机和1只升降电机；采用2洁，是一种环保、健康、智

3、能型的服务机器人，具有良好的应用前景和广泛的市场需求u。家用只继电器开关分别控制2只扫帚电机和1只滚刷电机；吸尘电机直接接电源工作。传感器模块包括清洁机器人的典型莫过于美国iRobot公司生产光电传感器和电子罗盘传感器，光电传感器由A、的Roomba机器人，其可伸出毛刷沿着墙壁和家B和C三组传感器组成，分别用于机器人避障、楼具边缘清扫，解决了死角清扫问题，但不能够进梯判断和防跌落。电子罗盘用于计算机器人转弯行楼梯清扫。TakahisaKakudou等提出了一种角度。集爬楼和清洁于一体的箱式机器人，采用翻转式该控制系统的传感器模块进行实时道路信息上下楼方式，其稳定性较差。贺廉云

4、提出了一探测，并将信息传输给单片机，单片机控制驱动种利用平行四边形形变特点实现上下楼清扫功能的机器人，其控制核心为STC89C51单片机，响器驱动电机，实现机器人的智能路径识别、避应速度及信息处理能力稍显不足。为此，本文设障、上下楼及清扫功能。计了一种升降伸缩式结构的楼道清洁机器人，其2控制系统硬件结构设计升降机构、伸缩机构实现机器人的水平移动与爬2．1主控制器设计楼动作，清扫机构实现垃圾的清扫与收集动作。本系统控制器采用STM32F103VET单片机，本机器人采用基于STM32F103VET单片机的控制512KFLASH，64KRAM，标准ARMJTAG20系统，该系统资源

5、丰富、信息处理及响应能力较PIN仿真接口座，方便连接JLINK在线完成传感器强，同时结合传感器组合进行道路信息探测，可调试与电机控制的实现。该单片机PORTA．E和电以解决当前楼道清洁机器人路面适应能力有限的源接口共100个引脚，具体资源如下：引出5路串问题，使人们轻松应对繁重的楼道清洁工作。口；连接一个独立的外部参考电压ADC到VREF+1控制系统总体设计和VREF一脚上，可确保在输入低压时可获得更好楼道清洁机器人控制系统总体结构框图如图1精度；每个GPIO端口的每个位可以由软件分别所示。该控制系统的核心为STM32F103VET单片配置成多种模式；4个通用定时器，2个基本

6、定时机，与其连接的硬件模块包含电机驱动模块、传器，2个高级定时器，可用于PWM生成、单脉冲收稿日期：2013-12-04基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK20131205)；南通市应用研究计划项目(BK2012002)；南通市应用研究计划项目(BK2013005)；南通大学研究生科技创新计划项目(YKC12065)作者简介：姚兴田(1965一)，男，副教授，硕士，研究方向为机电控制技术、智能结构与系统。第36卷第2期2014-02(下)【63】1遭匐化光电开关，是一种集发射与接收于一体的光电传感器，通过单片机控制，发射红外光经过调制后发出，若前方无障碍物，红外光因为传播距

7、离越远而逐渐减弱，最后消失，返回电平为高电平。若前方有障碍物，红外光经障碍物反射，由接收端接收，返回电平为低电平，其原理图如图3N示。本系统共使用传感器A、B和C3组，分别用于避障、楼梯判断和楼梯上行走防跌落】。A组传感器分别为A1、A2、A3，用于机器人避障，其分布如图4所示。另外机器人车身两侧各图1控制系统总体结构增加一个传感器，用于整体监测，以便安全行走。GNDB组传感器分别为B1、B2、B3，用于楼梯判断，其分布如图5N示。我国标准规定隅】，楼梯踏步高度应不大于0．175m，踏步宽度应不小于0．