基于单片机的扫地机器人的设计开题报告

沈阳航空航天大学

北方科技学院

毕业设计开题报告

论文题目：基于单片机的扫地机器人的设计

专业：通信工程

学号： B********

学生姓名：**

指导教师：***

2016年 3 月 21 日

一、立题依据

1、选题目的

自动扫地机器人，是一种智能扫地、吸尘工具，是一种配备了微电脑系统的电动保洁设备，它能按照人们的设置清洁房间的某一特定部分或全部。清洁机器人最早出现在于美国，随后发展的欧美，风靡港澳台，90年代中期进入大陆。现在市场上的自动扫地机器人主要几种品牌：（TOMEFON德国）斐纳扫地机器人，（irobot美国）irobot扫地机器人，（Proscenic台湾）浦桑尼克扫地机器人，（科沃斯中国）科沃斯扫地机器人，（PHILIPS 荷兰）飞利浦扫地机器人等。

人类的一只脚已经迈进了机器人时代的大门，中国10年内机器人将融入市民日常生活，机器人将和汽车一样成为生活必需用具。这些机器人从用途上看，有用于教育类的机器人，有用于服务类的机器人，有用于制造类的机器人，等等。其中自动扫地机器人就属于服务类的机器人。机器人的发展就像上世纪80年代的个人电脑、上世纪90年代中期的手机一样，正处于产业真正起飞的前夕，巨大的市场前景已经展现。资料显示，2003年至2007年间，全球机器人以每年40%左右的速度增长。据统计，到2009年底，全球投入使用的服务型机器人已达到450万台。

2、选题的意义

自动扫地机器人优于普通吸尘器的地方主要体现在：省时、省力，整个清洁过程中不需要人控制，减轻您操作负担；还比一般吸尘器的噪音小，清洁房间的过程免受噪音之苦；还可以净化空气，内置活性炭、吸附空气中的有害物质，粉尘净化率高达96%，清洁效率接近100%；轻便小巧：轻松打扫普通吸尘器清理不到的死角。总之，自动扫地机器人，具有操作简单，使用方便、智能、安全、、清洁效果显著的特点。

3、国内外研究现状

现在国内外市场上的扫地机器人推出速度如雨后春笋，国外品牌中，美国iRobot和德国TOMEFON扫地机器人比较热门，国内目前比较知名的有科沃斯、地贝、福玛特等，其中作为进入扫地机器人市场的Proscenic，也是比较热门的一个品牌。

研究现状：自动扫地机器人作为服务机器人领域中的一个新产品，尽管目前国内在这方面的研究开发方面已经取得一定的成果，但是仍有许多关键技术问题需要解决或提高，如路径规划就是其中的一个比较重要的技术。有的可在房间内随机移动，有的能在

单个房间内比较简单地以一定的路线移动（不能100%走遍）。事实上，虽然有一些公司推出了一些样品或产品，但却不能达到满意程度：清洁效果不佳，遍历时间长。

目前，在一些发达国家的办公室、工厂、车站、机场等场所已广泛使用到自动扫地机器人。随着科学技术的进步和社会的发展，人们希望更多地从繁琐的日常事务中解脱出来，这使得自动扫地机器人进入人家庭成为可能。如果自动扫地机器人性价比足够高，那么自动扫地机器人市场将会被看好。

二、研究方案

1、研究的主要内容

本次毕业设计的主要内容是设计一个智能扫地机器人控制系统，利用超声波测距的原理，通过向前进方向发射超声波脉冲，并接受相应的返回声波脉冲，对障碍物进行判断，通过单片机实现对超声发射和接受的控制，并在处理返回脉冲信号的基础上加以判断，从而选出一个优化的路径，通过驱动器驱动步进马达，带动驱动轮而实现行走功能。

2、设计的方案

本设计将自动扫地机器人分为5个部分：系统主控制部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分。主控系统使用单片机AT89C52控制，包括超声波测距模块，对输入输出器件的操作，对执行电机的控制，以及对传感器的响应等。执行电机部分是扫地机器人的主要构成部分，包括行走驱动子系统和扫地子系统。行走结构采用轮式结构，圆形壳体，底盘为三轮电动小车，前面两轮由两个电机独立驱动，后轮为万向轮。扫地系统用电机带动清扫刷的转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造强大的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。在清扫吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦除残余在地面上的细小灰尘。轮子电机、吸尘电机和毛刷电机使用的都是无刷直流电机；传感器部分即测距子系统，主要为了保障机器人能够安全地工作；输入输出部分包括遥控子系统和显示子系统，能够较好地实现人机交互的功能；电源部分采用可充电的5伏锂电池。

图1 系统原理框图

3、可行性分析

此设计中选择往返式路径规划方法。往返式路径规划清扫路径的规则为当扫地机器人置于室内时，可通过超声波测距传感器的信息来判断它放置于墙边还是房屋中间。在房屋中间，则先设为它沿某一方向运动到靠近墙边的某一点。机器入就可从墙边的某一点开始，按顺时针方向绕墙运动一周，先对室内墙边地面进行一次预清扫。扫地机器人在绕完一圈后再向左或向右行走到墙壁的最左端或者最右端，以此来作为它清挡路径的起始点，

也即绝对坐标的原点。先假设室内只有一个孤立的障碍物，以房屋左下角O点为起始点。开始清扫时，从O点势始沿Y轴正方向清扫，遇到墙壁时向右原地旋转90o，向X轴正方向移动一个车身后向右旋转90o沿Y轴负方向清扫，以此往复运动。当遇到障碍物时，则按下面的方法进行规划和避障：当清洁机器人运动到障碍物的最左边点时，根据步进电机的脉冲数和驱动轮光栅的脉冲数计算出最左边点的坐标。然后根据超声波测距传感器收到的信息沿着障碍物边缘行进相当于X轴方向一个车身的距离，再原地旋转到Y轴负方向，沿Y轴负方向继续清扫，这样一直往返清扫，当扫地机器人在沿障碍物边缘清扫时超声波传感器突然收不到信号即到达了障碍物的最右端点，扫地机器人将原地一直向左旋转直到超声波传感器再次收到信号为止，然后沿障碍物的上边沿行进到障碍物的最左端点，再沿Y轴方向进行往返清扫，行进路径和障碍物下边沿的行进路径类似。这样就可以在清扫过程中自动避开障碍物。以及利用超声波测距的原理对避让