【原创】清洁机器人系统设计本科毕业论文设计Word文档格式.docx

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摘 要

清洁机器人结合了传感器、移动机器人技术等多个领域的关键技术，实现对室内环境的半自动或全自动清洁，替代了传统的人工清洁工作，具有十分广阔的市场前景。

本文首先综述了清洁机器人的国内外研究现状，在综合比较了国内外多种典型产品的基础上，提出适合中低端用户使用的清洁机器人整体设计方案。

清洁机器人系统由清洁机器人和充电站组成。

清洁机器人是实现智能清扫的主体部分，本文介绍了清洁机器人的组成部分，并完成了硬件电路的实现。

考虑到存储、接口资源及可靠性能等，主控器选择了STC89C52单片机，所构成的单片机应用系统功能强、性价比高，完全满足控制功能的要求。

然后，详细设计了红外传感器，碰撞检测，电源模块、充电模块、键盘、液晶显示以及各种电机控制等电路。

在软件设计方面，采用C51语言编制了控制系统各部分的软件，包括主控程序以及中断服务、红外、碰撞传感器检测等子程序。

最后，综合设计结果制作了实验样机，进行实验研究。

结果表明，所制作的清洁机器人能够完成房间清扫工作，达到了预期的设计效果。

关键词：

清洁机器人，智能清扫，单片机系统

注：

本设计（论文）题目来源于自选。

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Abstract

Cleaningrobotisacombinationofsensors,thekeytechnologyofmobilerobottechnology,andotherfields,theimplementationoftheindoorenvironmentofsemi-automaticorfullyautomaticcleaning,replacingthetraditionalmanualcleaning,researchpresentsituationofcleaningrobot,onthebasisofcomprehensivecomparisonofthevarioustypicalproductsat schemesuitableforlow-endusersusecleaningrobot.

Cleaningrobotsystemconsistsofacleaningrobotandchargingstation.Cleaningisthemainpartoftheintelligentcleaningrobot,thispaperintroducesthepartofthecleaningrobot,andtherealizationofthe systemfunctionisstrongand.Aredesignedindetail,andtheinfraredsensors,collisiondetection,powersupplymodule,thechargingmodule,keyboard,LCDdisplayandavarietyofmotorcontrolcircuitandsoon.Intheaspectofsoftwaredesign,theuseofC51languagetocompilethevariouspartsofthecontrolsystemsoftware,includingthemainprogramandinterruptservice,infraredandcollisionsensorsDengZiprogram.

Finally,thecomprehensivedesignresultsmadeexperimentalprototype,experimentresearch.Resultsshowthattheproductionofthecleaningrobotcancompletetheroomcleaningwork,achievedthedesireddesigneffect.

Keywords:

cleaningrobot,intelligentcleaning,MCUsystem

目 录

1 绪论 1

1.1题目背景及目的 1

1.1.1机器人技术概述 1

1.1.2服务机器人出现原因 2

1.1.3清洁机器人特点 3

1.2国内外研究状况 4

1.2.1国外产品研究现状 4

1.2.2国内产品研究现状 6

1.3论文构成及研究内容 8

2清洁机器人的总体设计 9

2.1总体设计方案比较论证 9

2.2核心模块方案设计 9

2.3避障模块方案设计 10

2.4清洁机器人系统的整体构架 10

3清洁机器人的硬件设计 12

3.1STC89C52单片机介绍 12

3.1.1STC89C52的主要性能 12

3.1.2STC89C52单片机最小系统 13

3.2电源转换电路的设计 14

3.3L298N驱动芯片的介绍 14

3.3.1L298N的工作原理 15

3.4左右轮驱动电机电路设计 16

3.5清洁机构电机驱动电路 17

3.6红外传感器 18

3.6.1红外避障传感器模块 18

3.6.2红外台阶检测传感器 19

3.7碰撞传感器 19

4脉冲调制技术 20

4.1PWM技术原理 20

4.2PWM技术产生 21

4.3PWM控压调速原理 21

5清洁机器人软件设计 24

5.1行走电机控制程序 24

5.1.1电机正反转控制 24

5.1.2电机转速控制 25

5.2台阶检测 27

5.3避障处理 28

5.3.1未知环境探测 28

5.3.2实时避障方法的实现 29

结论 32

参考文献 33

致谢 34

附录A 35

1 绪 论

1.1题目背景及目的

随着科学技术的不断发展，智能机器人技术以始料不及的速度迅速地向各个领域渗透，成为人们日常生活的一部分，不断地改变当今人们的生活方式。

在军事上，为减少人员伤亡，大规模的使用智能化机器人；

在抢险救灾中，为营造良好的营救时间，智能机器人深入危险区域进行探测；

在航空领域里，智能机器人扮演重要角色，帮助人们完成许多具有划时代的发现。

两年前，家庭服务机器人的概念还和普通老百姓的生活相隔甚远，广大消费者还体会不到家庭服务机器人的科技进步给生活带来的便捷。

而如今，越来越多的消费者正在使用家庭服务机器人产品。

清洁机器人作为家庭服务机器人的一员，结合了传感器、移动机器人技术等多个领域的关键技术，实现地面的半自动或全自动清洁，替代人类完成繁重的清洁工作。

本设计的研究旨在开发一部价格便宜，方便使用，体积不大，能够满足家庭清洁要求的清洁机器人。

使它能够代替人们完成家庭清扫工作，使科技能够更好地为人类服务。

1.1.1机器人技术概述

自50年代第一台机器人装置在美国诞生以来，机器人的发展经历了一个从低级到高级的发展过程。

第一代机器人是示教再现型工业机器人，它们装有记忆存储器，由人将作业的各种要求示范给机器人，使之记住操作的程序和要领。

当它接到再现命令时，则自主地模仿示范的动作作业。

第二代机器人是装有小型计算机和传感器的离散编程的工业机器人，它能感知外界信息并进行“思维”，它比第一代机器人更灵活、更能适应环境变化的需求。

第三代机器人是智能机器人，它不但有第二代机器人的感觉功能和简单的自适应能力，而且能充分识别工作对象和工作环境，并能根据人给的指令和它自身的判断结果自动确定与之相适应的动作，是人工智能发展到高级阶段的产物，也是当今机器人发展的重点和热点。

机器人按照智能化程度的高低，可以分为外部受控机器人、半自主机器人和全自主机器人。

外部受控机器人的本体没有智能单元，只有执行机构和感应机构，

它受控于外部计算机，在外部计算机上具有智能处理单元，处理由受控机器人采集的各种信息以及机器人本身的各种姿态和轨迹等信息，然后发出控制指令指挥机器人的动作。

半自主机器人具有了部分处理和决策功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能，但是还要受到外部的控制。

全自主机器人的本体上具有感知、处理、决策、执行等模块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。

全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性和适应性。

自主性是指它可以在一定的环境中，不依赖任何外部控制，完全自主地执行一定的任务。

适应性是指它可以实时识别和测量周围的物体，根据环境的变化，调节自身的参数、调整动作策略以及处理紧急情况。

交互性也是自主机器人的一个重要特点，机器人可以与人、与外部环境以及与其他机器人之间进行信息的交流。

全自主移动机器人涉及诸如驱动器控制、传感器数据融合、图像处理、模式

识别、神经网络等许多方面的研究。

随着机器人技术的发展，机器人的用途越来越广，开始从传统的工业领域，向军事、公安、医疗、服务等领域渗透。

与此同时，机器人的概念也越来越宽，己从狭义的机器人，开始向机器人技术扩展。

对于己经相当成熟的工业机器人来说，服务机器人是近年来出现机器人学的一个新领域。

包括清洁机器人在内的各种可以直接或者间接为人类服务的机器人都属于服务机器人的范畴。

由于服务机器人涉及的领域很广泛，因此到目前为止国际上对服务机器人也还没有一个权威的定义。

国际机器人联合会对服务机器人给出的一个初步定义为：

“服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能够完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备”。

德国生产技术与自动化研究所对服务机器人给出的定义则为“服务机器人是一种可以全自主或者半自主地为人类或者设备提供有用服务的机器人”。

中华人民共和国国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》对服务机器人的定义为：

“智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备”。

由于服务机器人与普通公众关系密切，最近越来越受到人们的关注，并已经成为一个研究热点。

1.1.2 服务机器人出现原因

以往的服务机器人的研究和开发主要在大学和研究所中进行，目前，越来越

受到企业和商业界的重视，这主要是其所具有广大市场和巨大利润所致。

服务

机器人的出现主要有以下几个原因：

第一、由于劳动力成本的上升，人们希望能由低成本的服务机器人来替代人工进行长时间高效率地工作。

第二、需要服务机器人替代人类从事危险的工作。

机器人可以检修危险的工业设备，处理各种危险物品，巡査核设施以及偏远地区的输油管道，而在安防系统及搜救行动中，机器人更能充当起关键角色。

第三、需要服务机器人来照顾老龄人和残疾人。

联合国统计预测显示，目前全球老龄人口总数己达6.29亿，到2050年，60岁以上的老龄人口总数将近20亿，占总21%。

随着老龄人口的比例上升和残疾人数的增多，更多的老人和残疾人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫。

这就需要大量的陪护机器人来帮助老年人和残疾人能够更加独立地生活，甚至协助医生进行远程监护、诊断并治