机械设计制造毕业论文-家居清洁卫生机器人设计 ㊣ 精品文档 值得下载

及黑白线循迹等众多场合。

其电路原理图如图所示图红外传感器避障模块电路红外台阶检测传感器红外台阶检测使用集成的红外传感器，如图所示。

当传感器前方没有物体时，其输出高电平，有物体时输出为低电平。

使用时不需要再外接元件，只需要给其提供的电源就可以工作，但有效检测距离较近，比较适用于机器人地盘用于台阶的检测。

第四章脉冲调制技术技术原理脉冲宽度调制是种通过利用系列脉冲的宽度对信号进行控制的技术，目的是为了等效地获得所要求的波形，包括频率和幅值，实现了对模拟信号电平进行数字编码。

其实现方式主要是通过使用高分辨率计数器，调制方波的占空比或者频率来完成非个具体模拟信号的控制。

控制技术是随着全控型电子产品的出现和快速发展，才得到真正的广泛应用，技术也越来越成熟。

最常见的应用是在逆变电路中，获得了空前的发展，常见的方法可以总结为种等脉宽法法线电压控制电流控制空间电压矢量控制法等等。

本课题采用的方法是目前使用广泛的法，实现方案多，技术比较成熟，容易控制模拟信号。

图不同形状的窄脉冲当它们分别加在具有惯性的同环节上时，其输出响应波形如图所示。

它们输出波形尽管在高频率的时候有所不同，但在低频率的时候是重合的，其效果是基本相同的。

适合用于哪些载波频率工作在较低频率场合的系统。

图输出波形技术产生根据的基本原理，常用两种产生信号方法种方式是在占空比不变的情况下产生频率不同的脉冲，称作脉冲调制另种是在频率不变的情况下产生占空比不同的脉冲称作脉宽调制。

第种方法需要产生很多不同频率的脉冲，条件相对苛刻，不容易实现，还会是电机振动或发出噪声。

控压调速原理本课题使用的是直流电机，直流电机自身构造复杂，成本较高，维修困难，但是其效率高，转速快，小巧，稳定而用途广泛。

直流电机最大的优点就是易于调速，非常适合本系统对电机的快速控制要求。

直流电机的转速与加在电机两端的电压成正比，而电机两端的电压又与控制波形的占空比成正比，可见电机的速度与输出波形的占空比成正比，占空比越大，电机两端的电压越高，电机转得越快，相反，占空比越小，电机两端的电压越低，电机转得越慢。

从而完成单元对智能清洁机器人的调速过程。

图脉冲由图可知时间内，等效的脉冲直流电压为设，则上式可化为为脉冲幅值式中为脉冲的占空比。

如果脉冲为周期性的矩形脉冲，周期时间为，如图所示，则和此脉冲的等效直流电压为为矩形脉冲放零乱，而且由于人员的走动等经常会带来运动的障碍物，这样，为保证机器人能够在室内环境中及时安全有效的避障显得尤其重要。

结论采用了单片机作为机器人核心控制芯片，使用了差速转向式三轮机械结构及红外碰撞传感器，使得机器人结构简单，功能完善，并且成本相对较低。

主要完成了以下几个方面的工作简要介绍了智能家庭清扫机器人的发展现状进行了比较和分析，说明了本课题研究内容的优势。

在电路硬件设计方面，分别从主控系统驱动电机部分传感器部分和电源部分几大功能模块说明了设计思想，方案论证和具体电路的实现。

硬件电路模块化的设计思想，有效地提高了工作效率，同时为后续软件设计工作提供硬件开发平台。

在软件设计方面，使用公司的集成开发环境实现软件程序的设计和开发，并使用宏晶科技的软件将程序烧入单片机中对硬件调试，并进步验证了硬件电路设计的合理性。

参考文献王树国智能机器人的现状及未来机器人技术与应用蒋新松未来机器人技术的发展方向的探讨机器人谭定忠，王启明，李金山，等清洁机器人研究发展现状机械工程师吴秋轩，曹广益家用服务型吸尘机器人的发展与现状电气传动自动陈杰传感器与检测技术北京高等教育出版社，罗胜吸尘机器人的现状及其职能系统的若干关键技术传感器与微系统曾岑，陈进，蒋玉杰智能型室内清洁机器人的研究和发展探析机械制造徐德高脉宽调制变换器型稳压电源北京科学出版社，王水平周培志张耀进控制与驱动器使用指南及应用电路单端控制与驱动器部分西安西安电子科技大学出版社，，，空比图周期性矩形脉冲占空比通常表示工作时间即开关管导通的时间与时间周期的比值。

由上式可知等效直流电压的大小有脉冲的幅值和占空比决定的，但是实际系统中实时改变脉冲幅值是比较困难的，容易导致系统的不稳定，因此般是设置为恒定的数值，通常改变占空比来控制等效直流电压在之间调节，从而实现芯片对直流电机的控制。

第五章清洁机器人软件设计行走电机控制程序电机正反转控制清洁机器人左右轮分别有直流电机驱动，需要实现差速驱动。

在本设计中，主控单片机主要负责对电机进行控制及响应避障传感器检测到的信号。

其中，其中具体控制电机运转的真值表如表只选取路电机。

表控制电机运转的真值表运转状态停止正转反转刹车停止其中，代表单片机输出高电平代表单片机输出低电平。

当单片机的两个控制口同时为高电平或同时为低电平时电机都不能转动。

只有当个口输出高电平而另外个输出低电平时直流电机才能转动。

而且输出的高电平与电平顺序不样直流电机的转动方向也会不样。

电机转速控制清洁机器人在完成清洁过程中，并不需要很高的行走速度，因此，通过方式可以将电机的转速控制在个稳定的低速状态。

波的产生可以采取延迟和定时器两种方式实现。

采用延迟法太占系统资源，所以选择用定时器来产生波。

这里我们提出种只使用个定时器便能产生多组波的新方法。

其原理是设定个周期时间为，将这个周期时间等分成份，如图所示，每小段时间为，为定时器的定时时间。

图多组并行波产生原理图按照上述原理就可以产生两组可变占空比的波，分别赋给和，就可以控制两直流驱动电机的转速。

具体流程见图，为临时变量，分别为和的占空比，取值〜之间。

图两组波产生程序流程图台阶检测清洁机器人在执行清洁工作时，由于对环境没有认知性，在台阶和楼梯边上有可能会跌倒，而损坏本身电子元件。

为了更好地保护清洁机器人，本设计在清洁机器人的底盘前方设置了两个红外传感器器来检测台阶，当其中个传感器检测到有信号输入，单片机会做出反应，使行走电机停止，然后后退段距离，而后原地中心旋转个角度，继续前行，避开台阶和楼梯。

避障处理未知环境探测清洁机器人被置于个未知环境下，对环境无所知，不存在任何先验信息，包括环境大小形状障碍物位置等等，而且环境中不存在如路标等人为设定的参照物。

这就需要避障系统首先要求对清洁机器人四周环境进行探测，显然，单传感器是不能满足要求的。

考虑到传感器价位和技术水平的实际情况，用红外传感器和碰撞传感器组成传感器网络对周围环境进行探测是较好的选择，红外传感器有定的预瞻能力，机械式碰撞传感器性能可靠。

实时避障方法的实现在室内环境中，不仅障碍物形状复杂境主要为普通家庭环境，也可以用于机场候机大厅展览馆图书馆等公共场所。

环境的共同特征为有限的封闭空间平整的地板以及走动的人员，因此可以归结为复杂多变结构化的动态环境。

所以环境适应性是对此类机器人的基本要求。

清洁机器人的任务是清扫地面，工作的对象是地面的灰尘纸屑以及其他些小尺寸物体，而大尺寸物体不作为清洁机器人的处理对象。

考虑到安全因素，清洁机器人必须对人及家庭物品等不构成任何危害，同时清洁机器人还必须具备自我保护的能力。

论文构成及研究内容本文主要内容是清洁机器人系统设计，主要完成了控制部分软硬件的设计，其中包括硬件控制电路的设计，以及相应的软件程序的编制调试。

主要内容安排如下第章阐述了智能清洁机器人的相关概念，提出了课题的研究背景意义和主要内容。

第二章对清洁机器人的设计方案比较以及对总体设计进行了说明，包括整个机电系统的结构组成和工作原理。

第三章对清洁机器人的硬件控制电路进行了详细的设计，包括单片机系统传感器器系统电机驱动电路以及主要控制芯片的介绍等。

第二章清洁机器人的总体设计总体设计方案比较论证方案采用组合逻辑电路控制清洁机器人运行利用数字电路知识用各种逻辑电路搭建出清洁机器人的控制系统，对车速和车的行进方向进行控制，再利用红外对管实现避障和对台阶的检测，以及利用逻辑电路控制电机驱动，从而达到并实现题目要求和发挥。

这种方案下，所有控制电路都要手工制作，非常复杂，规模大不易实施，而且这种控制电路精度不高，反应不够灵敏，可行性差。

方案二采用智能控制器控制清洁机器人运行利用控制芯片作为智能小车的核心控制系统，例如单片机和等等。

用控制芯片控制清洁机器人的系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，适应科技先进性，而且各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。

核心模块方案设计控制系统的核心模块也就是控制器，是小车的大脑，主要用于传感器信号的接收辨认和处理以及对电机控制等。

下面列出三种控制器的选择方案方案采用先进的编程控制器件。

可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在块芯片上，减小了体积，提高了稳定性。

采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。

方案二采用编程控制器件。

因为数字处理与通信领域的空前发展而近显火爆，应用面很广泛，主要是面对数字信号方面的处理，其针对性有速度快，精度高等优点，但是，而强调的是较大的数据处理能力，如在运行控制，图像处理等方面，占有较大优势，而在这个智能车小系统中则没有必要使用如此精确的控制器件，而且价格方面也不低，固不宜采用。

避障模块方案设计方案采用超声波传感器。

利用超声波的特性实现对障碍墙壁的测量和有效规避，超声波传感器波的发射角小，检测灵敏度高，但是超声波传感器使用成本不低，而且不能体现设计才能，不宜采用。

方案二采用激光传感器。

通过测量激光往返目标所需时间来单片机的最小系统电路如图所示。

图单片机最小系统复位电路为使单片机正常工作，必须保证良