清洁机器人系统设计

本科毕业设计（论文）清洁机器人系统设计学院信息工程学院专业测控技术与仪器（光机电一体化方向）年级班别2011级（1）班学号学生姓名指导教师2015年5月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。AbstractCleaningrobotisacombinationofsensors,thekeytechnologyofmobilerobottechnology,andotherfields,theimplementationoftheindoorenvironmentofsemi-automaticorfullyautomaticcleaning,replacingthetraditionalmanualcleaning,hastheverybroadmarketprospect.Thisarticlefirstsummarizesthedomesticandforeignresearchpresentsituationofcleaningrobot,onthebasisofcomprehensivecomparisonofthevarioustypicalproductsathomeandabroad,putsforwardoveralldesignschemesuitableforlow-endusersusecleaningrobot.Cleaningrobotsystemconsistsofacleaningrobotandchargingstation.Cleaningisthemainpartoftheintelligentcleaningrobot,thispaperintroducesthepartofthecleaningrobot,andtherealizationofthehardwarecircuitarecompleted.Consideringstorage,interfaceresourcesandthereliableperformance,andthehostcontrollerchoseSTC89C52single-chipcomputer,madeupofsinglechipmicrocomputerapplicationsystemfunctionisstrongandhighcostperformance,fullymeettherequirementsofcontrolfunction.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............................................................11.1题目背景及目的.............................................11.1.1机器人技术概述........................................11.1.2服务机器人出现原因...................................21.1.3清洁机器人特点........................................31.2国内外研究状况.............................................41.2.1国外产品研究现状......................................41.2.2国内产品研究现状......................................61.3论文构成及研究内容.........................................82清洁机器人的总体设计............................................92.1总体设计方案比较论证.......................................92.2核心模块方案设计...........................................92.3避障模块方案设计..........................................102.4清洁机器人系统的整体构架..................................103清洁机器人的硬件设计...........................................123.1STC89C52单片机介绍........................................123.1.1STC89C52的主要性能..................................123.1.2STC89C52单片机最小系统..............................133.2电源转换电路的设计........................................143.3L298N驱动芯片的介绍.......................................143.3.1L298N的工作原理.....................................153.4左右轮驱动电机电路设计....................................163.5清洁机构电机驱动电路......................................173.6红外传感器................................................183.6.1红外避障传感器模块...................................183.6.2红外台阶检测传感器...................................193.7碰撞传感器................................................194脉冲调制技术...................................................204.1PWM技术原理...............................................204.2PWM技术产生...............................................214.3PWM控压调速原理...........................................215清洁机器人软件设计.............................................245.1行走电机控制程序..........................................245.1.1电机正反转控制.......................................245.1.2电机转速控制.........................................255.2台阶检测..................................................275.3避障处理..................................................285.3.1未知环境探测.........................................285.3.2实时避障方法的实现...................................29结论..............................................................32参考文献...........................................................33致谢.............................................................34附录A.............................................................3511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