智能扫地机器人课程设计.pdf

1、课题背景及研究的目的和意义

课题背景

扫地机器人是服务机器人的一种，可以代替人进行清扫房间、车间、墙壁等。提出

一种应用于室内的移动清洁机器人的设计方案。其具有实用价值。室内清洁机器人的主

要任务是能够代替人进行清扫工作，因此需要有一定的智能。清洁机器人应该具备以下

能力：能够自我导航，检测出墙壁，房间内的障碍物并且能够避开；能够走遍房间的大

部分空间，可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电，同时要求外形比较紧凑，运

行稳定，噪音小；要具有人性化的接口，便于操作和控制。结合扫地机器人主要功能探

讨其控制系统的硬件设计。

研究目的和意义

国家农业智能装备工程技术研究中心邱权博士介绍说，扫地机器人可以看作是一种

智能吸尘器，通过其基于传感器检测的智能运动规划算法使原本由人操作的吸尘器成为

一个可自主运行的智能化设备。它通过各种传感器，比如碰撞开关、红外接近开关、超

声传感器、摄像头等，来感知自身的位置和状态，通过智能算法决定当前的任务状态。

它可以根据某个传感器检验地面清洁程度，根据历史信息确定哪些区域已经打扫过，它

的充电座会发出红外线信息，在电量低于一定值后，它开始寻找红外信息来自动充电。

防跌落是基于机器人底部所安装的红外传感器检测地面的距离，当距离发生变化时机器

人将停止并改变路线。由于扫地机器人是一个智能化产品，

工作原理

扫地机器人机身为可移动装置，机器人依托红外识别以及超声波测距从而避障，配

合芯片控制内部电机转动以及内部真空环境吸尘，通过路线设计，在室内自由行走，由

中央主刷旋转清扫，并且辅以边刷，沿直线或者之字形活动路径打扫。

2、设计要求与内容

1）以AT89S52系列单片机为核心设计移动清扫机器人电机驱动与控制电路，采用红外传

感器和超声波传感器完成障碍物检测电路设计，完成充电站检测电路设计，完成避障算

法与路径规划算法设计。

2）按键选择清扫模式和充电模式。

3）显示方式LED显示当前时间和机器人当前工作状态。

3、系统方案设计

设计任务

1）利用AT89S52处理器编程实现电机驱动。

2）液晶显示扫地机器人的内部参数。

3）当扫地机器人显示电量不足时，无线模块发送命令到充电桩，开始进行充电模式，此

时红外发射光线充电桩与扫地机器人充电接口对接，此时超声波实时测量两者之间的距

离控制扫地机器人与充电桩之间的距离，防止速度过快损毁机器。

4）按键实现充电，清扫，停止3种模式对扫地机器人进行模式的切换。

5）用protel绘制详细电路原理图，标明元器件的型号、参数和引脚功能符号，电路图

应符合电气要求。

系统整体框图

红外

电压控制

超声波

驱动AT89S52

按键

TFT液晶屏

无线模块

选择方案论证

单片机选择方案论证

方案一：使用公司的AT89S52作为主控制器。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8

位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存

储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在

系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程

Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

方案二：

综上所述，选择方案一，价格适中，可操作性强，且现在使用AT89S52也是一种难

度适中的选择。

驱动芯片选择方案论证

方案一：6612芯片

方案二：ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，各二极管的正极分别接各达林顿

管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，起续流作用（在感性负载中，电

路断开后会产生很大的反电动势，为防止损坏达林顿管