自动智能扫地机器人设计.docx
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自动智能扫地机器人设计.docx
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自动智能扫地机器人设计
毕业设计(论文)任务书
机电工程学院机械电子工程专业144班级学生:
题目:
自动扫地机器人设计
毕业设计(论文)从2018年3月5日起到2018年6月11日
课题的意义及培养目标:
自动扫地机器人,是智能家用电器的一种,能凭借一定的人工智能,自动在房间完成地板清理工作。
一般采用刷扫方式,将地面杂物扫进入自身的垃圾收纳盒,从而完成地面清理的功能。
一般来说,将完成清扫、吸尘的机器人,也统一归为扫地机器人。
清扫机器的机身为无线机器,以圆盘型为主。
使用充电电池运作,操作方式以遥控器、或是机器上的操作面板。
一般能设定时间预约打扫,前方有设置感应器,可侦测障碍物,如碰到墙壁或其他障碍物,会自行转弯。
通过本次设计将所学机械知识与电气知识进行结合,设计出满足要求的机电一体化的自动扫地机器人。
设计(论文)所需收集的原始数据与资料:
1、扫地机器人的构成
2、扫地机器人的工作原理、工作过程
3、各部分的实现方式
4、清扫区域的设置
5、模拟仿真的实现方法
课题的主要任务(需附有技术指标分析):
1.在充分理解课题任务的基础上,设计自动扫地机器人的总体方案,画出扫地机器人的总体机械结构图。
2.根据总体方案对各部分进行设计,画出各部分的结构图及零件图。
3.根据功能要求设置检测控制系统,合理的选择元器件,画出控制原理图、接线图。
4.用Keil编写避障及防跌落控制程序。
5.用Proteus进行仿真调试,控制系统全部功能需要在软件上调试通过,软件可直观的方式表现出清扫机器人的工作过程。
6.撰写1.5万~2万字毕业设计说明书。
设计(论文)进度安排及完成的相关任务(以教学周为单位):
周次
设计(论文)任务及要求
第1周
熟悉、理解毕业设计题目,查找、借阅各种参考资料
第2、3周
毕业实习收资,继续搜集与设计课题有关的素材,整理书写实习报告
第4-6周
扫地机器人的总体结构示意图
第7-9周
各部分的机械结构图
第10-11周
检测控制系统设计,画出控制原理图、接线图
第12-13周
编写控制程序并调试
第14周
整理书写毕业设计说明书
第15周
答辩准备及预答辩
学生签名:
指导教师:
教研室主任:
自动扫地机器人设计
摘要
随着科技和社会的不断进步和发展,机器人的应用从工业领域逐步扩展到了其他领域。
尤其是服务机器人,已经渗透了我们的生活、工作和经济各方面,并且起到了很大的作用。
扫地机器人是目前最贴近人类的机器人,它能够代替人完成家庭地面的清理,最有可能进入千家万户成为家庭生活的一部分。
它涉及到机械、电子和计算机等相关知识,是将移动机器人技术和清洁技术融为一体,自动扫地机器人技术的研究与实现旨在于,通过科技改变人们的口常生活。
它已经成为目前家用电器领域最具挑战性的热门研发课题。
本文主要介绍了自动扫地机器人的机械结构设计和控制系统设计,整体外形采用圆饼状,运动机构采用三轮机构,前轮万向轮后轮采用两个电机分别驱动,清扫机构采用蜗杆传动和带轮配合的传动方案,控制部分采用开关电路启动毛刷电机,采用L298电机驱动模块控制驱动电机,用红外传感器和光电传感器将信号传给AT89C51单片机完成了机器人的自动避障和防跌落功能,在相关机械结构的配合下能够有效地完成清扫工作。
关键词:
扫地机器人,智能化,传感器,单片机,避障
DesignofAutomaticSweepingRobot
ABSTRACT
Withthecontinuousprogressanddevelopmentoftechnologyandsociety,theapplicationofrobotshasexpandedfromindustrytootherfields.Inparticular,servicerobotshavepenetratedourlives,workandeconomicaspects,andhaveplayedagreatrole.Thesweeperrobotisthemostclosetothehumanrobot,itcanreplacepeopletopletethecleaningofthefamilyground,mostlikelytoenterthousandsoffamiliestobeepartofthefamilylife.Itinvolvesmechanical,electronicandputerrelatedknowledge.Itintegratesmobilerobottechnologyandcleaningtechnologyintoone.TheresearchandRealizationofautomaticsweepingrobottechnologyisaimedatchangingpeople'slifethroughtechnology.Ithasbeethemostchallengingresearchtopicinthefieldofhouseholdappliances.Thispapermainlyintroducesthemechanicalstructuredesignandcontrolsystemdesignoftheautomaticsweepingrobot.Thewholeshapeusesroundcake,themotionmechanismadoptsthreewheels,andtherearwheelofthefrontwheelisdrivenbytwomotorsrespectively.Thecleaningmechanismadoptsthetransmissionschemeofthewormdriveandthebeltwheel,andthecontrolpartadoptstheswitchcircuit.Startingbrushmotor,ThedrivemotoriscontrolledbytheL298motordrivemodule.usinginfraredsensorandphotoelectricsensortotransmitthesignaltoAT89C51singlechipmicroputertopletetheautomaticobstacleavoidanceandfallpreventionfunctionoftherobot.Itcaneffectivelypletethecleaningworkunderthecoordinationoftherelatedmechanicalstructure.
Keyword:
Sweepingrobot,Intelligentization,Sensor,Singlechip,Dodgeobstacles
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1前言
1.1设计要求
自动扫地机器人,它属于智能家用电器,能够依靠人工智能,通过设置就能自动的在所规定的区域完成清扫工作。
一般都采用毛刷扫地和吸尘方式,把地面杂物用毛刷聚集然后吸入机体的垃圾储存盒,就能完成地面清扫的功能。
一般来说,把能够完成清扫及吸尘的机器人,都统一称为扫地机器人。
扫地机器人的机身全都是无线机器,整体几乎都是圆盘型。
使用充电电池用于机体运作,操作方式不仅可以用遥控器,又可以是机器人上的操作面板。
一般都能设定时间来预约打扫,自行返回充电。
机体前方有传感器,可探测障碍物,如感应到墙壁或别的障碍物,就会自行转弯。
通过本次毕业设计将所学机械知识和电气知识巧妙结合,设计出满足要求的机电一体化自动扫地机器人。
1.2课题国外的研究现状
自动扫地机器人作为智能移动机器人对其的研究开始于20世纪,到现在为止迅速发展的现代科学技术,使服务型机器人渐渐出现在大众市场,为人们的智能化和科技化生活提供了许多便利。
扫地机器人已经成为了一款必不可缺的智能家居,具有一定化的人工智能,能够不依靠人自己进行扫地工作,从而解放了人们的双手,提高了人们的工作效率。
扫地机器人的快速发展带动了家庭服务行业机器人的快速发展,还促进了机器人技术中图像及语音识别、传感器等有关技术的发展。
因此设计一个合理扫地机器人具有很大研究意义。
通过改造扫地机器人的部分机械结构及怎样使用合理的控制系统,将对扫地机器人的性能改进具有很大的提高。
现把自动扫地机器人的国外研究的现状分析如下:
1.2.1课题国外研究现状
世界上最先出现的扫地机器人是由瑞典的家电巨头伊莱克斯1996年制造的,它被叫做“三叶虫”扫地机器人,“三叶虫”有现在智能扫地机器人的很多元素,只是功能没有那没齐全。
外观设计上,它采用圆饼形设计,塑料外壳,高度只有13cm,直径35cm,它可以钻到桌子和床底下等人们难以清扫的狭小空间清理;在导航上,三叶虫”扫地机器人是通过超声波探测躲避障碍、定位及规划路径;避障上,第一代“三叶虫”扫地机器人功能不够完善不能很好躲避障碍物,虽然第二代机器人安装了了红外传感器,但是还是没有下视探头,所以只能在水平方向上躲避障碍物,在需要通过在有楼梯尽头和门口出贴上磁条作为虚拟墙防止机器人跌落。
“三叶虫”扫地机器人充电后可以工作近60min,它分三个挡位进行工作:
正常、快速及点清理,当机器人的存尘盒充满垃圾时就会发出灯光警告。
一直到2001年“三叶虫”清扫机器人才实现大批量生产,各种性能也得到了优化反应速度有所提高,“三叶虫”的出现颠覆了人们对扫地的概念,但是当时非常稀有,所以“三叶虫”价格非常昂贵。
图1-1“三叶虫”扫地机器人
随后,iRobot公司设计制造自动扫地机器人Roomba,不断的升级优化,Roomba成为扫地机器人领域的代表产品。
最值得提出来的是iRobot公司的Roomba780智能扫
地机器人2012年则作为Roomba系列机器人产品的最高级旗舰型号,以一流的创意赢得了评委的一致认可,夺得“红点设计荣誉提名奖”(ReddotdesignhonorarynominationAward),机器人用光学和声学两个系统来探测垃圾,就像人的听觉及视觉感官系统清
图1-2Roomba780自动扫地机器人
扫地面各种粗细垃圾。
可以吸取小于0.3μm的细小颗粒,能吸除家中最常见的粉尘和杂质粒子等微小的颗粒。
机体前端装有软性防撞带,用来防止机器人在运动过程中对家中物品的碰撞,保证墙壁、家具及其它用品不被碰撞,机体装有六个防跌落感应器,通过传感器感应周围高度,防止机体跌落。
Roomba系列的扫地机器人早从2002年开始不断发展,经历十几年的优化改进,Roomba系列扫地机器人成为最智能的家用机器人,不管是第一代还是Roomba500以及目前最智能的Roomba980都具有很好自主能力,可以穿梭于房间中各家具缝隙间,快速完成清扫工作,据传言这是把用在军事的“躲避地雷技术”用到了机器人上。
所以Roomba系列当之无愧是自动扫地机器人领域的代表产品。
国Ottoro扫地机器人,可以说是“扫地机中的战斗机”,相当特殊,在机体充电桩上配有一个激光投影仪器,激光在房间天花板不同地方投影出不同图案用作定位。
机器人的正前方有两个摄像头用来观察正前方的情况,当
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