扫地机器人课程设计

2024-04-08

扫地机器人课程设计（共9篇）

篇1：扫地机器人课程设计

智能扫地机器人课程设计

1、课题背景及研究的目的和意义

1.1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。

1.2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，1.3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

3.1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。

红外

3.2系统整体框图

电压控制

超声波

AT89S52

驱动

按键

TFT液晶屏

无线模块

3.3

选择方案论证

3.3.1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。

3.3.2

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，接反相的二极管来构成通路，使之转换为电流）。另外二极管的作用，驱动电流断开时，电机内的电感产生很大的反电动势，每一个单元的二极管都与三极管的集电极相连，产生反电动势时就构成了放点回路，从而保护了三极管。

方案三：使用东芝半导体公司TB6612FNG驱动芯片。TB6612FNG体积小，发热小，不需要加散热片，外围电路比较简单，只需要外接电容就可以直接驱动电机。

综上所述，选择方案一和二，体积小，电路简单，所以选择L298作为移动驱动电路，选用ULN2003作为清扫电机驱动电路。

3.3.3无线模块选择方案论证

方案一：选用RF903模块，作为微功率模块，传输距离能达到500米，兼具了低功耗和远距离的要求、另外性能强大，增加了电源切断模式、可以实现硬件冷启动功能、抗干扰能力强。

方案二：选择NRF24l01无线模块，此模块的体积小，但功耗大

综上所述，选择方案一，价格低，受环境温度小，综合性能更强，所以选择。

3.3.4时钟模块选择方案论证

方案一：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不采用此种作为显示.方案二：采用TFT液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,显示尺寸小巧,管脚占用少，适合单片机特点。

3.4硬件电路设计

3.4.1原理图设计

3.4.2独立式键盘设计

综合扫地人的无线控制，功能模块分为清扫模式，自动充电模式，暂停三大块，所以应该有按键供选择。独立式键盘设计结构简便，设计可靠。

独立式按键比较简单，它们各自与独立的输入线相连接，如图所示。

独立式按键原理图

条输入线接到单片机的IO

口上，当按键

按下时，+5V

通过电阻

然后再通过按键

最终进入

GND

形成一条通路，那么这条线路的全部电压都加到了

这个电阻上，KeyIn1

这个引脚就是个低电平。当松开按键后，线路断开，就不会有电流通过，那么

KeyIn1和+5V

就应该是等电位，是一个高电平。我们就可以通过

KeyIn1

这个

口的高低电平来判断是否有按键按下。

3.4.3蜂鸣器报警电路

如图所示，因GPIO口输出电流有限，而蜂鸣器在蜂鸣时需要较大的电流，GPIO输出口无法满足要求。而8550最大可提供1A的输出电流，足以驱动蜂鸣器。所以，我们用GPIO口来控制8550的导通与截止，从而来控制蜂鸣器。

当向F1写入逻辑1时，F1输出高电平（+3.3V），8550的基极电流为0，此时Q1处于截止状态，电源不能加到蜂鸣器的正极上，蜂鸣器不能蜂鸣；

当向F1写入逻辑0时，F1输入低电平（0V），8550的发射极和基极之间产生电流，此时Q1导通，蜂鸣器开始蜂鸣。

3.4.4移动驱动电路

L298内部的原理图

L298

引脚符号及功能

引

脚

功

能

SENSA、SENSB

分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地

ENA、ENB

使能端，输入PWM信号

IN1、IN2、IN3、IN4

输入端，TTL逻辑电平信号

OUT1、OUT2、OUT3、OUT4

输出端，与对应输入端同逻辑

VCC

逻辑控制电源，4.5~7V

VSS

电机驱动电源，最小值需比输入的低电平电压高

GND

地

L298的逻辑功能

IN1

IN2

ENA

电机状态

停止

顺时针

逆时针

停止

当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号,IN2为低电平信号时,电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时,电机反转;;IN1与IN2相同时,电机快速停止。当使能端为低电平时,电动机停止转动。

在对直流电动机电压的控制和驱动中，半导体功率器件(L298)在使用上可以分为两种方式：线性放大驱动方式和开关驱动方式在线性放大驱动方式。

半导体功率器件工作在线性区优点是控制原理简单，输出波动小，线性好，对邻近电路干扰小，缺点为功率器件工作在线性区，功率低和散热问题严重。开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉调制（PWM）来控制电动机的电压，从而实现电动机转速的控制。

3.4.5清扫电机驱动电路

高耐压、大电流复合晶体管IC—ULN2003，ULN2003

是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN

复合晶体管组成该电路的特点如下：

ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。

ULN2003

工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

ULN2003

采用DIP—16或SOP—16塑料封装。

ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL、COMS，由达林顿管驱动电路。

ULN是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管。它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE

约1V左右，耐压BVCEO

约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。

ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达500mA，9脚可以悬空。比如1脚输入，16脚输出，你的负载接在VCC与16脚之间，不用9脚

ULN2003

是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。

3.4.6超声波测距模块

基于超声波距离传感器的避障:

目前市场也有一部分扫地机器人采用超声波传感器实现避障。超声波传感器与红外传感器之间的区别在于，红外线感应属光学感应技术，超声波感归属于声学感应系统的范畴。

超声波音频发射头能够发出超过

20KHz的音频信号，音频信号碰到障碍物后会反弹回波，机器人的接收器可以接受障碍物反弹的回波并通过分析回波信号判断前方有无障碍物。超声波感应技术最大的优点是对透明类障碍物具有很高的识别率，而且可以正确识别任意颜色的障碍物，即使在全黑环境下也能正常工作。

3.4.7红外模块

红外线检测技术的优点：技术成熟、成本低廉、使用寿命长和工作可靠性高。一对优质的红外线对管价格低廉，而且具有工作寿命长和电气性能稳定等优点。红外线本身属于不可见光，完全可以在黑暗环境中正常工作，在日常清洁使用中具备较高的工作可靠性。红外线检测技术的缺点：红外线对透明或半透明的障碍物具备较强的穿透性，机器人将无法感应到矿泉水瓶、落地式玻璃门等物体。此外，光波具有最易被黑色物体吸收而被白色物体反射的特性。通常情况下，采用该检测技术的扫地机器人在深色障碍物前，无法正确接收到红外反射信号。

虽然红外线检测技术存在一些缺点，但是作为目前最成熟的障碍物检测技术，它仍然将在相当长的一段时间内存在，纵观目前市场上销售的扫地机器人产品，会发现几乎所有的扫地机器人采用红外传感器与碰撞传感器融合方式实现避障。

采用这种技术的产品特征为：在机器人的碰撞栏前端有一圈茶黑色感应窗，传感器安装在感应窗内部。该检测系统的检测原理为：机器人工作过程中遇到障碍物时，红外传感器发射的光波会因为受到阻碍而产生回波，机器人内部红外接收器检测到回波后，会认为前方存在障碍物，即命令减缓机器的前进速度以慢速碰撞障碍物，确定障碍物的位置后进行避障行为。基于红外线与碰撞传感器障碍检测系统是目前扫地机器人中最为成熟也是使用范围最广的障碍检测系统技术

3.4.8无线通信模块

RF903模块性能及特点：

433MHz开放ISM频段免许可证使用

最高工作速率50kbps，高效GFSK调制,抗干扰能力强,特别适合工业控制场合3)

125频道，满足多点通信和跳频通信需要；内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制

低功耗3-3.6V工作，待机模式下状态仅为2.5uA，TXMODE在+10dBm情况下，电流为40mA；RXMODE为14mA;收发模式切换时间

650us

模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接串接各种单片机使用，软件编程非常方便

增加了电源切断模式，可以实现硬件冷启动功能

SPI兼容的控制接口，低功耗任务周期模式，自带唤醒定时器，与RF905SE编程接口类似

增加了RSSI功能，通过SPI接口可以获取当前接收到的信号强度(0-255)，可以供当前设备做出决策，比如低于某个数值50可以报警，提示用户当前信号质量比较低等

作为微功率模块，传输距离能达到500米，兼具了低功耗和远距离的要求

3.4.9电量剩余检测电路

检测电池剩余电量使用ADC模块，此模块是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。逐次逼近型模数转换器基本工作原理是转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压U0，送到比较器中与Ux进行比较。若U0＞Ux，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若U0＜Ux，说明数字还不够大，应将最高位的1保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。可见逐次逼近转换过程与用天平称量一个未知质量的物体时的操作过程一样，只不过使用的砝码质量一个比一个小一半。

如下图，当采用压电阻将输入的电压从12V分压至5V或者3.3V以内，然后输入到AD转换模块，为了保护转换模块的安全。输入的电压经过钳位保护电路后进入AD模块。由于此转换模块是10位的AD模块，进入之后得到数字量，然后进过计算可以得到电池的实际电压，实际电压=数字量*Vi*3/4096，vi是当电池充满电时，输入到芯片的最大电压。通过这种方式就能够计算出电池的剩余电量。

3.4.10降压电路

DF1117

系列稳压器可提供1A直流输出,它可运行在输入输出相差1V的环境下。在最大输出电流时，电压差设计可提供最大为1.3V，且它随着输出电流的减小而减小。芯片焊接校准为参考电压的1%。这种限流起到平衡的作用，调整器和电源电路使超负载最小化。

DF1117

兼容了其它三终端的系统接口，并提供了SOT-223和TO-252两种封装形式。

特性：三端可调整电压或稳压为

1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.3V

和5.0V，输出直流为1A，工作在电压差为1V，线路调整率：最大0.2%，负载调整率：最大0.4%，封装形式：SOT-223和TO-252

应用范围：高效率线性标准器、快速整流校准器、5V到3.3V的线性校准器、电池充电器、现行小型计算机系统接口终端、笔记本的电源设备

电池动力仪器。

3.4.11

液晶显示屏

全新1.8寸串口SPI彩屏模块、分辨率：128X160、驱动IC：ST7735、模块接口：4线SPI接口、支持模拟SPI和硬件SPI、最少只需4个IO即可驱动.本模块特点：

1.支持Arduino各种单片机直插，无需任何接线

2.集成稳压IC，支持5V或者3.3V供电

3.板载电平转换方案，真正可完美兼容5V/3.3VIO电平，支持各种单片机IO连接

4.集成SD卡扩展电路，5.预留SPIFLASH字库电路，方便扩展应用

3.5软件设计

初始化各模块

3.5.1主程序设计

调用转换模块检测电路

电量是否足够

蜂鸣器持续报警

调用液晶显示

程序显示电量

自动寻回充电

清扫按键按下

3.5.2清扫模式设计

输出PWM波启动移动电机

调用编码器程序控制移动电机转速

调用转换模块检测电路

转速过快

转速过慢

减少PWM脉冲输出

增大PWM输出

3.5.3充电模式程序设计

充电按键按下

启动RF903发出充电信号

是否收到信号

调用液晶显示

程序未准备好

调用液晶显示

程序已准备好

调用小车自旋转程序

启动红外接收程序

是否收到

红外信号

停止自旋转，控制小车运行，完成充电对接

继续自旋转

3.5.4停止模式程序设计

按下停止模式按键

关闭清扫电机

关闭移动电机

关闭中断服务程序

篇2：扫地机器人课程设计

张卓熙

今日，我家买了一个机器人，他的名字叫做irobotroomba880是专门用来扫地的，大家都叫它扫地机器人。

扫地机器人它的外形是圆的，颜色呈黑色。它的底部有三个轮子。左轮膜右轮膜与前轮膜。它的底部除了轮子还有Aeroforce吸取机，就像吸尘器一样。除了Aeroforce还有旋转边刷，这边刷能将周围的一些脏东西卷入里部放入垃圾箱。此外还有两个感应器，一个是普通感应器，一个是悬崖感应器。普通感应器就是如果感应到前方有障碍物的话他便会自行转弯向其它地方继续清扫。悬崖感应器自然就是防止机器人从高处摔下来。

这机器人的正面有许多按钮。在他身体的正中心有一个clean(清扫按钮)在他的下面还有一排按钮，这中间有自坐按钮等。在清扫的四周有四个显示灯，一个是蓝色的，一个是红色的，当蓝色闪起来的时候表示这个地方还没清扫干净，闪着红光的时候表示出故障了需要修复。

机器人的按钮当中还有一个时间设定按钮。这时间设定按钮能将机器人在固定的时间开始清扫。比如你设一个星期二九点开始清扫，那么机器人就会乖乖的在每星期二九点自行进行清扫工作。

和这东西配对的还有一样东西那就是虚拟墙。虚拟墙是从一个小机器里面射出来的是人眼看不见的一道墙。当然不是真的墙。这道虚拟墙的作用就是防止机器人走到什么危险的地方或者限定扫地面积。不过这机器人最有趣的是，当它快没电时，它便会自动寻找插座，找到之后屁股一扭一扭的`移上了插座，乖乖的充电。还有个最重要的事情要知道哦，那就是首次清扫必须要长点16个小时以上。

接下来就是机器人的注意事项了：

1仅用干布进行擦拭

2请勿用该设备吸取漂白粉，油漆等化**湿的物品

3首次使用请将机器人翻过来将底部的电池绝缘体拉出来

4机器人不得放在有水处清扫不得将水等潮湿物品洒在机器人的身上

我和妈妈就迫不及待的拿着机器人去充电了，第二天一大早就开机清扫实践证明真的扫的一尘不染。

篇3：智能扫地机器人电源系统设计

随着科学技术水平的不断提高,社会经济得到了快速发展,人们的生活水平也得到了大幅提高,从而使得人们对于生活的质量以及态度有了根本性变化。正是在这样的大环境之下,智能扫地机器人慢慢成为年轻一代的新宠。从2002年一台名叫“三叶虫”的自动扫地机问世,到目前扫地机器人的研发,该行业已经历了十几年产业的不断升级与变迁。伊莱克斯" 三叶虫" 是世界上第一款自动吸尘器机器人。其最大的卖点就是采用了仿生技术超声波,如同黑暗中飞行的蝙蝠一般,可以敏捷迅速地觉察出障碍物并绕开。然而就是这样一个高端、时尚的产品同样也需要有其最基本的电源系统。可以说所有电器设备都离不开电源,虽然电源用途非常广泛,但在不同领域,不同的产品其要求与设计也不尽相同。因此,本文提出了一种针对智能扫地机器人的电源设计方案。

1 系统需要分析与总成

目前,家用扫地机器人通常是小巧、灵活,可自主移动清扫的智能扫地机器人,其供电多采用18650锂电池作为基础源动力。其容量高、内阻低、体积相对较小、可以大电流放电等是其在家用智能扫地机中得到较为广泛使用的原因之一。单节18650电池的标准电压是3.7V,对于扫地机马达驱动而言显然较低,所以采用4节18650电池串联连接以达到14.8V。但是对于MCU以及一些逻辑IC而言14.8V的电压又太高,而且锂电池14.8V电压也不是一个恒定的电压,所以采用集成直流电压变换器MC34063作降压、稳压处理。同时采用MOS管等分立元件设计锂电池充电电路,结合MCU进行编程控制,简单、实用。电源系统如图1所示。

整个电源供应系统分为电机驱动供电、稳压电路、充电电路3个部分。通过这3个部分的相互连接与控制协调,形成一个完整并适合智能扫地机器人工作的电源供应系统。

2 硬件电路设计

2.1 稳压电路设计

2.1.1 MC34063简介

MC34063是一单片双极型线性集成电路,专用于直流-直流变换器控制部分。片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器、驱动器和大电流输出开关,能输1.5A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。其主要特性如下:输入电压范围为3.0~40V;输出电压可调范围为1.25~40V;输出电流可达1.5A(无外接三极管);工作频率最高可达100kHz。MC34063 的基本内部结构及引脚功能如图2所示。

2.1.2 电路设计

在智能扫地机器人系统中往往需要多种不同电压值的电压供系统使用。比如电机驱动使用的是十多伏的电压,显示屏驱动IC等使用的是5V的电压,MCU使用的是3.3V的电压。因此为满足系统需求,设计了具有多种电压值的稳压电路,电路如图3所示。

该稳压电路主要采用了MC34063及AMS1117-3.3芯片设计降压电路。MC34063具有极宽的电压输入范围及极大的电流输出,可以较好地满足系统需求。设计中将锂电池提供的14.8V电压经过MC34063芯片降压后,输出5V电压(输出电压:Vout = 1.25V* (1 + R18/R17)),5V电压经过AMS1117-3.3芯片降压处理后,输出3.3V的稳定电压,从而形成多种电压供应的电源系统,基本上能够满足智能扫地机器人系统多种电压值的需求。

2.2 充电电路设计

智能扫地机器人是一个需要灵活移动的产品,所以需要采用可以循环充放电电池作为基础动力源。本设计采用4节18650锂电池进行串联而成的电池组。而现在市面上的18650电池组通常都配有电池保护板,有过流保护、过压保护、过放保护等,因此锂电池组的充电电路可以做得相对简单。锂电池组充电电路如图4所示。

本方案设计的充电电路是使用19V/1A电源适配器。电路的大致充电过程:插上19V的电源适配器,通过MUC的PWM信号,控制Q1通断。同时MCU对电路的充电电流、电压进行采样,并经过分析处理后对PWM信号进行调整输出,形成一个闭环的充电系统。

3 软件设计

锂电池充电一般分为3个阶段:恒流充电、恒压充电、充电终止。恒流充电通常指以恒定大流对电池进行充电,使电池能够快速获得电量,效率比较高。但恒流充到一定程度后会形成比较严重的浓差极化,不能继续以恒定大电流充电,转为恒压充电。恒压充电过程中随着电池电量不断增加,充电电流也会随之减小,当电流小到一定程度时,可以认为电池已经充满电,充电终止。充电程序流程如图5所示。

充电控制程序基本运行流程是:充电开始后检测电池电压、充电电流,若电池电压没有大于或者等于16.8V,则进行恒流充电,否则进行恒压充电。在恒压充电阶段,如果充电电流小于50mA,则标志电池充满,充电终止,结束退出;否则继续检测电池电压、充电电流,继续恒压充电。

4 结语

本文主要针对家庭使用的智能扫地机器人设计电源系统。使用集成直流电压变换器MC34063,具有输入电压范围宽、输出电流大、使用较少的外围器件。该电源系统能够满足智能扫地机器人对电机驱动供电、逻辑芯片供电、MCU供电等多种电压供电的需求。同时充电电路通过编程控制能够有效地对电池进行充电。设计的电源系统已经应用于具体的智能扫地机器人上,应用结果表明,该系统简单、稳定、实用。

参考文献

[1] 李真芳,李世雄.MC34063在嵌入式电源设计中的应用[J].国外电子元器件,2005(6):73-74.

[2] 孟祥旭,于忠得.采用MC34063芯片的DC-DC电源变换控制器电源电路[J].大连轻工业学院学报,2005(4):300-302.

[3] 朱骁,陈坚波.基于MC34063的开关电源电路参数计算方法[J].日用电器,2014(3):41-43.

[4] 郭忠银,高飞燕.基于MC34063的开关电源设计[J].工业控制计算机,2010(2):100-101.

[5] 梁文莉.竞争激烈的扫地机器人市场[J].机器人技术与应用,2015(2):21-23.

[6] 李志刚.智能机器人吸尘器:迎来蓬勃发展[J].电器,2014(9):68-70.

[7] 志成.mc34063中文资料应用[EB/OL].[2011-05-09].http://www.kgts.cn/articles/2011-05-09-87.html

篇4：扫地机器人

（指导老师：莫传丽）

在未来，我培育出了适合在太空里生长的花卉（huì）种子，并让它们生根、发芽、开花。有了这些花卉，太空将变成美丽的花园。

（指导老师：莫传丽）

恐龙们生活在远古时代的大森林里，好多东西它们都没见过。瞧，这只小恐龙捡到了一辆玩具汽车，它感到很新奇，一直拿在手中玩呢。

① 如图，先画一个斜放的长方形，然后在长方形的右下角画一个三角形。

② 沿着长方形和三角形，画出恐龙身体的轮廓（kuò），线条要画得流畅（chànɡ）一点哦！

③ 如图在恐龙的“胸前”和“肚子”处，画两个长方形，为下面画四肢做准备;从背部到尾巴处，画两个细长的长方形。

④ 在胸前的长方形中，画出恐龙的手和玩具汽车;在肚子处的长方形，画出恐龙的脚。在背上画一连串三角形，一直画到尾巴，那是恐龙的刺哦。

⑤ 用橡皮把多余的线条擦去，留下恐龙的轮廓线。在头部画上眼睛，在身体中间画一条分隔线，使恐龙的肚子和背部看起来更分明。

⑥ 在咧（liě）开的大嘴巴里画出三角形的尖齿，再在嘴巴上方画一条小弧（hú）线表示鼻子。在背上画一些小圆圈，这样恐龙就像穿了一件圆点外衣，看起来更精神。在肚子上画一些横条纹，然后给它手上的小汽车加上轮子和窗户。

⑦用黑色水性笔描上边，然后擦掉铅笔的痕迹。瞧，这就是咱们的恐龙朋友了，它拿着小汽车，正玩得高兴呢！

篇5：扫地机器人作文

唉，连这个都不知道，你真是落伍了。还是让我给你介绍一下吧!

扫地机器人是一个圆柱体，看起来好像一张大圆饼。它的直径大约20厘米，有7厘米厚。

你别小看它，它可有三只眼睛呢!其中一只眼睛长在头顶，主要作用是扫描全屋地图。另外两只眼睛长在它的侧面，一只是横着的，一只是竖着的，它们是悬崖传感器，比如说它在扫二楼时，你不用担心它会滚下楼梯，因为它有那两只眼睛――悬崖传感器保护哦!机器人只要到了楼梯边，它的眼睛就会告诉它：危险，不要过去。这样，机器人就转身走开了，非常安全。

不仅如此，它还有一个很厉害的头盔呢!扫地机器人的侧面是有弹性的，这就是它的头盔，它能防止机器人在扫地时碰到硬物而产生伤害。比如说，机器人在扫地时头盔碰到墙壁，它就会自动收缩，保护机器人的核心部分不受重创。

它有三个轮子，其中一个是方向轮，另外两个是普通轮子。方向轮可以让机器人想去哪打扫就去哪打扫。

你一定会问，那它清理的垃圾都到哪里去了呢?

这还不简单，我来带你看一看它的背面。

机器人背面的中心有一个极有吸力的“大口袋”，垃圾都被从这里吸进去了。

扫地机器人的正面有一个盖子，将它掀开，就可以看到一个透明的小盒子。不用打开就可以看到机器人今天到底清理了多少垃圾。这个盒子叫做尘盒。

机器人背面还有两个大小相同的正方形金属片，这是用来充电的。

啊!它充电的时候我不会还要把它抱过去吧?

哪有那么麻烦!等到机器人需要充电时，它就会自动回到充电器前充电。

它怎么知道充电器在什么地方呢?

只要在有电、有网的情况下，充电器都能定位，无论在哪里扫地，机器人都会找到充电器的。

篇6：扫地机器人作文

我们家的扫地机扁扁的，像一个压缩的轮胎，外表白色，从上面看，中间偏上的地方有一个像眼睛似的摄像头;中下方是一块板，只要按一下，这块板就会弹起来，里面放着一个拉圾盒。扫到的垃圾都存在里面，人们只要定时清理里面的拉圾就可以了。拉圾盒旁还有一个滑动按扭，是开关机键。

最重要的还是它的智能。从侧面看，扫地机的一侧有一个黑色的弯形感应器，可以感应到前方的物品，这样扫地机就不会撞上去了。当然就算是撞上去了，这个弯形感应器还可以像一个弹簧一样来回伸缩，这样也不会毁坏扫地机或家具了。至于上方的摄像头就更妙了。这个摄像头可以识别和定位，在手机APP上可以自定义清扫，扫地机会跟根据定位拼出家里的平面图，这真得是妙上加妙了。

从古至今，扫地技术从弱到强，从累到轻松。相信以后的扫地技术肯定更智能、更先进、更方便!

老师点评：

扫地机器人扁扁的，是多扁呢?可以用列数字的说明方法加以介绍;在介绍它的智能时，运用了举例子的说明方法。是否还可以加上打比方、作比较呢?总而言之，尽可能多地使用恰当的说明方法介绍事物。

篇7：扫地机器人作文

我里穿红色内衣，外披黑色风衣，可帅气了。我身材圆滚滚的，挺着个大肚皮，下面安装了好几把小刷子和一个装尘土的储存盒，只要你轻轻按下“启动”键，我就会在地上爬来爬去，把灰尘聚集在一起，再使用“吸星大法”把它们统统吃进储存盒里，不一会，地面就光亮如镜了。

没有我的时候，人们总是对沙发底下的脏东西束手无策，只能呆呆地看着，干发愁或者乾坤大挪移，大动干戈。沙发底部距离地面空隙只有十厘米左右，拖把太大无法进入，没办法清理里面的垃圾，久而久之，这里就成了细菌的温床了。不过，有了我可方便多了，我可以轻易钻入床底、沙发地，像只老鼠，我背上还有一层过滤网，就像窗户的百叶窗，工作时一开一合是为了防止上面的灰尘蒙混过关哦。

有人会问我：“你又没长眼睛，碰到障碍物会不会撞上去?”哈哈!这个问题难不倒我，我自有妙招!我脑袋的正前方有个正方形感应器，它会发出电波，电波遇到障碍物会反射回来，就像蝙蝠的雷达一样。

“滴滴~”咦?这时什么声音?嘻嘻，其实是我肚子饿了!我的头顶上方，有一盏小灯，当闪烁绿光时，说明我电量充足正常运行中;当闪烁红灯时，那就是电量不足需要休息补充能量;当闪烁黄灯时，那就是我要罢工了，需要维护保养。

篇8：扫地机器人课程设计

关键词：智能机器人,AT89C51单片机,红外遥感技术

0 引言

现今社会发展迅速, 家用电器已逐渐改变为智能电器, 最常见的如手机、电视等。其余家用电器在近年来也加入智能控制系统, 比如现今很多家庭选择的扫地机器人, 已经基本智能化, 不但加入了语音控制, 最新技术已实现通过摄像以及远程红外操控获得更加人性化的清扫体验。

智能家庭扫地机器人是一种可对平整地面进行一定程度清扫的智能家用电器, 本文就此机器人的设计原理进行研究与分析, 对现今大多数扫地机器人在清洁过程中产生的问题, 诸如清洁区域划定不全、对不规则物体有一定破坏程度、大颗粒物质无法清扫干净等进行研究比较, 通过单片机控制器、GPS导航和新型电子技术等对上述问题提出解决方案, 尽量使智能家庭扫地机器人在非高昂成本的情况下更加静音, 清扫力度更大。

1 智能清洁机器人现状与设计原理

智能家庭扫地机器人也可称为吸尘机器人, 因其主要作用为清扫地面灰尘和垃圾, 是一个小型的自主移动吸尘器。智能化的吸尘机器人拥有先进的GPS导航定位系统, 能够自主通过类似于走路的方式来构建清洁地图, 自动对房间进行清扫工作。这种机器人是一种无线机器, 机身大多为圆形, 一般来说通过遥控器或机身自主的控制面板来操控, 大多数可定时打扫并自动归位完成充电, 充电结束后自动转为充电休眠过程, 清扫时可躲避障碍物和自动转弯, 自动地完成清扫工作。

随着现今人类工作性质的发展和转变, 加之工作节奏的加速化, 使得这种操作相对简单、功能便利性大的智能清洁机器人受到推崇, 已经在普通家庭中逐渐普及, 成为现代家庭常用家用电器的一种。智能扫地机器人起源于国外, 近几年引入国内并得到普及与推广。

这种智能机器人大多数采用红外线传感原理来控制, 也有少数采用了尖端的科技成果如超声波仿生技术来控制。红外线传感原理成本低, 但对环境要求高, 如遇浅色物质表面无法返回, 造成了机身与物体的碰撞, 虽碰撞后机器人感知系统检测后会尽量避开, 然而长期使用会对物体的表面造成破坏, 如家具掉漆等。超声波仿生技术可以有效解决这些问题, 可有效侦查方位且灵敏度高, 然而该技术成本很高, 导致机器人价格昂贵。

智能清扫机器人由微电脑进行控制, 底部一般配置3个左右清扫刷, 配合吸尘区域的滚刷进行清扫。因机器人机身小巧, 呈扁圆形, 可清扫床下、柜底、沙发下等普通吸尘器无法清洁的地区。清扫机器人大多配置智能避障功能, 可在首次碰撞后产生记忆, 形成地图区域, 这样机器人可在下次碰撞前提前缓冲, 并通过红外扫射躲避悬崖地带, 防止外翻等事故。

2 智能机器人清洁过程中产生的问题

智能家庭清扫机器人发展至今已经基本普及, 虽然智能扫地机器人体积小巧, 清扫区域相对于其他吸尘机器来说更广, 减轻人类操作的负担等等优点, 但仍有一定不足。以下为本文对智能家庭清扫机器人分析研究后发现的问题。

2.1 清洁区域划定不全

现今的智能清扫机器人都有清洁区域划定的功能, 一般工作原理都是通过红外线传感技术 (该技术有一定缺点但成本控制较低) 得以实现, 当机器人进行清扫工作时, 移动过程中会从特定的发散口发出红外射线, 当射线碰触到深色物体表面时会返回到机器人, 这样机器人内部的控制记忆面板会产生此处记忆并自动转弯, 从而进行其余区域的清扫。这种清扫虽然有轨迹可循, 然而由于家庭中家具颜色深浅度不同, 静物摆放多而杂乱, 且大多数都为不规则形状, 使得射线无法百分百的进行回射, 从而机器人清扫区域虽广, 但划定并不全面, 有许多死角无法清洁到, 而且同时别的地方又存在被多次清洁的情况出现, 使得清扫成果并不均匀。

2.2 对不规则和柱形物体有一定破坏

前文提到, 清扫机器人在进行清扫工作时会对障碍物进行规避, 这种规避包括完全规避与缓冲碰撞规避。如果运用超声波仿生技术可以有效进行完全规避, 即机身完全不会碰触障碍物表面, 然而这种技术成本非常高, 所以应用的并不广泛, 大多数清扫机器人还是以红外线传感技术为主, 这种情况下机器人在躲避障碍物时无法完全不碰触表面, 会在碰触之前进行缓冲, 减小碰撞力度, 尽量避免对障碍物表面的破坏。然而这种技术只限于实心且规则的障碍物, 如大面积的柜门等, 对于非实心物体, 如圆柱体或不规则物体无法识别缓冲, 故而会对物体表面 (如柜角和桌腿的表层漆) 有一定的破坏。

2.3 对大颗粒物质清洁力度不够

智能家庭清扫机器人大多具有吸尘能力, 对普通灰尘有一定清洁能力。然而由于这种机器人体积的限制, 吸尘口径过小, 而且滚刷的毛也是呈螺旋状, 一些大颗粒物质 (如沙、土、水果的籽等) 无法吸入, 导致清洁不彻底, 这也是这种智能清扫机器人清洁力度不够的原因。

3 针对智能机器人清洁不足的应对方案

针对智能家庭扫地机器人出现的以上问题, 提出以下解决方案。

3.1 AT89C51单片机控制器

AT89C51是一种低电压的处理器, 其性能高, 也可以叫做单片机。这种AT89C51单片机带有4k字节的Flash处理器, 可以反复地擦除1000余次。AT89C51单片机的排脚如图1所示。

AT89C51单片机灵活性很高, 而且成本低廉, 所以大多运用到嵌入式控制系统。智能家庭扫地机器人机身轻、体积小, 必须使用嵌入式控制系统, 所以可以应用AT89C51单片机来对机器进行有效控制, 使得机器运行轨迹合理规范, 对运动轨迹进行规划分析, 设定记忆路线, 以走步式进行清洁活动, 有效地避免了重复劳动以及逃避型清扫。

3.2 新型材料外壳

针对家庭扫地智能机器人对物体表面造成破坏的问题, 提出一定的解决方法。

大多数机器人已经安装半包式软胶外体来减缓撞击造成的破损, 然而这种方法由于红外遥控射线对颜色的要求严格, 使得未软包部分常常碰撞到物体表面, 久而久之会对物体表面造成损坏, 这也是很多家庭放弃选择智能扫地机器人的原因。这种情况下如果选择超声波仿生技术, 造价会过于昂贵, 建议使用一种新型的软性防撞板, 这种材料经常运用于建筑材料中, 本身具有可塑形性及软碰撞性。软性防撞板轻薄且成本较低, 可以对机器人进行全包设计, 并且可以在机器人底部红外遥感处流出空隙, 不会妨碍射线的返回, 故而可以有效地防止空心及不规则物体表面 (如沙发角等) 破损。这种设计现已有少数机器人运用, 效果非常可观。

3.3 大口径清扫齿轮

家庭智能扫地机器人机身小, 大多数机器人吸尘口径小, 齿轮密度大, 导致无法清洁大颗粒物质, 如图2所示。

家庭摆设的花草等大多需要土壤支持, 有小孩的家庭更是无法保证没有大颗粒物质掉落, 如水果的籽和果皮等, 这时就需要手动清扫或使用手动吸尘器进行清洁, 费时又费力。给智能扫地机器人底部配置一个大口径的吸尘口及齿轮便可解决此类问题。这种口径占地面积大, 所以需配备一个短细疏通管直接接入存尘盒, 使得大颗粒灰尘不通过螺旋软刷, 直接进入存尘盒, 之后只需进行正常的清洗维护机器人工作即可。

4 结束语

本文就家庭型智能扫地机器人的工作原理进行了研究分析, 并在实践中发现清扫区域划分不全、对不规则物体表面进行一定程度破坏和对大颗粒物质清洁力不够等问题, 针对这些问题分别进行详细的分析, 提出相应的解决方案, 也从市场实践角度证明了这些解决方案的可行性, 使得家庭型智能扫地机器人能在控制成本的情况下更多更好地服务, 更多地节省了人力物力, 为清洁工作做出更多的贡献。

参考文献

[1]刘会芬, 宋章军.基于卡尔曼滤波的扫地机器人定位算法的研究[J].先进技术研究通报, 2009, 3 (7) :34-37.

[2]程小辉, 李明强, 沈旭.基于AT89C51单片机嵌入式系统硬件平台的设计[J].自动化与仪表, 2005 (4) :12-15.

[3]贺红林, 赵淳生.机器人的超声电机驱动及其控制研究[J].压电与声光, 2005 (6) :694-697.

[4]谢瑞霞.模糊神经网络在机器人控制中的应用[J].计算机系统应用, 2008 (10) :88-91, 102.

篇9：机器人去扫地！

清洁难点

我家能保证定期做清洁，也已经形成了一个套路，但是每次打扫几乎都是那几个死角很难清理—床底下、沙发后面、墙的拐角处，有时犯懒不打扫这几个地方，下次打扫的时候就特别累人。

试用感受

这个小家伙太灵巧了！不用拖着绕来绕去的电线，只要打开开关，让它自己去“溜达”就好了，甚至都不用刻意去躲着它，因为它会自动避开我！床底下、沙发后面、墙角等平时不易清理到的角落，它都可以吸得很干净。使用了几天之后，我发现我花在打扫上的时间减少了，但是地面的洁净度没有打任何折扣，卫生死角的问题也解决了。

面对这个新鲜玩意儿，Hers知道你还有很多问题，所以特邀专家来帮你一一解答。

扫地机器人和吸尘器有哪些不同之处呢？它的工作原理是什么？

A：简单来说，二者定位不一样——吸尘器定位于深度清洁，而扫地机器人定位于家庭卫生清洁。吸尘器工作时，电机高速旋转，利用由此产生的气流，将垃圾吸入，关键在于“吸”；扫地机器人的清洁原理是滚动毛刷+真空吸口，即由电池带动发动机，滚动毛刷刷起垃圾与小颗粒灰尘，然后由真空吸口吸入，与马路清洁车的原理相似，关键在于“扫”+“吸”。

吸尘器适用于清理大件的和大量的垃圾，但是需要手工操作，耗时耗力，对于沙发底下、柜子底下等隐蔽角落难以达到全面清洁，耗电量大，噪音大；而扫地机器人小巧灵活，操作简单，可以随意智能预约，各种角落都能清扫到位，节能省电，噪音很小，但是不能长期在潮湿的环境使用，并且不能在室外使用。吸尘器与扫地机器人各有优缺点，用户要针对不同的需求进行选购。

我真的可以什么都不管，就让它自己去扫地了？它是自己判断扫地的路线吗？

A：用户还是需要做一些准备工作的，例如整理好家中散落的电线，做好清扫预约设置等。

关于清扫路线，扫地机器人主要是对环境进行识别并形成记忆—扫过几次后，扫地机器人的微电脑会在内部形成房间的平面图：房间面积、家具摆放、禁止通行的区域……这一系列的空间扫描结果，都会存储在扫地机的智能记忆体里，智能记忆体会根据家居环境，计算出一套行走路径，然后不断修正，用最少的时间达到最大的覆盖面积。

清洁难点

小宝宝半刻都离不了人，很少有整块的时间来打扫房间，都是随手收拾，看哪里脏了就赶紧清理一下，所以很难做到有规律的打扫。

试用感受

看来我要赶紧去买一台扫地机器人了，它真是帮我解决了一个大难题。我做好清洁设定就不用再管它了，在我照顾小宝宝的时候，它就默默地做好了除尘工作，真是勤劳。我还有一个惊喜的发现——这个小机器人可以给我家的宝宝当玩具！宝宝看我使用遥控器，很快就学会了，然后跟在机器人后面前后左右地遥控它——简直就是遥控汽车嘛！这个玩具可比普通的遥控汽车好太多了，宝宝玩得开心的同时，还能帮我打扫屋子！

扫地机器人的电池续航能力一般是多大？如果家里的面积比较大，会不会工作到一半就没电了？

A：电池是扫地机器人最重要的部件之一，目前市面上主流品牌电池的工作时间普遍在90～150分钟之间，足以保证清扫覆盖180㎡的家居空间。如果面积更大，则需要充电再次清扫或者多台清扫。目前已经有一些品牌的扫地机器人具有自动回座充电功能——当电量少于20%时，扫地机器人会自动回座充电。所以，不用担心扫到一半没电而“睡”在路上或者沙发底下。

扫地机器人工作时所产生的噪音可以避免吗？

A：扫地机器人是通过电机带动风扇产生真空吸入垃圾，所以噪音是无法避免的。机器人工作时的噪音一般在40～60分贝，与我们正常谈话的声音差不多，工作、生活皆不会受到很大影响。另外，还可以设置扫地机的工作时间，在离家的时候让它开始工作，这样就不会受到噪音的干扰了，而且回到家的时候，它已完成工作，安静地等待验收成果和再次派遣。

清洁难点

我和老公都从事设计行业，所以作息都不太规律，更不要说定期的打扫工作了。虽然会请保洁阿姨，但是很多细处的清洁工作还得自己来做，有时家里的一些地方清洁不太到位，但是工作忙起来真的顾不过来。

试用感受

早就听朋友说家里买了一台，一直很好奇，现在用了之后，感觉果然很方便。我家的客厅和饭厅是木地板，隔层地板是玻璃，卧室里还有地毯，它都能打扫得干干净净。我们上班前把机器人设定好，下班回来后家里的地面就已经是干净的了，而且它已经自己回到充电座上睡觉了，小家伙挺呆萌的嘛！

所向披靡的清洁多面手

扫地机器人适合所有的清洁问题吗？比如不同的材质表面，如地毯、地砖、木地板；不同类型的垃圾，如纸屑、毛发、果壳、厨房垃圾。

A：扫地机器人对于日常生活中产生的垃圾，如纸屑、毛发、果壳等，都能彻底清扫干净。但由于厨房环境潮湿、油腻且大件垃圾多，会对机器产生损害，不建议在厨房中使用。

对于各种常见的材质表面，扫地机器人都能清扫干净，如地毯、木地板、亚麻地板、瓷砖、大理石、水泥等。不过，不同的品牌对不同材质表面的清扫偏重略有不同，比如欧美品牌对长毛地毯清洁更擅长，日韩和我国品牌的扫地机对亚洲人生活习惯的地面材质效果更好。

1.清扫系统

目前扫地机器人的清扫系统包括三大类型：

单吸口式：对地面的浮灰有效，但对桌子下面久积的灰尘及静电吸附的灰尘清洁效果较差。

中刷对夹式：对大的颗粒物及地毯清洁效果较好，但对地面微尘处理稍差，较适合欧洲全地毯的家居环境，对亚洲的大理石地板及木地板微尘清理效果较差。