【正文】 應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁(yè)以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它摘 要清潔機(jī)器人結(jié)合了傳感器、移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的半自動(dòng)或全自動(dòng)清潔，替代了傳統(tǒng)的人工清潔工作，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景?？紤]到存儲(chǔ)、接口資源及可靠性能等，主控器選擇了STC89C52單片機(jī)，所構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)功能強(qiáng)、性價(jià)比高，完全滿足控制功能的要求。結(jié)果表明，所制作的清潔機(jī)器人能夠完成房間清掃工作，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。兩年前，家庭服務(wù)機(jī)器人的概念還和普通老百姓的生活相隔甚遠(yuǎn)，廣大消費(fèi)者還體會(huì)不到家庭服務(wù)機(jī)器人的科技進(jìn)步給生活帶來(lái)的便捷。使它能夠代替人們完成家庭清掃工作，使科技能夠更好地為人類服務(wù)。第二代機(jī)器人是裝有小型計(jì)算機(jī)和傳感器的離散編程的工業(yè)機(jī)器人，它能感知外界信息并進(jìn)行“思維”，它比第一代機(jī)器人更靈活、更能適應(yīng)環(huán)境變化的需求。半自主機(jī)器人具有了部分處理和決策功能，能夠獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)一些諸如軌跡規(guī)劃、簡(jiǎn)單的避障等功能，但是還要受到外部的控制。適應(yīng)性是指它可以實(shí)時(shí)識(shí)別和測(cè)量周圍的物體，根據(jù)環(huán)境的變化，調(diào)節(jié)自身的參數(shù)、調(diào)整動(dòng)作策略以及處理緊急情況。與此同時(shí)，機(jī)器人的概念也越來(lái)越寬，己從狹義的機(jī)器人，開始向機(jī)器人技術(shù)擴(kuò)展。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)對(duì)服務(wù)機(jī)器人給出的一個(gè)初步定義為：“服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能夠完成有益于人類健康的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備”。. 2 服務(wù)機(jī)器人出現(xiàn)原因以往的服務(wù)機(jī)器人的研究和開發(fā)主要在大學(xué)和研究所中進(jìn)行，目前，越來(lái)越受 到企業(yè)和商業(yè)界的重視，這主要是其所具有廣大市場(chǎng)和巨大利潤(rùn)所致。第三、需要服務(wù)機(jī)器人來(lái)照顧老齡人和殘疾人。第四、由于生活節(jié)奏的加快和工作的壓力，也使得年輕人沒(méi)有更多時(shí)間陪伴自己的孩子，而且中國(guó)多年的計(jì)劃生育政策之后，己經(jīng)形成了人口倒金字塔結(jié)構(gòu)，使得年輕人沒(méi)有更多時(shí)間陪伴自己的孩子，家庭護(hù)理機(jī)器人、玩具機(jī)器人、安控機(jī)器人也成為當(dāng)前社會(huì)的需要。環(huán)境的共同特征為有限的封閉空間、平整的地板以及 走動(dòng)的人員，因此可以歸結(jié)為復(fù)雜多變、結(jié)構(gòu)化的動(dòng)態(tài)環(huán)境。 國(guó)內(nèi)外研究狀況 國(guó)外產(chǎn)品研究現(xiàn)狀在國(guó)外，美國(guó)、日本、韓國(guó)、歐洲等對(duì)清潔機(jī)器人進(jìn)行大量的研究和推廣。同時(shí)，它設(shè)置四種不同的清潔方式，根據(jù)地板的清潔狀況，可以選擇合適的清潔方式；內(nèi)置光敏傳感器，在遇到樓梯與臺(tái)階時(shí)，能夠自動(dòng)避讓，不會(huì)跌落。機(jī)器人中的感知系統(tǒng)采用光纖陀螺和超聲波傳感器，自動(dòng)清洗系統(tǒng)有兩種，一種是“面積設(shè)定模式”,即將待清洗的面積分為若干個(gè)單位面積,按照其存儲(chǔ)器中的單位面積識(shí)別其行使路線，機(jī)器人還可利用其傳感器識(shí)別和躲避障礙物；另一種叫“路徑地圖模式”，機(jī)器人按照內(nèi)裝的路徑地圖行使，機(jī)器人可存9幅地圖，并可利用IC卡作為外存，在該模式下，機(jī)器人不會(huì)避障，僅適用于需要反復(fù)擦洗的指定地段。COCORORO采用超聲波傳感器進(jìn)行避障，所以它在清潔地板時(shí)不會(huì)碰到家居和寵物。為了限制“三葉蟲”的活動(dòng)范圍，用戶需要在樓梯間或其它沒(méi)有天然障礙物的地方，貼上特制的可粘式磁帶。2002年９月清潔機(jī)器人＂Roomba”在美國(guó)面市，運(yùn)用人工智能運(yùn)轉(zhuǎn)與導(dǎo)航偵測(cè)技術(shù)，搭配獨(dú)有的真空吸孔與旋轉(zhuǎn)刷，清潔效果特別好。由于能夠在完成任務(wù)后自動(dòng)切斷電源，所以在外出期間可以讓Roomba在家進(jìn)行清掃。該機(jī)器人具有如下特點(diǎn)：采用全方位移動(dòng)技術(shù)，使機(jī)器人可執(zhí)行對(duì)狹窄區(qū)域等死區(qū)的清掃任務(wù)；采用開放式機(jī)器人鉸制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)硬件可擴(kuò)展，軟件可移植、可繼承，使機(jī)器人作為服務(wù)載體具有更好的功能適應(yīng)性；在擁擠環(huán)境下的實(shí)時(shí)避障功能，能更好地適應(yīng)不斷變化的清掃工作環(huán)境；遙控操作和自主運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)行方式；吸塵機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)吸塵腔路的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，提高了吸塵效率?，F(xiàn)在市場(chǎng)上，海爾公司的SWRC1清潔機(jī)器人在功能上相對(duì)比較健全。主要內(nèi)容安排如下：第一章闡述了智能清潔機(jī)器人的相關(guān)概念，分析了清潔機(jī)器人國(guó)內(nèi)外的研究 動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)，提出了課題的研究背景、意義和主要內(nèi)容。方案一：采用組合邏輯電路控制清潔機(jī)器人運(yùn)行方案二：采用智能控制器控制清潔機(jī)器人運(yùn)行而且單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。方案三：采用紅外對(duì)管傳感器。 因此，方案三在小系統(tǒng)中非常適用，采用方案三。（4） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)：主要由行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)、毛刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)和吸塵電機(jī)驅(qū)動(dòng)組成，其中行走電機(jī)主要控制左右行走輪從而帶動(dòng)清潔機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，毛刷電機(jī)和吸塵電機(jī)負(fù)責(zé)清潔除塵工作。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。4）可直接使用串口下載；（3）器件參數(shù)1）增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051.2）工作電壓：～（5V單片機(jī)）/～（3V 單片機(jī)）3） 工作頻率范圍：0～40MHz，相當(dāng)于普通8051 的0～80MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá)48MHz4）用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)5）片上集成512 字節(jié)RAM6）通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻7）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器可通過(guò)串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片8） 具有EEPROM 功能10）共3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。上電復(fù)位是指單片機(jī)在接通電源時(shí)對(duì)MCU自動(dòng)復(fù)位。（2）振蕩電路單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，它結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率。所以該電源模塊設(shè)計(jì)為兩路穩(wěn)壓5V輸出。這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。ENA常處于高電位（5V）。當(dāng)從IN2輸入高電位時(shí)“2”與門輸出高電平，它下面的與門輸出低電平，故處于上面的三極管導(dǎo)通下面的一只截止，OUT2端口輸出高電平。ININOUTOUT4與ININOUTOUT2的原理完全相同。當(dāng)反電勢(shì)為負(fù)，上端二極管導(dǎo)通。因?yàn)檫@種二極管具有高耐壓、高承受電流、低反向電流等特性而且它價(jià)格便宜容易得到，因此采用它來(lái)搭建保護(hù)電路。故將模塊的輸入端口接一個(gè)低電平電壓（電源地）來(lái)控制繼電器吸和就行。當(dāng)傳感器前方?jīng)]有物體時(shí)，其輸出高電平，有物體時(shí)輸出為低電平。在碰撞板的左右兩側(cè)各裝有一個(gè)碰撞傳感器，考慮到要求的可靠性高，所以采用機(jī)械式的碰撞傳感器，其原理就是一個(gè)行程開關(guān)。其實(shí)現(xiàn)方式主要是通過(guò)使用高分辨率計(jì)數(shù)器，調(diào)制方波的占空比或者頻率來(lái)完成非一個(gè)具體模擬信號(hào)的控制。SPWM法是根據(jù)PWM控制技術(shù)的中的一個(gè)重要的理論為基礎(chǔ)，即把沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在同一慣性環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出會(huì)達(dá)到相同的效果，對(duì)應(yīng)的波形基本重合，達(dá)到同步的控制效果。它們輸出波形盡管在高頻率的時(shí)候有所不同，但在低頻率的時(shí)候是重合的，其效果是基本相同的。等面積法就是根據(jù)SPWM法的控制原理，通過(guò)控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，產(chǎn)生等幅不等寬的矩形脈沖電壓與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)時(shí)間區(qū)間內(nèi)等效，那就可以通過(guò)計(jì)算矩形脈沖的頻率和幅值，并存入微處理器里，構(gòu)成PWM信號(hào)的控制單元。因此本課題中使用的是第二種方法脈沖調(diào)制，輸出在頻率恒定下改變占空比的PWM脈沖，意味著在整個(gè)過(guò)程中改變的僅僅是PWM的占空比，至于其他參數(shù)，尤其是脈沖頻率保持不變，通過(guò)調(diào)整工作周期在基本周期內(nèi)的長(zhǎng)短來(lái)控制輸出波形。從而完成PWM單元對(duì)智能清潔機(jī)器人的調(diào)速過(guò)程。如果PWM 脈沖為周期性的矩形脈沖，周期時(shí)間為T，則和此脈沖的等效直流電壓為： (為矩形脈沖占空比) （43） 周期性PWM矩形脈沖占空比通常表示工作時(shí)間即開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與時(shí)間周期的比值。其中，其中具體L298N （只選取一路電機(jī)）。而且輸出的高電平與電平順序不一樣直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向也會(huì)不一樣。IN4=0。 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制清潔機(jī)器人在完成清潔過(guò)程中，并不需要很高的行走速度，因此，通過(guò)PWM方式可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在一個(gè)穩(wěn)定的低速狀態(tài)。其原理是設(shè)定一個(gè)周期時(shí)間為T, 將這一個(gè)周期時(shí)間等分成N份，每一小段時(shí)間為t，t為定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。t為一臨時(shí)變量，zkb zkb2分別為ENA和ENB的占空比，取值0?50之間。 EA=1。 //恢復(fù)定時(shí)器初始值 TL0=0xF6。} //高于時(shí)是高電平，從而實(shí)現(xiàn)占空比的調(diào)整 else {ENA=1。為了更好地保護(hù)清潔機(jī)器人，本設(shè)計(jì)在清潔機(jī)器人的底盤前方設(shè)置了兩個(gè)紅外傳感器器來(lái)檢測(cè)臺(tái)階，當(dāng)其中一個(gè)傳感器檢測(cè)到有信號(hào)輸入，單片機(jī)會(huì)做出反應(yīng)，使行走電機(jī)停止，然后后退一段距離，而后原地中心旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，繼續(xù)前行，避開臺(tái)階和樓梯。 turn()。這就需要避障系統(tǒng)首先要求對(duì)清潔機(jī)器人四周環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，顯然，單一傳感器是不能滿足要求的。 實(shí)時(shí)避障方法的實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境中，不僅障礙物形狀復(fù)雜、擺放零亂，而且由于人員的走動(dòng)等經(jīng)常會(huì)帶來(lái)運(yùn)動(dòng)的障礙物，這樣，為保證機(jī)器人能夠在室內(nèi)環(huán)境中及時(shí)、安全、有效的避障顯得尤其重要。amp。amp。 } if(p_left==0) //左邊碰撞傳感器有信號(hào) { delay(5)。 delay(5)。 turn_L()。left==0) //前、左紅外傳感器有信號(hào) { delay(5)。 delay(5)。amp。right==0) { back()。 } } if(from==0)//前方有障礙物 { delay(5)。 if(left==0) { turn_R()。 delay(5)。主要完成了以下幾個(gè)方面的工作：(1)簡(jiǎn)要介紹了智能家庭清掃機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了比較和分析，說(shuō)明了 本課題研究?jī)?nèi)容的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的努力，從開始有關(guān)文獻(xiàn)的査詢，了解機(jī)器人設(shè)計(jì)范式，設(shè)計(jì)底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和功能，根據(jù)功能設(shè)計(jì)每個(gè)功能模塊，系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)制作以及調(diào)試，執(zhí)行器電機(jī)部分的選擇以及調(diào)試，光電傳感器的排布和輔助調(diào)試，軟件的編寫和調(diào)試，最終能夠基本的清掃工作，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的功能。至此畢業(yè)論文完成之際，向所有幫助、支持和鼓勵(lì)我的老師、同學(xué)、親人和朋友致以深深的謝意。在這四年的學(xué)習(xí)過(guò)程中，同學(xué)給了我無(wú)數(shù)的關(guān)心和支持，衷心地感謝他們，同窗之誼，永生難忘。在此，我衷心地感謝所有曾經(jīng)給予我?guī)椭乃腥耍x謝你們！附錄A程序：includedefine 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