【正文】 27 參考文獻(xiàn) [1]譚定忠，王啟明，李金山，李林 .清潔機(jī)器人研究發(fā)展現(xiàn)狀 [M]. 2021 [2]邢敏，蒙梅，劉任平 .JP cleaner 型清潔機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].2021 [3]王以倫，鄧寶林，王洪濤，馮晨 .清潔機(jī)器人的自動(dòng)避障控制系統(tǒng) [M].2021 [4]石為人，周學(xué)益 .室內(nèi)清潔機(jī)器人避障路徑規(guī)劃研究 [M].2021 [5]譚定忠，王啟明，孔凡凱 .主動(dòng)移動(dòng)清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)性能研究 [M].2021 [6]時(shí)尚預(yù)言 .自動(dòng)裝置造就“懶漢時(shí)代” [J].2021 [7], Mapping for Mobile Robot Obstacle Avoidance[J].IEEE Trans. Robotics and Automation,1991, 7(3)： 278288 [8]Sewan Cleaning Robot:Roboking System Integration and Overview[A]:Proceedings of the 2021 IEEE International Conference on Robotics 8 Automation New Orleans,2021,4:44374441 [9]JosephL， [M].AKPeter， 1999. [10] Brian reach the home floor [J].Industrial Robot ,2021,28 (1):2728 28 致謝 在作此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，本 人得到了 老師的精心指導(dǎo)，正是因?yàn)槔蠋煵粩嗟奶峁┐罅康馁Y料來源，不僅為我設(shè)計(jì)出該 智能掃地機(jī) 提供了大量的知識(shí)貯備，而且使我學(xué)會(huì)了從大量的資料中選擇出自己需要的東西。 按照論證方案，在完成智能 掃地 機(jī)硬件電路的研制及控制程序的設(shè)計(jì)后，經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)試，系統(tǒng)各部分運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常。其他電路模塊均在考慮靈敏度高、精度適當(dāng)、工作穩(wěn)定、可靠性好、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等原則的基礎(chǔ)上進(jìn)行了選取。 26 結(jié)論 本課題設(shè)計(jì)結(jié)合機(jī)器人控制原理，使用機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)，對(duì)智能清掃機(jī)各部分系統(tǒng)分別作了 具體 分析。若可清掃則由單片機(jī)向清掃機(jī)械電機(jī)發(fā)出清掃指令，執(zhí)行清掃命令，完成清掃后繼續(xù)等待紅外傳感器接收信號(hào)。軟件流程如圖 所示。然后檢測(cè) GPIO 有沒有啟動(dòng)信號(hào) ,檢測(cè)到啟動(dòng)信號(hào)后 ,從另一個(gè) GPIO初 始 化有 自 動(dòng) 信 號(hào) ？直 流 電 機(jī) 上 電數(shù) 據(jù) 送 至 單 片 機(jī)數(shù) 據(jù) 處 理數(shù) 據(jù) 采 集結(jié) 束NY 圖 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)流程 24 發(fā)出控制信號(hào)給直流電機(jī)加電。 1 min 之內(nèi)無按鍵，則遙控器進(jìn)入低功耗狀態(tài)。 (3) 當(dāng)接收到前進(jìn)指令時(shí)，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此 過程通過軟件編程控制液晶顯示系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)向單片機(jī)控制系統(tǒng)反饋實(shí)現(xiàn)。 總體軟件流程 總流程圖如圖 所示，是整個(gè)清掃機(jī)運(yùn)行過程的流程圖。驅(qū)動(dòng)器保護(hù)電路由 8 個(gè)高速大電流肖恩特二極管 1N5822（圖中 D1~D8）組成，用來消除電機(jī)在起停、制動(dòng)及換向時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)。一般掃地機(jī)器人按右手法則尋找充電座，所以在掃地機(jī)器 人貼墻的一側(cè)（選左側(cè)）和后部各裝有一個(gè)紅外接收傳感器，當(dāng)側(cè)面的一側(cè)在貼邊過程中收到紅外信號(hào)時(shí)，掃地機(jī)器人順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 90 度，并沿著紅外光路靠近充電座，同時(shí)檢測(cè)充電座充電電壓即可確定是否已經(jīng)對(duì)接上。它由以下幾個(gè)部件組成：?jiǎn)纹瑱C(jī) AT89C5 液晶字符顯示部件 DM16電源供電部分。因此，在使用之前先確定使用的目的，選擇好顯示的方式，當(dāng)然得找出相應(yīng)的顯示字符的字符 代碼及在 DM162 液晶顯示模塊的相應(yīng)顯示位置的 RAM 地址。這里采用 2 行 16 個(gè)字的 DM162 液晶模塊，通過與單片機(jī)連接，編程，完成顯示時(shí)間及清掃機(jī)行進(jìn)速度的功能。當(dāng) PFI 低于 1． 25V時(shí)，電源故障輸出腳第 5 腳 PF0 變低，可引起 AT89C51 中斷，進(jìn)行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。在軟件設(shè)計(jì)中， 不斷輸出脈沖信號(hào)，如果因某種原因單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則 無脈沖輸出。當(dāng)?shù)?4 腳電壓低于 時(shí)，第 5 腳輸出一個(gè)低電平信號(hào)。 MRV C CG N DP F IWDOR E S E TI M P 8 1 3 LW D IPFO 圖 IMP813L 芯片 17 (2)看門狗電路輸出。 IMP813L 剛好能滿足這些要求，下面具體介紹該芯片的性能特點(diǎn)及使用方法。 四 個(gè)紅外接收管的信號(hào)通過與門與芯片的輸入端 SI 相連，使得解碼芯片在接收到任意方向的紅外線信號(hào)時(shí)都能正常工作 。 紅外接收芯片選用 TFMS5380。工業(yè)設(shè)備中，在高壓、輻射、有毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控 能 可靠且 有效地隔離電氣干擾。 選用的輪子驅(qū)動(dòng)電機(jī)即為無刷直流電機(jī)，其工作電壓是 10~15V，最 大工作電流，正常工作電流 ， 有專門的換向控制引腳，高低電平控 制正反轉(zhuǎn)。通過單 片機(jī)的初始化設(shè)置，使其自動(dòng)發(fā)生脈沖波，只有在改變脈沖寬度時(shí)才進(jìn)行干預(yù)， 該方法控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)單、可靠。這種方式是用分立的邏輯電子 元件組成信號(hào)電路，是較早采用的方法，可靠性、可調(diào)性較差； (2)軟件模擬式。雖然近年不斷受到其他電動(dòng)機(jī) 如交流變頻電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的挑戰(zhàn)，但直流電動(dòng)機(jī)仍然是許多調(diào)速控制 電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇，在生產(chǎn)、生活中 仍 有著廣泛的應(yīng)用。吸塵器內(nèi)的風(fēng)機(jī)和帶動(dòng) 毛刷的電 源穩(wěn) 壓輸 出信 號(hào)施 密 特觸 發(fā) 器信 號(hào)處 理霍 爾元 件 圖 EW462 內(nèi)部原理示意圖 14 電機(jī)都使用直流電機(jī)，由于不需要調(diào)速、換向，因此控制方法比較簡(jiǎn)單。無刷直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，由于它采用電子換向，脈寬調(diào)制脈沖調(diào)速，在進(jìn)一步提高直流電機(jī)性能的同時(shí)，又克服了直流電機(jī)傳統(tǒng)機(jī)械換向帶來的一系列問題，從而大大延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。 機(jī)器人的工作電機(jī)分為行走、吸塵和毛刷電機(jī)。所以，第一個(gè)要解決的問題就是如何讓電機(jī)能根據(jù)自己的意圖轉(zhuǎn)動(dòng) 。通過控制霍爾元件正上方的磁場(chǎng)極性，可以控制元件輸出信號(hào)的變化趨勢(shì)。根據(jù)里程計(jì)的返回脈沖數(shù)可以計(jì)算出電機(jī)行走的距離，并間 13 接得到行走速度。 經(jīng)過對(duì)比分析，本設(shè)計(jì)方案采用超聲波傳感器、紅外光電傳感器和接觸開關(guān) 、 三 種傳感器來構(gòu)建清掃機(jī)器的傳感器系統(tǒng)。因此 ,光電式傳感器在檢測(cè)和控制中應(yīng)用非常廣泛。紅外光電傳感器是采用光電元件作為 檢測(cè)元件 的傳感器。超聲波傳感器通過計(jì)算超聲波的發(fā)射接收時(shí)間間隔實(shí)現(xiàn)定量測(cè)距。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。 掃地 機(jī)傳感器系統(tǒng)的主要任務(wù)是提供工作環(huán)境下的 障礙物信息，以實(shí)現(xiàn) 掃地 機(jī) 的自主避障。內(nèi)傳感器主要用于采集系統(tǒng)自身狀態(tài)的信息 ,比如速度、加速度、軌跡、位置等。 智能掃地機(jī)傳感器 系統(tǒng) 傳感器系統(tǒng)是 掃地 機(jī)的感覺器官 ,負(fù)責(zé)采集環(huán)境障礙物和自身狀態(tài)的信息，是 掃地機(jī)的重要組成部分，由多傳感器及相關(guān)信號(hào)處理電路組成。通過對(duì)電路的優(yōu)化組合最大限度地利用 AT89C51單片機(jī)的全部資源。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 所示： 表 端口引腳第二功能表 端 口 引 腳 第 二 功 能 RXD （串行輸入口） TXD （串行輸出口） 0INT （外中斷 0） 123456781 31 21 51 43 11 91 891 71 6P 1 0P 1 1P 1 2P 1 3P 1 4P 1 5P 1 6P 1 7I N T 1I N T 0T 1T 0/ V PEAX 1X 2R E S E TRDWR3 93 83 73 63 53 43 33 22 12 22 32 42 52 62 72 82 93 01 11 04 14