王玉洋

摘要：近幾年，隨著計算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，越來越多的智能系統(tǒng)應(yīng)用到小家電中，極大的方便了人們的生活。智能家庭掃地機(jī)器人的應(yīng)用就是在這種環(huán)境下發(fā)展起來的，本次研究主要對智能家庭掃地機(jī)器人的工作原理和設(shè)計進(jìn)行分析，改進(jìn)機(jī)器性能，促進(jìn)智能家庭掃地機(jī)器人工作效率和質(zhì)量的提高。

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智能家庭掃地機(jī)器人的應(yīng)用主要是利用超聲波測距原理，利用超聲波脈沖判斷障礙物，并利用核心控制器實(shí)現(xiàn)對超聲發(fā)射的控制，在處理脈沖信號的同時選擇一個優(yōu)化路徑，通過驅(qū)動模式實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走，從而完成清掃的工作。在對智能機(jī)器人設(shè)計進(jìn)行分析的過程中必須對現(xiàn)如今很多機(jī)器人在清潔時產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析，比如大顆粒物質(zhì)的清掃、清掃區(qū)域的劃分等等。解決這些問題首先要合理設(shè)計智能家庭掃地機(jī)器人，下面我們利用計算機(jī)技術(shù)對其進(jìn)行分析。

一、智能家庭掃地機(jī)器人設(shè)計原理

智能家庭掃地機(jī)器人實(shí)際上是一種智能吸塵器，擁有比較先進(jìn)的GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，而且能夠通過走路的方式清潔地面，主動對房間實(shí)施清掃。這種機(jī)器人屬于一種無線機(jī)器，機(jī)身一般為圓形，能夠通過主機(jī)和遙控器來操作，能夠?qū)崿F(xiàn)定時掃除、自動充電，充電休眠等狀態(tài)，而且清掃時能夠躲避障礙物，自動完成清掃工作。

其工作原理是采用紅外線傳感原理對機(jī)器實(shí)施控制，紅外線傳感原理成本較低，但是對環(huán)境的要求比較高，如果遇到淺色障礙物無法躲避，導(dǎo)致碰撞的發(fā)生。超聲波技術(shù)的應(yīng)用能夠解決這種問題，這種技術(shù)使用計算機(jī)控制，在底部配置3個清掃刷，配合吸塵區(qū)域的滾動。機(jī)器形態(tài)比較小，清掃范圍較大，可以在手機(jī)碰撞后產(chǎn)生記憶，形成地圖區(qū)域，下次碰撞之前形成緩沖，并通過紅外掃射躲避障礙物。

二、智能家庭掃地機(jī)器人設(shè)計

1.單片機(jī)控制器。智能家庭掃地機(jī)器人設(shè)計中采用的單片機(jī)為AT89C51型號的低電壓處理器，其性能比較高，這種型號的單片機(jī)使用的處理器為4k字節(jié)Flash處理器，能夠反復(fù)擦除1000多次，AT89C51單片機(jī)排角見圖1。這種單片機(jī)成本較低，利用嵌入式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)身的有效控制，使機(jī)器運(yùn)行更加合理，并帶有記憶路線功能，有效避免重復(fù)勞動型清掃。

2.機(jī)器外科設(shè)計。傳統(tǒng)的智能家庭掃地機(jī)器人在清掃的過程中容易對機(jī)器本身造成破壞，雖然有些機(jī)器已經(jīng)安裝了緩沖器件，但是仍然避免不了破損，主要是因?yàn)榧t外遙控射線對顏色的要求比較嚴(yán)格，導(dǎo)致機(jī)器容易發(fā)生碰撞。為了解決這個問題智能家庭掃地機(jī)器人外科設(shè)計過程中采用新型軟性防撞板，這種材質(zhì)具有加高的軟碰撞性和可塑性。防撞板能夠?qū)C(jī)器人實(shí)施全包設(shè)計，而且能夠在機(jī)器人底部紅外遙感出流出一定的空隙，不妨礙射線的返回。

3.大口徑清掃齒輪設(shè)計。智能家庭掃地機(jī)器人吸塵口徑比較小，而且尺寸密度比較大，對大顆粒的清潔有一定的難度?；诖?，采用大口徑的清掃齒輪，在智能家庭掃地機(jī)器人低端設(shè)計配置一個大口徑吸塵和齒輪，這種口徑的齒輪占地面積大，所以在設(shè)計的過程中還需要配置一個短細(xì)疏通道直接插入存塵盒中，使大顆粒直接進(jìn)入存塵盒，然后就可以正常的清理，

4.電源設(shè)計。智能家庭掃地機(jī)器人電源設(shè)計分為兩部分，分別為吸塵和掃邊電機(jī)需要提供的能量和控制電路、驅(qū)動電路的消耗。利用鋰電池為裝置電源，同時還設(shè)立了一個互頂?shù)某潆娮?，在處理器處將其固定在充電座上，裝置如果檢測到電池不足10%就會自動執(zhí)行充電功能。

5.傳感器設(shè)計。傳感器的是機(jī)器人的“耳朵”和“眼睛”，主要功能是獲取外部環(huán)境和自身運(yùn)行狀態(tài)的信息。傳感器有光電編碼器、紅外傳感器、濕度傳感器等高科技技術(shù)構(gòu)成。傳感器電路簡單，方便調(diào)試，而且對環(huán)境光線有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。紅外線傳感器感受到障礙物后可以將阻礙光線反射過來，并輸出為低電平信號。處理器依據(jù)傳感器傳回的電平信號判斷前方是否有障礙物。機(jī)器人左右輪直流電機(jī)上裝有光電編碼器，主要記錄兩個輪子的速度，處理器計算裝置經(jīng)過的范圍和轉(zhuǎn)動的速度，實(shí)現(xiàn)定位和路徑的規(guī)劃。

6.電機(jī)驅(qū)動模塊。電機(jī)驅(qū)動使用直流電機(jī)，容易控制、制動轉(zhuǎn)矩較大，噪音小。本次研究的智能清掃器電動驅(qū)動模塊包含清掃驅(qū)動和運(yùn)動驅(qū)動，其中運(yùn)動驅(qū)動主要功能是驅(qū)使裝置在一定的范圍內(nèi)運(yùn)動，這部分有左中右三個輪子構(gòu)成，左右輪子上分別裝上兩個獨(dú)立的直流電機(jī)，利用左右輪的差速實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的轉(zhuǎn)向。同時左右輪利用光轉(zhuǎn)碼器計算輪子的速度，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。清掃驅(qū)動主要是用來清掃垃圾，由小型渦輪風(fēng)機(jī)和毛刷構(gòu)成，在電動機(jī)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動毛刷，并向不同方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的吸力，將垃圾和灰塵吸到垃圾盒中，保證地面的清潔。

三、結(jié)語

通過對智能家庭掃地機(jī)器人原理的分析，發(fā)現(xiàn)智能清掃級在工作過程中利用的技能和原理比較多，首先它是建立在計算機(jī)技術(shù)下的一種設(shè)計，其次他利用紅外線和傳感器技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，同時對機(jī)器的電機(jī)模塊、電路和齒輪等進(jìn)行設(shè)計分析，通過這些方面的設(shè)計分析，使我了解到智能家庭掃地機(jī)器人構(gòu)造原理和工作原理，在以后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該對這方面的知識進(jìn)行深入的了解和分析。