基于STM32的智能扫地机器人研究与设计

摘要

智能扫地机器人是当今科技领域研究的热点，目的是用高效的智能清扫替代以往低效又耗时的手工劳动。本文基于改进的路径规划，秉承低成本、使用便捷、可靠性好等原则，力求设计出符合市场需要、实用性强的智能扫地机器人。论文完成的主要工作包括:
　　(1)路径规划的相关研究。研究了扫地机器人诞生以来出现的各种路径规划，诸如单元域分割法，可视图法，随机覆盖法，栅格法等，对各种路径规划的优缺点进行了分析和对比。
　　(2)路径规划的详细设计。本文以覆盖率、重复率、时效性、能量消耗率作为衡量路径规划优劣的指标，结合机器人工作环境的总体与局部两方面，引入单元占有度、栅格平均密度、横跨密度等概念而提出了一种有效可靠的路径规划方案:对随机覆盖法作出合理的改进并结合栅格法建立栅格单元作为路径规划，在取得环境特征信息后适时对路径规划作进一步优化。
　　(3)扫地机器人验证平台的设计。研究了国内外各类扫地机器人的构造，秉承本文设计扫地机器人的相关原则，以STM32F103ZET6芯片为核心构成系统的主控模块，负责整个系统的硬件逻辑控制和软件层面的规划;以超声波传感器，MPU-6050传感器，光电编码器为基础构成系统的信息采集模块，负责机器人自身状态及环境信息的采集;以各种机械装置及其驱动电路为主构成执行模块，负责具体的清扫任务;而以BQ2002芯片为核心的充电基地则用于对机器人进行自主充电。
　　(4)系统软件的相关设计。按照软件执行流程，完成了信息采集系统，信息整合系统及任务执行系统的相关软件设计。
　　(5)系统总体测试。使用智能扫地机器人验证平台对路径规划进行了相关测试，结果表明，使用论文提出的路径规划，机器人能有效可靠地进行智能清扫，达到了高覆盖率，低重复率，耗时少同时又节能的指标，验证平台的各硬件设备也能稳定地工作。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展现状

1．3 论文研究的主要内容

1．4 论文章节安排

第2章 系统总体方案

2．1 路径规划的衡量标准及意义

2．2 常用的路径规划方案

2．3 路径规划方案探讨

2．3．1 环境地图的初步建立

2．3．2 路径规划的改进及环境地图的进一步建立

2．3．3 环境地图信息的积累及相关信息的获得

2．4 避障方法

2．4．1 避障基本原理

2．4．2 特殊分布障碍物的处理

2．5 与基地联系的简化

2．6 系统硬件体系

2．7 系统软件体系

2．8 本章小结

第3章 系统硬件组成

3．1 主控模块系统

3．2 信息采集系统

3．2．1 外部信息采集

3．2．2 自身状态信息采集

3．2．3 运动信息采集

3．3 执行系统

3．3．1 电机驱动电路

3．3．2 稳压电路

3．4 充电基地

3．4．1 充电基地供电电源

3．4．2 单片机控住模块

3．4．3 自主充电模块

3．5 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 信息采集系统程序设计

4．1．1 超声波驱动程序

4．1．2 陀螺仪及加速度计驱动程序

4．1．3 光电编码驱动程序

4．2 信息整合与路径优化

4．2．1 栅格地图信息的建立

4．2．2 地图信息的整合与路径的优化

4．3 任务执行系统

4．3．1 电机驱动程序

4．3．2 清扫任务主程序

4．4 本章小结

第5章 系统相关硬件及测试

5．1 扫地机器人验证平台

5．2 系统相关测试

5．2．1 内螺旋测试

5．2．2 避障能力测试

5．2．3 电压模块测试

5．3 充电基地测试

第6章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果

致谢

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