嵌入式清洁机器人系统设计与实现

摘要

室内地面清洁是一项枯燥乏味的重复性劳动，传统吸尘器工作时需要人的参与，且操作不便。室内地面清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，结构灵巧，实现了室内环境的自主清洁，是一种环保、健康、智能型的服务机器人，具有广阔的应用前景和市场需求。 本文介绍了清洁机器人的研究现状与相关技术，设计并实现了一种全自主清洁机器人，并对路径规划、自动充电算法进行了研究。具体研究工作包括： 1、根据清洁机器人任务和功能要求，进行了系统总体设计。采用功能丰富、能耗低的嵌入式处理器作为核心控制器件，系统结构灵巧、紧凑，功能强大，可扩展性强。 2、分别进行了清洁机器人的机械结构设计、硬件选型与电路设计、底层软件设计及实现，完成了系统软硬件调试和实验。 3、根据清洁机器人需要全区域遍历的特点，研究了两种常用的全区域遍历算法-“井”字形遍历算法和外螺旋算法，并在此基础上进行了进一步的改进和实现，提高了遍历效率。 4、根据清洁机器人自动充电的需求，设计并实现了一种基于红外检测、判断的自动寻找充电器的方法。 5、初步研究了视觉技术在清洁机器人中的应用。 最后总结了本文的研究成果和不足之处，并对清洁机器人的研究工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 概述

1.2清洁机器人研究现状

1.3清洁机器人发展趋势

1.4本课题主要研究内容

2系统总体设计

2.1清洁机器人系统组成

2.1.1信息采集模块

2.1.2决策模块

2.1.3运动控制模块

2.1.4清扫模块

2.2清洁机器人系统总体设计

2.2.1清洁机器人功能设计

2.2.2清洁机器人硬件框架

2.2.3清洁机器人软件框架

2.2.4清洁机器人机械结构

2.3 电机和电池选型

2.3.1 电机选型

2.3.2电池选型

2.4本章小结

3硬件系统设计

3.1机械结构设计

3.1.1清洁机器人本体设计

3.1.2传感器配置与安装

3.1.3运动控制系统结构

3.1.4底盘设计

3.2硬件电路设计

3.2.1 硬件电路总体结构

3.2.2控制芯片选型

3.2.3子板设计

3.2.4 时钟电路设计

3.2.5复位电路设计

3.2.6电源模块设计

3.2.7电机驱动模块设计

3.2.8信号采集模块设计

3.2.9视觉模块设计

3.2.10遥控模块设计

3.2.11 LCD显示模块设计

3.2.12自动充电系统设计

3.3本章总结

4 软件系统设计

4.1 软件系统总体结构

4.2主程序流程

4.3软件开发工具

4.3.1编译器介绍

4.3.2下载与在线调试工具

4.4清洁机器人路径规划算法设计

4.4.1路径规划概述

4.4.2常用的全区域覆盖路径规划算法

4.4.3改进的“井”字形遍历算法

4.4.4外螺旋算法的实现

4.4.5 自动充电算法流程

4.5速度闭环控制

4.5.1 基于光电编码器的机器人定位

4.5.2 电机驱动模块

4.5.3 闭环调速模块

4.6液晶显示模块

4.7无线通讯

4.8视觉导引算法研究

4.8.1摄像传感器

4.8.2视觉在清洁机器人系统的应用

4.9本章总结

5 系统调试

5.1最小系统调试

5.2电源模块调试

5.3电机驱动模块调试

5.4编码器调试

5.5传感器调试

5.6液晶显示模块调试

5.7系统调试

6总结与展望

6.1工作总结

6.2进一步工作展望

致 谢

参考文献

附 录