智能保洁机器人电气系统设计

摘要

随着科学技术的不断发展，智能机器人技术逐渐成为人们日常生活的一部分，不断地改变人们的生活方式。在工业上为了缩减成本提高效率，工厂大规模的使用工业机器人代替人工，成本得到大量缩减，消费者买的工业品更加便宜;在抢险救灾的一线为了赢得宝贵的救援时间人们使用智能机器人进入危险区域探测输送物资，保证了抢险救灾等高危行业人员的生命安全，提升了行业的发展水平和发展速度;在军事上我国采用智能机器人进行侦察运输物资，使得军事发展更为智能化和科学化;在一般的生活中，智能机器人帮助人们完成了许多日常工作，丰富了人们的生活内容，提升了人们的生活速度，方便了人们的生活。同时随着智能家居概念的普及和机器人技术的长足发展，各类智能机器人逐步进入到寻常百姓家中，特别是智能保洁机器人，成为了市场上的宠儿，各大家电厂商都在争相研发相关产品，推陈出新，以达到占有市场的目的。对比国外情况，国内智能保洁机器人发展较为滞后，在产品研发、技术高度和设计理念均同国外有一定差距。
　　本课题拟针对智能保洁机器人功能要求，结合智能保洁机器人的国内外现状，在综合比较了国内外多种典型产品的基础上，采用嵌入式技术，提出了适合高端用户的智能保洁机器人设计方案，主要涉及保洁机器人可移动及定位功能，满足自主充电、自主空间定位和保洁功能。
　　经过调研，拟采用H桥原理设计移动电机驱动部分，以及采用激光雷达实现空间重定位和避障功能，同时对自主充电功能进行了设计。在主控方面，拟基于STM32f407芯片设计主控、驱动控制模块、电源模块，基于激光雷达实现避障和空间定位重构功能。具体为主控处理器根据激光雷达采集的空间信息，基于SLAM算法驱动直流电机驱动控制模块带动底盘移动，同时，根据移动位置信息，实现主动清扫的功能。考虑充电的智能化，借助于激光雷达实现充电桩的空间定位与自主充电功能。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 机器人技术发展概述

1．1．1 背景意义

1．1．2 机器人技术发展概述

1．1．3 智能家居简介

1．2 机器人空间检测定位系统研究现状

1．2．1 常用空间定位方法及优缺点

1．2．2 激光雷达的优势及其结构

1．3 智能保洁机器人国内外发展现状

1．3．1 国外产品研究现状

1．3．2 国内产品研究现状

1．4 方案概述

1．4．1 机器人底盘设计

1．4．2 主控系统及数据处理

1．4．3 基于霍夫曼方法SLAM的基本过程

1．4．4 提高激光雷达空间定位精度的方法

1．4．5 行文安排

1．5 本章小结

第2章 智能保洁机器人总体架构设计

2．1 整体架构方案

2．2 电气系统方案设计

2．3 其他机构设计

2．3．1 行走机构设计

2．3．2 控制电机的选择

2．3．3 电机与行走轮的连接

2．3．4 避障雷达等机构

2．4 本章小结

第3章 电气硬件系统设计

3．1 主控系统设计

3．1．1 主控处理器STM32F407简介

3．1．2 主控板电路设计

3．2 电源模块设计

3．3 行走驱动模块设计

3．3．1 场效应管的开启控制

3．3．2 电机驱动之H桥电路

3．4 避障与空间定位模块设计

3．4．1 红外测距避障

3．4．2 空间定位与重构

3．4．3 激光雷达与主控系统的通信方式

3．5 其他模块设计

3．5．1 充电功能模块

3．5．2 局域网

3．6 清扫直流电机

3．6．1 直流电机的构成

3．6．2 电机驱动模块BTS7970B

3．6．3 直流减速电机的优点

3．7 本章小结

第4章 软件系统设计

4．1 开发软件简介

4．1．1 keil软件简介

4．1．2 Microsoft Visual Studio简介

4．1．3 proteus简介

4．2 机器人的底盘驱动定位

4．2．1 SLAM机器人定位算法简介

4．2．2 智能保洁机器人底盘定位

4．2．3 智能保洁机器人底盘驱动控制

4．2．4 智能保洁机器人清扫控制

4．3 激光雷达空间定位实验

4．3．1 激光雷达数据采集

4．3．2 特征提取

4．3．3 雷达系统调试

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献