1、沈陽航空航天大學北方科技學院畢業設計開題報告論文題目： 基于單片機的掃地機器人的設計專 業：通信工程學 號:B24121129學生姓名：王就指導教師：馬鳳霞2016年3月21日一、立題依據1、選題目的自動掃地機器人，是一種智能掃地、吸塵工具，是一種配備了微電腦系統的電動保潔 設備，它能按照人們的設置清潔房間的某一特定部分或全部。清潔機器人最早出現在于美 國，隨后發展的歐美，風靡港澳臺，90年代中期進入大陸。現在市場上的自動掃地機器人 主要幾種品牌：（TOMEFON國）斐納掃地機器人，（irobot美國）irobot掃地機器人， （Proscenic臺灣）浦桑尼克掃地機器人，（科沃斯中國）科沃斯

2、掃地機器人，（PHILIPS 荷蘭）飛利浦掃地機器人等。人類的一只腳已經邁進了機器人時代的大門，中國10年內機器人將融入市民日常生活，機器人將和汽車一樣成為生活必需用具。這些機器人從用途上看，有用于教育類的機 器人，有用于服務類的機器人，有用于制造類的機器人，等等。其中自動掃地機器人就屬 于服務類的機器人。機器人的發展就像上世紀80年代的個人電腦、上世紀90年代中期的手機一樣，正處于產業真正起飛的前夕，巨大的市場前景已經展現。資料顯示，2003年至2007年間，全球機器人以每年 40流右的速度增長。據統計，到 2009年底，全球投入使 用的服務型機器人已達到450萬臺。2、選題的意義自動掃地機

3、器人優于普通吸塵器的地方主要體現在：省時、省力，整個清潔過程中不需要人控制，減輕您操作負擔；還比一般吸塵器的噪音小，清潔房間的過程免受噪音之苦； 還可以凈化空氣，內置活性炭、吸附空氣中的有害物質，粉塵凈化率高達96%清潔效率接近100%輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角。總之，自動掃地機器人，具 有操作簡單，使用方便、智能、安全、清潔效果顯著的特點。3、國內外研究現狀現在國內外市場上的掃地機器人推出速度如雨后春筍，國外品牌中，美國iRobot和德國TOMEFON地機器人比較熱門，國內目前比較知名的有科沃斯、地貝、福瑪特等， 其中作為進入掃地機器人市場的 Proscenic ,也是比較熱

4、門的一個品牌。研究現狀：自動掃地機器人作為服務機器人領域中的一個新產品，盡管目前國內在 這方面的研究開發方面已經取得一定的成果，但是仍有許多關鍵技術問題需要解決或提高，如路徑規劃就是其中的一個比較重要的技術。有的可在房間內隨機移動，有的能在 單個房間內比較簡單地以一定的路線移動（不能 100%t遍）。事實上，雖然有一些公司 推出了一些樣品或產品，但卻不能達到滿意程度：清潔效果不佳，遍歷時間長。目前，在一些發達國家的辦公室、工廠、車站、機場等場所已廣泛使用到自動掃地 機器人。隨著科學技術的進步和社會的發展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務中解脫 出來，這使得自動掃地機器人進入人家庭成為可能。 如果

5、自動掃地機器人性價比足夠高， 那么自動掃地機器人市場將會被看好。二、研究方案1、研究的主要內容本次畢業設計的主要內容是設計一個智能掃地機器人控制系統，利用超聲波測距的 原理，通過向前進方向發射超聲波脈沖，并接受相應的返回聲波脈沖，對障礙物進行判斷, 通過單片機實現對超聲發射和接受的控制，并在處理返回脈沖信號的基礎上加以判斷，從 而選出一個優化的路徑，通過驅動器驅動步進馬達，帶動驅動輪而實現行走功能。2、設計的方案本設計將自動掃地機器人分為 5個部分：系統主控制部分、執行電機部分、傳感器 部分、輸入輸出部分和電源部分。主控系統使用單片機AT89C52空制，包括超聲波測距模塊，對輸入輸出器件的操作

6、，對執行電機的控制，以及對傳感器的響應等。執行電機 部分是掃地機器人的主要構成部分，包括行走驅動子系統和掃地子系統。行走結構采用 輪式結構，圓形殼體，底盤為三輪電動小車，前面兩輪由兩個電機獨立驅動，后輪為萬 向輪。掃地系統用電機帶動清掃刷的轉動，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風口處，由吸塵 機構制造強大的吸力將灰塵吸入灰塵存儲箱中。在清掃吸塵之后，利用安裝在殼體下面 的清潔布擦除殘余在地面上的細小灰塵。輪子電機、吸塵電機和毛刷電機使用的都是無 刷直流電機；傳感器部分即測距子系統，主要為了保障機器人能夠安全地工作；輸入輸 出部分包括遙控子系統和顯示子系統，能夠較好地實現人機交互的功能；電源部分采用 可

7、充電的5伏鋰電池。圖1系統原理框圖3、可行性分析此設計中選擇往返式路徑規劃方法。往返式路徑規劃清掃路徑的規則為當掃地機器人置于室內時，可通過超聲波測距傳感器的信息來判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在 房屋中間，則先設為它沿某一方向運動到靠近墻邊的某一點。機器入就可從墻邊的某一點 開始，按順時針方向繞墻運動一周，先對室內墻邊地面進行一次預清掃。掃地機器人在繞 完一圈后再向左或向右行走到墻壁的最左端或者最右端，以此來作為它清擋路徑的起始 點，也即絕對坐標的原點。先假設室內只有一個孤立的障礙物，以房屋左下角O點為起始點。開始清掃時，從。點勢始沿Y軸正方向清掃，遇到墻壁時向右原地旋轉 90o,向X軸正方

8、 向移動一個車身后向右旋轉 90o沿Y軸負方向清掃，以此往復運動。當遇到障礙物時，則 按下面的方法進行規劃和避障：當清潔機器人運動到障礙物的最左邊點時，根據步進電機 的脈沖數和驅動輪光柵的脈沖數計算出最左邊點的坐標。然后根據超聲波測距傳感器收到的信息沿著障礙物邊緣行進相當于 X軸方向一個車身的距離，再原地旋轉到 Y軸負方向， 沿Y軸負方向繼續清掃，這樣一直往返清掃，當掃地 機器 人在沿 障礙物 邊緣清 掃時超聲波傳感器突然收不到信號即到達了障礙物的最右端點，掃地 機器人將原地一直向左旋轉直到超聲波傳感器再次收到信號為止，然后沿障礙物的上邊沿 行進到障礙物的最左端點，再沿Y軸方向進行往返清掃，行

9、進路徑和障礙物下邊沿的行進 路徑類似。這樣就可以在清掃過程中自動避開障礙物。以及利用超聲波測距的原理對避讓障礙物問題進行分析，超聲波傳感器接收到反射信號，檢測出前方有障礙物時，向控制器 發出信號，控制器控制掃地機器人轉向，躲避障礙物，根據信號的幅值大小，也可以初步 確定障礙物的大小。選用超聲波測距傳感器，實現非接觸式測量，避免與家具等物品發生 碰撞，從而避免損壞相應物品。并且能利用 PROTUES件對各構件進行仿真。四、進度安排1-3周：調研、學習與課題有關的理論知識；查閱和搜集與課題有關的文獻和資料;根據題目要求擬訂方案，形成總體設計思想，撰寫開題報告。47周：設計硬件電路，并在實驗室中連接硬件線路。812周：對系統的軟件進行設計。13 15周：軟硬聯調，模擬運行，完成系統的調試。1619周：進行結果分析，并撰寫畢業論文，準備答辯。五、參考文獻1 張毅剛.新編MCS-51單片機應用設計，哈爾濱工業大學出版社，20032 吳松林.傳感器與檢測技術基礎，北京理工大學出版社，20093 梅麗鳳.單片機原理及接口技術，清華大學出版社，20094 黃繼昌.傳感器工作原理及應用實例，人民郵電出版社，19985羅慶生，韓寶玲.一種基于超聲波與紅外線探測技術的測距定位系統，計算機測 量與控制，20056 趙海鳴，卜英勇，王紀嬋，周知進.一種高精度超聲波測距方法的