文檔從網絡中收集，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持.掃地機器人的設計與實現內容摘要：隨著人類發展和社會進步，智能化在現實生活中的應用越來越廣泛。本文闡述了掃地機器人在無人操控的情況下完成清掃具有桌子、椅子、飲水機和茶幾的室內地面的任務。本設計由控制模塊、感知模塊、移動模塊、清潔模塊四大模塊組成。控制模塊由控制器部分和電源部分構成，是整個設計的中心。感知模塊要運用到傳感器，常用的傳感器有感應式傳感器、電容式傳感器、超聲波傳感器、紅外光反射傳感器、碰撞傳感器和感光傳感器。移動模塊一般用到的結構包括步進式、輪式和履帶式及其他方式，輪式和履帶式結構一般用于平滑的地面，而步進式則適合在路況較差的地面上運動。清潔模塊包括吸塵裝置、清掃裝置，吸塵裝置可以吸附地面上較小的垃圾以及灰塵，清掃刷可以除去地面上的頑固污漬。小車采用智能控制技術，按照規定路線在室內行駛，具有自動發現垃圾并清潔地面的功能。基于AT89C51單片機和C語言小車能夠實現預期的功能。關鍵字：感知移動清潔Iword版本可編輯.歡迎下載支持.目錄概述 1.1設計目的和設計要求 1.2設計構思 設計原理及方案 2.1模塊設計 2.2工作流程 2.3路徑規劃研究 2.4路徑的實現一一內螺旋算法 實驗及其結果 總結與心得體會 參考文獻 掃地機器人的設計與實現1.概述1.1設計目的和設計要求隨著人類文明的不斷發展，科技已經深入到了我們生活的方方面面。在當今社會，人們的工作與學習愈加繁忙，機械自動化便順理成章地成為了社會發展的趨勢，這樣可以極大地提高工作效率。機器人若要實現智能化就必須要能獨立感知外界環境并作出及時的判斷與處理，隨后觸發指令并完成相應的動作。本次設計的要求是小車能夠在指定區域內不留遺漏地打掃干凈地面。1.2設計構思感知模塊I—S感知模塊I—S移動模塊2.設計原理及方案2.1模塊設計掃地機器人由各功能模塊構成，各功能模塊相互協調，共同作用，保證機器人的順利工作。掃地機器人的中心是控制模塊，使用了AT89C51單片機，它對其他各功能模塊進行控制。移動模塊負責行走，由驅動電機，驅動輪和萬向輪組成，因房間地面平滑，故采用輪式結構。感知模塊負責采集周圍環境的各種信息。感知模塊由傳感器構

成，傳感器的選擇取決于機器人的工作需要，機器人對傳感器的一般要求是:精度高，可重復使用，穩定性好，不受外界干擾干擾，質量和體積小。綜合這幾點，同時考慮到機器人對避障和清掃任務的要求，感知模塊決定采用超聲波傳感器、紅外線傳感器。清潔模塊由起塵刷、擋塵蓋、清掃電機、清掃刷、集塵室和吸塵風機組成，由于客觀條件的限制，沒有安裝灑水裝置和擦地裝置。圖一和圖二為機械結構圖。萬向輪傳感器起生刷擋塵蓋驅動輪驅動電機集塵空清掃的限制，沒有安裝灑水裝置和擦地裝置。圖一和圖二為機械結構圖。萬向輪傳感器起生刷擋塵蓋驅動輪驅動電機集塵空清掃電機清掃刷圖一圖估感器底盤驅劾輪吸塵風機系統也路圖估感器底盤驅劾輪吸塵風機系統也路2.2工作流程首先啟動機器人，令其開始進行工作。機器人開始工作后便控制吸塵裝置進行吸塵，清掃裝置開始掃地。機器人一旦開始工作，感知模塊就開始不停地搜集周圍的信息，送入控制模塊進行分析處理從而決定機器人的行走路徑。當路徑規劃需要機器人實現轉向的時候，控制模塊便改變兩輪的速度，通過速度差來實現轉向。該掃地機器人利用安裝的傳感器獲得房間內部的基本信息，例如障礙物的位置，墻壁的位置，然后根據獲得的信息，采取相應的措施，通過以單片機為核心的控制模塊進行障礙物的判斷、避障方式選擇和前進的實施。2.3路徑規劃研究所謂機器人路徑規劃技術，就是機器人根據自身的傳感器對環境的感知，按照某種優化指標，在起點和終點之間規劃出一條與障礙物無碰撞的路徑。路徑規劃可分為兩類，一種是傳統的從起點到終點的路徑規劃，它的目標是找到一種兩點間的最優路徑，其中包括路程最短，耗時最少，耗能節約等方面，并且使機器人能正常運行并避開障礙物；另一種是完全遍歷路徑規劃，這是一種在平面工作范圍中特殊的路徑規劃，指在滿足某種前提下，找到一條在設定區域內從起點到終點且經過所有可達到點的連續路徑。對于掃地機器人來說，由于它要將整個房間清掃干凈，這就要求它要走遍房間的每一個角落，所以這與一般的移動機器人路徑規劃不同，它要按照一定的軌跡來運動，同時具有運動的遍歷性和不重復性。遍歷性指的是機器人要盡可能地走遍所有需要清掃的區域。它反映了機器人的實效性。不重復性指的是機器人的行走路線應盡量避免重復。它反映了機器人的工作效率的高低。同時我們希望路徑是連續的、不間斷的;機器人能避開所有障礙;清潔機器人行走的總距離和時間最小，以達到最小的能量消耗。在本設計中，我米用的是完全遍歷路徑規劃，機器人不必去探測垃圾的具體位置，只需走遍房間的每個角落即可，發現有垃圾便清潔即可。2.4路徑的實現一一內螺旋算法內螺旋算法是讓機器人沿墻壁移動，進行內螺旋式“回”字型路徑規劃，內收縮式的清掃，如圖三。圖中箭頭表示前進方向，直線表示行進路線。在清掃過程中遇到障礙物時，清潔機器人的正常軌跡就會中斷，進入繞障礙的程序，繞障結束后回歸原來的軌跡。同時清潔的軌跡需要依據一定的規則來限定。本路徑規劃易于實現較大的覆蓋率。這種方法簡單，滿足了遍歷性和不重復性的要求。在整個行進過程中，機器人是從外向內運動的。機器人的初始位置是靠墻的。自起點開始，采用“回”字型內螺旋式進行清掃，沿順時針方向繞房間沿墻行走，每轉一周與墻邊距離增加一個車身的寬度，直至走到房間中心，機器人在每一周的直線運行過程中要保持與墻不變的距離，當遇到障礙物時就繞過障礙物。具體流程如圖四圖三內螺旋算法示意圖

3.實驗及其結果3.實驗及其結果結束清掃工作為了驗證方案的可行性，選擇一個房間進行實驗，檢驗機器人是否能按照預先規劃好的路徑行走且能夠成功避障直到完成清掃任務。同時，通過實驗，對機器人的硬件結構，系統電路和控制程序的正確性做進一步驗證。機器人在走直線和轉彎時均有一定偏差，此外還有漏掃的情況，經分析和處理后機器人基本可以完成任務。4.總結與心得體會在這次設計中，我親自動手制作了機器人，令其完成清潔工作看似是一件容易的事情，但是實際的過程中遇到了很多麻煩。對于出現的各種情況，我采取了相應的辦法。首先要考慮的就是機器人應該分成哪幾個部分，掃地只是它的功能，為此則需要多個模塊來共同實現，首先要有清掃工具，，移動依靠輪子，為了避免撞到墻壁和障礙物則需要傳感器做出感應，所有這一切都需要控制器的統一協調和安排。在考慮路徑規劃時，我查閱了一些資料，其中包括自由空間法，柵格法等，但是這些方法要么需要較大的內存空間，要么對傳感器的要求非常高，或者有一些其他的要求，這些要求客觀上都不太容易滿足，權衡各方面因素，我最終選擇了內螺旋法。在實驗的過程中，機器人在走直線的時候存在偏差，在程序中設置的兩個輪子理想的行駛速度是一致的，但是兩個輪子的大小不可能完全一樣，電機的驅動可能也稍有差別。機器人在轉彎的時候不能達到90度，這與硬件有關，可能也受到地面摩擦的影響，我不斷調整兩輪速度大小以及持續時間從而達到理想的效果。地面上的某些區域是機器人沒有能夠清掃到的，我發現機器人離障礙還有較遠的距離時就開始躲避障礙，這應該是傳感器感知障礙的距離的設置有問題，將距離適當設小一些就能讓機器人基本上清掃到所能清掃的所有區域。另外，程序本身也有一定問題，機器人顯得不夠靈活，應該是各個模塊之間的協同性不夠好，經過反復調試，各個模塊之間可以較好的配合。機器人在改進后基本上能達到了預期的實驗效果。通過實驗我明白了理論和實際是有偏差的，設計程序時要考慮到硬件和客觀環境這些因素的影響。這次實驗是讓我把理論知