一種智能清潔機(jī)器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種智能清潔機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會的發(fā)展，越來越多的自動家用電器進(jìn)入家庭。目前，市面上有多種清潔機(jī)器人，設(shè)計(jì)一個具有自主清掃、避障、卡住報(bào)警、塵倉滿倉檢測等功能，能夠在無人干預(yù)情況下自主完成室內(nèi)清掃工作，也可以人為通過紅外遙控器控制其狀態(tài)的機(jī)器人系統(tǒng)，是很必要的。同時，為使機(jī)器人高效、可靠地完成作業(yè)，在其內(nèi)部嵌入路徑覆蓋算法，使它脫離隨機(jī)清掃的模式，能夠記憶已走過的路徑和遇到的障礙物位置，不遺漏地進(jìn)行全區(qū)域清掃和不重復(fù)遇到同一個障礙物，實(shí)現(xiàn)高覆蓋率、低重復(fù)率的清掃過程。
[0003]新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是提供一種智能清潔機(jī)器人。
[0005]上述技術(shù)問題是按照以下方式解決:
[0006]—種智能清潔機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)器人包括主控制部分、執(zhí)行電機(jī)部分、傳感器部分、輸入輸出部分和電源部分，所述的主控制部分使用單片機(jī)AT89C51控制，包括紅外遙控接收模塊，對輸入輸出器件的操作、對執(zhí)行電機(jī)的控制、以及對傳感器的響應(yīng);所述的執(zhí)行電機(jī)部分是吸塵機(jī)器人的主要構(gòu)成部分，包括行走驅(qū)動子系統(tǒng)和吸塵子系統(tǒng)；所述的傳感器部分即為檢測子系統(tǒng)，主要是保障機(jī)器人能夠安全地工作;所述的輸入輸出部分包括遙控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互的功能。
[0007]優(yōu)選地，所述的電源部分采用可充電的12伏鋰電池。
[0008]優(yōu)選地，所述的行走驅(qū)動子系統(tǒng)采用輪式結(jié)構(gòu)，圓形殼體，底盤為三輪電動小車，前面兩輪由兩個電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，后輪為萬向輪。
[0009]優(yōu)選地，所述的吸塵子系統(tǒng)用電機(jī)帶動清掃刷的轉(zhuǎn)動，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風(fēng)口處，由吸塵機(jī)構(gòu)制造強(qiáng)大的吸力將灰塵吸入灰塵存儲箱中。
[0010]在清掃吸塵之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在地面上的細(xì)小灰塵。輪子電機(jī)、吸塵電機(jī)和毛刷電機(jī)使用的都是無刷直流電機(jī)。
[0011]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):該智能清潔機(jī)器人基本滿足了設(shè)計(jì)要求，以通用性和功能完備為目標(biāo)使機(jī)器人具備了智能清潔的能力，能夠進(jìn)行實(shí)際工作。
【附圖說明】
[0012]通過結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)解釋和說明。
[0013]附圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]附圖2為機(jī)器人系統(tǒng)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出一種智能清潔機(jī)器人，該機(jī)器人包括主控制部分、執(zhí)行電機(jī)部分、傳感器部分、輸入輸出部分和電源部分，所述的主控制部分使用單片機(jī)AT89C51控制，包括紅外遙控接收模塊，對輸入輸出器件的操作、對執(zhí)行電機(jī)的控制、以及對傳感器的響應(yīng)等;所述的執(zhí)行電機(jī)部分是吸塵機(jī)器人的主要構(gòu)成部分，包括行走驅(qū)動子系統(tǒng)和吸塵子系統(tǒng);所述的傳感器部分即檢測子系統(tǒng)，主要為了保障機(jī)器人能夠安全地工作;所述的輸入輸出部分包括遙控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互的功能;所述的電源部分采用可充電的12伏鋰電池。所述的電源部分采用可充電的12伏鋰電池。
[0016]所述的行走驅(qū)動子系統(tǒng)采用輪式結(jié)構(gòu)，圓形殼體，底盤為三輪電動小車，前面兩輪由兩個電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，后輪為萬向輪。
[0017]所述的吸塵子系統(tǒng)用電機(jī)帶動清掃刷的轉(zhuǎn)動，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風(fēng)口處，由吸塵機(jī)構(gòu)制造強(qiáng)大的吸力將灰塵吸入灰塵存儲箱中。
[0018]在清掃吸塵之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在地面上的細(xì)小灰塵。輪子電機(jī)、吸塵電機(jī)和毛刷電機(jī)使用的都是無刷直流電機(jī)。
[0019]其中，如圖1所示，單片機(jī)AT89C51與其它各部分電路的關(guān)系為:通過紅外接收模塊接收來自遙控器的命令;通過各個傳感器接收外部環(huán)境的狀態(tài)信息;通過2路PWM信號給電機(jī)提供電壓，控制輪子的速度和方向；由I/O口信號控制三極管進(jìn)而控制繼電器驅(qū)動清掃、吸塵電機(jī);通過捕獲2個電機(jī)編碼器信號檢測輪速;通過多個I/O口控制LCD;利用串口變并口芯片控制多個L ED指示燈和按鍵等。
[0020]機(jī)器人的行進(jìn)電機(jī)由驅(qū)動電路放大后驅(qū)動，考慮到電壓、電流等因素，采用了L298N來驅(qū)動電機(jī)。L298N是恒壓恒流雙Η橋集成電機(jī)芯片，可同時控制2個電機(jī)，且輸出電流可達(dá)到2Α。清掃和吸塵電機(jī)都是由繼電器驅(qū)動的，AT89C51的I/O 口只需要給一個信號，由三極管做開關(guān)驅(qū)動繼電器，線圈通電，常開端口閉合，就可以驅(qū)動電機(jī)。傳感器模塊采用八個超聲波傳感器，分別由兩個Τ6114模塊帶動，每個模塊集成了 4個通道的超聲波檢測部分，可同時用作4個超聲波開關(guān)使用。每一個超聲波探測通道都有獨(dú)立的狀態(tài)輸出。模塊(1)的四個傳感器分別為左、左前、右、右前方向障礙檢測傳感器，接到4189051單片機(jī)的？2.0，？2.1，Ρ2.2，Ρ2.3引腳。模塊(2 )的1，2號探頭的輸出輸入給二輸入與門，與門的輸出端接到AT89C51的外部中斷請求IN ΤΙ (P3.3)。這兩組探頭并排安裝在機(jī)器人的前方，只要其中的一路開關(guān)檢測到障礙，就會觸發(fā)AT89C51的外部中斷，機(jī)器人停止后，根據(jù)模塊(1)的四組傳感器的檢測值，判斷障礙物的位置，采取相應(yīng)的避障措施。模塊(2)的3、4號探頭的輸出接到AT89C51單片機(jī)的P2.4，P2.5引腳，用作光電編碼器計(jì)數(shù)開始和結(jié)束的判斷依據(jù)。本使用新型中機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遍歷無障礙的區(qū)域，要求機(jī)器人在繞開障礙物以后要回到原來的行進(jìn)路線上去。為實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，需要記錄下機(jī)器人在繞障過程中偏離原來路線的路程，利用光電編碼器來實(shí)現(xiàn)這一功能。光電編碼器的輸出端接單片機(jī)的外部中斷IN ΤΟ ο
[0021]輸入輸出部分中，紅外遙控接收模塊由發(fā)射和接收2大部分組成，紅外接收芯片選用PIC-2319SCL。在遙控器上使用單片機(jī)進(jìn)行紅外功能編碼，在機(jī)器人上，由于單片機(jī)處理任務(wù)很多，因此選用專用的解碼芯片。解碼芯片采用一種用于遙控小卡車的CMOS大規(guī)模集成電路RX6B，它有七個控制鍵來控制小卡車的移動。由于編碼和解碼的振蕩頻率必須一致，頻率的大小由0SCI和0SC0之間的電阻決定。4個紅外接收管的信號通過與門與芯片的輸入端SI相連，使得解碼芯片在接收到任意方向的紅外線信號時都能正常工作。
[0022]此外，本實(shí)用新型使用6個控制按鍵，為了節(jié)約單片機(jī)的I/O口，使用矩陣的方式通過五個通用I/O腳來控制鍵盤，使用3X2的鍵盤結(jié)構(gòu)。行線均使用了鍵盤中斷模式，列線為普通I/O 口控制，因此程序的設(shè)計(jì)需要采取查詢兼中斷的方式來判斷哪個按鍵被按下。
[0023]由于外圍傳感器和接口電路數(shù)目較多，而單片機(jī)的通用I/O管腳有限，若使用并行的液晶顯示器，則無法滿足要求，同時對液晶顯示的反應(yīng)速度沒有嚴(yán)格的要求，故考慮更換串tx的液晶顯不器。
[0024]如圖2所示，為機(jī)器人系統(tǒng)的工作流程圖，主程序任務(wù)是完成系統(tǒng)的初始化。當(dāng)前方?jīng)]有障礙物時，機(jī)器人按照設(shè)定的路徑前進(jìn)。本研究的路徑覆蓋算法基于靜態(tài)結(jié)構(gòu)化環(huán)境模型，在障礙物信息預(yù)先給定的情況下，采用沿邊走的路徑規(guī)劃算法，即讓機(jī)器人沿著墻邊或障礙物的邊界移動，進(jìn)行內(nèi)螺旋式“回”字型路徑規(guī)劃。
[0025]當(dāng)前方檢測到障礙時，觸發(fā)外部中斷INT1，進(jìn)入避障中斷服務(wù)子程序。避障中斷服務(wù)子程序主要完成的任務(wù)是:當(dāng)機(jī)器人前方檢測到障礙時，機(jī)器人先停止，然后根據(jù)左、左前、右、右前方的傳感器檢測信號來判斷障礙的位置情況，通過改變電機(jī)驅(qū)動器的輸人信號，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向，使左右驅(qū)動輪電機(jī)產(chǎn)生差速，從而達(dá)到等轉(zhuǎn)彎、避障的目的。其他功能部分保證了機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的功能，包括對時、實(shí)時顯示時鐘、紅外遙控創(chuàng)建地圖、安全檢測路徑覆蓋算法以及遙控召回等。
[0026]上面已經(jīng)參照附圖詳細(xì)說明了本實(shí)用新型的實(shí)施例，但僅僅是對本實(shí)用新型的示意性說明而非限制本實(shí)用新型。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了上述說明后可對本實(shí)用新型做出修改和變化，這種修改和變化也落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能清潔機(jī)器人，其特征在于:該機(jī)器人包括主控制部分、執(zhí)行電機(jī)部分、傳感器部分、輸入輸出部分和電源部分，所述的主控制部分使用單片機(jī)AT89C51控制，包括紅外遙控接收模塊，對輸入輸出器件的操作、對執(zhí)行電機(jī)的控制、以及對傳感器的響應(yīng);所述的執(zhí)行電機(jī)部分是吸塵機(jī)器人的主要構(gòu)成部分，包括行走驅(qū)動子系統(tǒng)和吸塵子系統(tǒng)；所述的傳感器部分即檢測子系統(tǒng)，主要為了保障機(jī)器人能夠安全地工作;所述的輸入輸出部分包括遙控子系統(tǒng)和顯示子系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互的功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能清潔機(jī)器人，其特征在于:所述的電源部分采用可充電的12伏鋰電池。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能清潔機(jī)器人，其特征在于:所述的行走驅(qū)動子系統(tǒng)采用輪式結(jié)構(gòu)，圓形殼體，底盤為三輪電動小車，前面兩輪由兩個電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，后輪為萬向輪。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能清潔機(jī)器人，其特征在于:所述的吸塵子系統(tǒng)用電機(jī)帶動清掃刷的轉(zhuǎn)動，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風(fēng)口處，由吸塵機(jī)構(gòu)制造強(qiáng)大的吸力將灰塵吸入灰塵存儲箱中。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種智能清潔機(jī)器人，該系統(tǒng)包括主控模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及傳感器模塊等幾個子系統(tǒng)，以通用性和功能完備為目標(biāo)使機(jī)器人具備了智能清潔的能力。
【IPC分類】A47L11/206, A47L11/40
【公開號】CN205126119
【申請?zhí)枴緾N201520936759
【發(fā)明人】朱珊虹
【申請人】新鄉(xiāng)學(xué)院
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年11月23日