智能清掃機器人設計技術探討

【摘要】：隨著我國的科學技術得到了迅速提高，在智能機器人的研制設計方面也有著很大進步。進入到新的世紀，機器人技術也在這一發展過程中也愈來愈重要。機器人設計研發中，將其和人們的實際生活現結合，就能便捷人們的生活。智能清掃機器人的設計就是對人們的實際生活有著幫助的設計。本文主要就智能清掃機器人的發展現狀以及整體設計加以闡述，然后結合實際對智能清掃機器人的傳感器系統設計以及控制系統設計和電源系統設計進行詳細探究，希望能通過此次研究分析，能有助于實際智能清掃機器人的設計科學性。

【關鍵詞】：智能機器人；清掃機器人；設計

0.引言

智能清掃機器人的設計需要對多方面進行考慮，對機器人的軟件以及硬件系統的設計都要能和實際相結合。我國在智能清掃機器人的設計方面，有了很大進步，已經有的在實際中得到了大量應用，對人們的生活提供了很大方便。在新的技術優化下，智能清掃機器人的設計也要進一步優化，通過從理論層面對智能清掃機器人的設計研究詳細探究，就能從理論上為實際機器人的設計提供理論依據。

1.智能清掃機器人的發展現狀以及整體設計分析

1.1智能清掃機器人的發展現狀分析

隨著國家的科學技術進一步提高，對機器人的研發設計也有著要求上的提高。作為對國家科技創新水平衡量的重要標志，機器人的生產制造發展就成為一個重要的內容。一些主要的經濟體也都將機器人的發展作為重要的發展戰略。我國的機器人研究發展的時間相對比較晚，在上世紀八十年代才開始對機器人研究。但是在短短的時間內，我國在這一方面的發展速度比較快，在863計劃的推動下，對機器人的發展就起到了促進。到了九十年代的時候，有著自主知識產權的機器人生產產品相繼問世[1]。到了2010年的時候，我國的機器人裝機容量已經有了很大程度的發展。國家在機器人的發展過程中也有了很大程度支持，在我國的機器人發展勢頭比較良好。機器人中的智能清掃機器人是比較特殊的一款，其主要是幫助人們勞動而設計的，在這一類型的機器人發展過程中，隨著技術水平的提高，清掃機器人的功能也愈來愈多樣化。

1.2智能清掃機器人的整體設計分析

智能清掃機器人的設計中，要注重在整體設計上進行完善化，智能清掃機器人的室內環境下運動能實現清掃以及避障等功能，在對自身的系統部件利用下進行有效的控制調節。機器人時間記錄功能在定時清掃以及對清掃后的自動回到起始點的目標能加以實現，在將自身的感知功能以及控制功能的結合下，就能對路徑規劃以及避障功能得以有效實現，在功能上也在隨著技術的進步不斷完善。

智能清掃機器人的整體設計中會涉及到諸多的系統，其中清掃吸塵系統和避障系統等都是比較重要的應用系統。智能清掃機器人中的清掃吸塵系統也是比較重要的系統，實際工作中是通過清掃滾刷以及吸盤結合方式進行實施全面性的清掃，這樣就能將垃圾收集到固定垃圾箱中。吸塵裝置方面有著很大的吸力，從而就能將垃圾以及灰塵等吸收到垃圾箱中。還有簾網，這是在集塵箱中后部的部件，是通過O型軟膠鏈懸置排列形成的。其主要就是將體積大的輕質垃圾擋在集塵箱的前部，起到垃圾過濾的作用[2]。系統中的單片機部件也是比較重要的，這是機器人系統的核心，其中諸多的功能都是通過這一系統來完成的（如下圖所示）。

智能清掃機器人總體設計

2.智能清掃機器人的主要技術及軟件系統設計

2.1智能清掃機器人的主要技術

智能清掃機器人設計中有著諸多的應用技術，其中的傳感器技術是比較重要的。為能使得清掃機器人將清掃任務能有效的完成以及獲得自身的狀態，對周圍環境進行有效感知，就要對傳感器技術加以應用。傳感器在近些年的發展比較迅速，視覺傳感器以及激光測距傳感器等，都是在當前比較常用的傳感器技術。在人們的傳感器技術研究中，對多個傳感器的信息綜合應用，將多傳感器信息融合下設計的傳感器技術，對實際的應用需求就能得到有效滿足[3]。

智能清掃機器人的設計過程中，定位技術是比較關鍵的。機器人定位所用傳感器不同就能將對定位技術進行分類，有相對和絕對定位。其中的相對定位有慣導法以及測距法，前者主要是通過陀螺儀和加速度計傳感器，結合測量值積分對位置偏移量進行測量；后者則是通過編碼器等傳感器的應用，結合采樣時間內位移增量推算出位置。

2.2智能清掃機器人系統設計

智能清掃機器人的系統設計過程中，在硬件電路設計方面，主要就是結合全覆蓋路徑的要求進行的設計。在設計中將超聲波傳感器以及紅外光電傳感器和電子羅盤等作為信號的輸入部分，這樣就能為清掃機器人提供環境信息。在控制系統的主要芯片通過八位單片機加以應用就比較可靠，在內部的資源上也比較豐富化。在電機驅動模塊的設計中，通過對L293D作為電機驅動芯片，芯片內部集成兩個雙極型H橋電路，就能對兩個電機進行有效控制。

系統設計過程中的移動系統設計是一個重點。移動系統是通過兩個步進電機以及驅動輪和一個萬向輪所構成的，能對多路面適應。在兩步進電機的齒輪傳動對左右兩邊驅動輪進行帶動。在步進機的應用下，就能對輸入脈沖頻率的改變來對轉速進行有效調整。為能對機器人的性能得以有效滿足，在結構上保持穩定性，就要在底盤部位通過鋁合金框架加以應用，這樣能大大減輕重量[4]。

智能清掃機器人系統設計中的信號采集模塊設計環節，在實施室內清掃工作的時候，要對自己的位置加以明確化，對環境障礙物進行識別。在紅外光電傳感器應用下，就能感知周圍障礙物，通傳感器發光二極管發出光被障礙物反射，這樣接收端就會接收到反射信號輸出高電平。由于紅外光電傳感器在感應的距離上有限，通過超聲波測距模塊加以輔助就能提高感應能力。

在對智能清掃機器人的設計過程中，在電機控制程序的設計以及軟件開發環境方面要注重用。 ICCAVR 對創建好的工程進行編譯，若無錯誤，會直接生成。另外在對編碼器程序設計方面，編碼器返回的脈沖數目通過外部中斷來實現，初始化 EIMSK 寄存器，中斷使能，設置 EICRB 寄存器設置中斷觸發方式。在系統設計中從多方面進行考慮，將系統設計能完善化體現。

3.結語

總而言之，智能清掃機器人的系統設計過程中，要注重實際的需求，在功能上多樣化呈現。智能清掃機器人能實現自動化的作業，對人們的勞動負荷能大大減小，通過此次的研究分析，希望能有助于機器人的設計完善性。

參考文獻：

[1]劉天釗. 基于單片機智能機器人的設計[J]. 科技信息. 2014（36）

[2]任亞楠，賈瑞清，何金田，劉曉萍，李帥. 基于超聲波傳感器的移動機器人避障系統研究[J]. 中國測試. 2015（03）

[3]徐美清，孫晨亮. 基于柵格地圖的遺傳算法路徑規劃[J]. 科技信息. 2015（31）

[4]崔壯平，朱世強.一種基于吸塵機器人的新超聲波測距系統[J]. 傳感器與微系統. 2016（10）