清洁机器人范文（精选7篇）
清洁机器人 第1篇
垂直攀爬清洁机器人项目编号为201410060040的设计要点在于它的爬行结构,它的爬行路线是由使用者自己决定的。因为这种机器人是在竖直平面上爬行,所以它的重量一定要尽可能的轻,否则吸力小于重力使机器人坠落。当设计垂直攀爬清洁机器人时既要达到要求又要使系统结构简单,尽量精简所需的元器件,让整个机器人显得灵巧。这样也能保证操作方便。采用亚克板作为底盘装载其他元器件,并且其他部分需要固定在亚克板上,这样当垂直攀爬机器人在竖直平面上行走时才不会散落。垂直攀爬清洁机器人的行走结构由吸盘充当。吸附方式采用吸盘真空吸附,在光滑的平面上这种方式最为安全可靠。整个亚克板底盘为边长35厘米的正方形,在正方形中间有一个直径为10厘米的圆形孔,整个底盘上还有四个长为15厘米的长方形孔条,这是整个机器人可行动的轨道,这个长方形轨道的宽比吸盘上面的主轴直径大0.5厘米。之所以有四个轨道是因为这样可以使机器人上下左右自由爬行。
2 吸附结构设计
我们用真空泵来抽吸盘内腔中的空气。在气泵抽气口处因为有外界大气压的作用,将气体挤入或放出气泵内。真空泵操作安装时简单方便,使用寿命长,体积小。选用美国HTC公司的D87-23-01的真空泵,它集无刷电机和驱动器于一体,整个气泵小巧,重量也是在可以接受的范围内。
真空吸盘座穿过底盘,吸盘留在底盘下面撑起底盘,真空吸盘座上的进出气口通过PU管和电磁阀与气泵相连接构成吸附件。吸盘的位置在底盘上的轨道内移动,吸盘座上的主轴卡在轨道内,再由螺母扣紧,螺母在底盘上部,这样就达到了真空吸盘与底盘的结合。真空泵将吸盘中的空气抽干,吸盘内腔呈真空状态,这样使垂直攀爬机器人紧紧地吸附在墙壁上。电磁阀相当于一个开关的作用可以将两个连接在气泵同一个抽气孔分开。经过多次试验发现,垂直攀爬机器人能否安全地贴在墙壁上与吸盘的布局有一定的关系。如果是四个吸盘的话,他们的位置要是对称的才好。当垂直攀爬机器人准备移动时,四个吸盘都吸附在墙壁上,舵机转动角度为0度。向上移动时四个舵机转动45度,撑起底盘,左右两个吸盘松开墙壁并进行移动。移动完成后再次吸附住墙壁,四个吸盘全部吸附好后,驱动步进电机左右连个移动结构再次启动,因为吸盘都吸附住不能动,这次就是机器人整体移动。当垂直攀爬机器人向左或向右移动时,原理相同,只是不同的吸盘移动。机器人就是这样自由移动的。
3 硬件设计
本设计的移动结构最重要的一个元件就是电机。在垂直攀爬机器人的设计中,我们选用步进电机。步进电机可以把脉冲变量转换成角变量的电气机械。因此一定要用脉冲控制步进电机。步进电机的主要优点有电源一定要带脉冲才能启动步进电机;还有就是步进电机和驱动控制器组成的开环控制系统,方便容易,调速与性能良好,动态响应快,自启动能力强。
检测垂直攀爬机器人是否到达指定地点的方法就是用超声波传感器测距。原理就是首先超声波传感器发射一缕高频声波,一碰到墙壁时高频音波会被反弹回来并被接收到,再通过把声波去回所用的总时间乘以超声波传播的速度就可以获得墙壁相对于物体的距离。超声波对固体和液体的穿透力很大,可以穿过很深深度。这种传感器本身测量准确、无接触、放水、防腐蚀、成本少等特点。
在机器人的运动中,要要监控它的速度变化。加速度传感器有两种一个是线加速度传感器另一种是角加速度传感器,机器人的运动是直线的,所以我们计算线加速度。直线运动也可以通过公式转换程旋转速度间接测量。旋转式加速度传感器与机器人直接接触,当机器人运动时会产生摩擦力,就会带动传感器的滚轮转动,在滚轮上的脉冲装置,发出一簇的脉冲每个脉冲代表着一定的间隔,这样就能测出加速度。加速度传感器还可以让我们了解机器人它是在加速度向上还是匀速向下或者是否停下来。
按键和显示屏是单片机应用系统中实现人机对话的一种基本形式,两种接口设计会影响到人机接口。在垂直攀爬机器人的设计中,人机接口是重要的一环。显示频可以显示机器人现在的电量、速度和路程;按键可以控制机器人开始运动以及其他功能开始工作。在对一个系统进行各种操作时,人与机器的对话是非常重要的,人机接口界面可以实现人与机器之间的交流。通过按键将所需要信号与信息输入给系统,想的结果在显示屏上显示出来,这样就完成了人与机器的交流的目的。
摘要：垂直攀爬清洁机器人是行走在光滑墙壁或者玻璃上的一种机器人。本设计是基于普通机器人的基础上研究出的一种在竖直平面上行走并且作业的机器人。本设计由单片机控制行走及作业,将编好的程序提前输入单片机中,这样可以实现无人操作。本设计由吸盘作为机器人的四肢行走,吸盘主轴连接步进电机,主体连接气泵,气泵抽气放气完成吸盘的吸附或行走。它可以应用家庭中做家务或者企业大厦的物业打扫中。现在市场上已有这类产品胡生产,但并不完善。垂直攀爬机器人的研究涉及到控制、传感、避障等。此外,还涉及将机械结构优化到最节省空间的诸多知识。
关键词：垂直攀爬,步进电机,气泵,吸盘
参考文献
[1]张越.国内外壁面移动式机器人的发展概况[J].唐山工程技术学院学报,1994(01).
[2]刘淑霞.壁面清洗机器人控制技术的研究[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2004.
清洁机器人作文 第2篇
因为现在的世界越来越脏乱，所以我想要发明一个清洁机器人。我想发明的清洁机器人是用太能电池的，用完以后只要把它放到有光的地方，他便开始充电；我想发明的机器人是圆头圆脑的，脑袋上的红灯“扑通扑通”地闪烁着，真像一颗闪闪发亮的星星。
你别看清洁机器人虎头虎脑的，像一个什么都不知道的笨小孩儿。其实，它的功能可多了！它能扫地、拖地，还 能将湿漉漉的地板烘干。有时，顽皮的它会把饮料瓶吃到肚子里，饮料瓶在清洁机器人的肚子里被对半切开，扎上几个小洞。就成了一个实用的花盆。
清洁机器人干起家务活来可麻利了，把它放到地面上，按下开关，它便开始懂了起来。它一会儿到这儿，一会儿到那儿，真是有趣极了。突然，清洁机器人改变了方向，以飞快地速度冲向一面墙。我心里忐忑不安，机器人，你千万不要撞上呀！若是你不停下来，肯定要粉身碎骨了。就在快要撞上的那一刻，机器人突然停住了，一转头就到别的地方扫地去了。原来机器人脑袋上的星星是红外线扫描系统。一旦离电器、家具或墙太近，它感应到后马上便会马上转身，接着继续工作。清洁机器人来到了卧室的大床边上。大床下很脏，清洁机器人却进不去。这是清洁机器人便会把“肚皮”打开，靠在床边，开足马力狂吸一通，直到床底下没有什么灰尘之后才会离开。拖地时，清洁机器人先用含有少量清洁剂的水变成水雾均匀地洒在地板上，然后再将一块块地板烘干。烘干后，地板焕然一新。清洁机器人十分方便，顽皮时的清洁机器人还 会废物利用，环保又有趣。
一款高效的家用清洁机器人设计研究 第3篇
关键词：智能家居产品；空气净化；扫地；改良创新设计
0引言
由于人们对于生活品质的逐渐提高和科技的发展，满足人们各种需求的智能产品应运而生，而与生活息息相关的应该就是智能家居产品了，在众多的智能家居产品中，扫地机器人和空气净化器毫无疑问是令人印象深刻的，两者分别解决了生活中非常棘手的卫生、健康问题，它们在一定程度上完好的履行了自己的职责，但世上没有完美的产品，通过解构、重组它们的功能、结构、使用方式等，会让人惊喜的发现，它们还有更好的能力表现。
1研究意义
目前，人们的生活节奏正处于一个加快的趋势，并且社会和城市化还处于发展阶段，人们越来越忙于工作将会是一个普遍的社会现象，而随着社会财富的上升，人们对于生活品质的追求特别是健康上的需求将会达到一个空前的高度，但是雾霾频发，空气污染严重且治理起来复杂、困难等现实告诉我们未来不短的时间内空气质量是你我生活中关注的重点；另一方面，对于如何减轻辛苦工作带来的精力上负担也会是产品设计的关注点，而营造一个干净整洁的家无疑是一个优秀的解决思路，因此扫地机器人也是一个发展潜力巨大的产品。
2用户需求研究
通过研究发现，绝大多数空气净化器以风扇驱动空气经过过滤网为原理净化空气，良好的风扇、风道设计会减少噪音的产生，但是为了提高产品净化空气的效率，增加风扇的转速是最简便的方法，而在这种情况下产生的较大噪音会给予用户较差的体验；并且大多数空气净化器为定点工作，因此净化面积固定，但是不同用户对于净化面积的需求不同，一款空气净化器难以满足多种用户，适用性低。
3解决思路
整合扫地机器人的风道结构，当扫地机器人内部的风机把空气吸入、排出后，通过导气管把排出的空气输送至空气净化模块，接着排出进入空气净化系统中的过滤网，达到净化空气效果。但是这种情况下风量较少，净化效果较差，因此空气净化模块上部设计一个管状圆环，将导气管与管状圆环连通，该管状圆环的中央靠内侧开有一条细缝，当空气从导气管进入管状圆环后，使得空气从管状圆环内侧的细缝中排出后形成康达效应，带动该产品上方大量待净化空气流过过滤网，运用这种原理，气流会较平稳、安静，并且空气流量将会增加到狭缝中排出气体的35倍[1]，这样就极大的提高了空气净化的效率，同时又由于风机位于扫地机器人内部，噪音难以传播开来，因此达到了降低噪音的目的；又因整合了扫地机器人，因此使用其驱动功能，产品将能识别障碍，可进入不同的工作空间，达到提高净化效率和面积的目的[2]；并且通过在扫地模块、空气净化模块与充电模块之间增加电磁铁吸附结构，可实现应对用户不同需求的不同功能形态的转变且节约能源和成本。
4设计内容
4.1扫地模块设计
为了尽量压缩体积，通过改良设计，合理的调整了扫地模块的内部结构，把内部的风机和排气孔前移，在兼顾美观的同时让空气净化模块能更好的配合在一起，同时没有过多的增加其高度。并在外壳与空气净化模块接触部位的内面设计有两个电磁铁，用于带动空气净化模块工作时吸附住空气净化模块。
4.2空气净化模块设计
空气净化模块不需要动力部件，其外形为一个圆柱腔体，腔体上部设计有防坠物盖子，腔体内部中央放置空气过滤网，外壳周围分部有许多排气孔和两个楔形凹槽，凹槽内面嵌有吸附铁块，整个结构用于被吸附悬挂在充电模块上，吸附铁块还存在于模块底部与扫地模块电磁铁对应位置，最重要的一个结构位于模块上部的圆环结构，这个圆环以一个紧靠模块内测的导气管连接至模块下部的开孔，开孔对应扫地模块的排气孔。
4.3充电模块设计
充电模块也是改良设计，增加了用于吸附悬挂空气净化模块的结构，其余主要结构为底座，底座上有充电弹片和距离传感器，用于引导机器人充电，悬挂结构上对应空气净化模块吸附凹槽位置为凸起结构，结构内面设计有电磁铁。
4.4使用方式
4.4.1操作
产品通过无线通讯手段与手机连接，使用专门设计的APP操作，通过控制功能模块的开闭，使产品具有只扫地、只空气净化及扫地加空气净化三种功能形态。当切换不同形态和需充电时，产品会自动寻路返回充电模块，扫地模块外壳上设计有提示灯用于显示工作状态以及剩余电量。
4.4.2安装
1.把充电模块靠墙放置，连接电源；2.在充电模块上放置扫地模块，使扫地模块的充电触点与充电模块的充电弹片接触进行充电；3.放置空气净化模块于扫地模块上，并配合好空气净化模块的悬挂凹槽和充电模块上的电磁铁突起。
5产品的改良和创新点
（1）提供了一个全新的思路改善空气净化的噪音问题；
（2）让空气净化动起来，提高净化效率和面积；
（3）当用户提出不同需求时，通过吸附与分离，能够形成不同的功能形态来满足，节约了能源和成本；
（4）操作界面可视化，交互人性化、情感化。
6结语
毫无疑问，智能家居产品会走入我们的生活，但现在这个行业还缺乏许多标准，标准是阻碍智能家居产品发展的一个重要因素，因为智能家居产品应以形成智能家居为目的而设计，而不同产商设计的产品如何在这个智能家居系统中使用而不形成干扰呢？不同产品由于“语言不通”，当它们在运作中“相遇”肯定发生一些设计人员难以预料的问题，最明显的就是由于使用界面不同，用户在使用这些产品时肯定会增加时间和精力成本，这不符合设计原则，从这个结论来看，或许如本文中所探讨的设计会是一个思路。
参考文献：
[1]王旱祥等.无叶风扇环绕出口分析与优化[J].流体机械，2013，41（5）：19-21
清洁机器人路径规划算法研究综述 第4篇
智能清洁机器人是家用服务机器人的一种, 具有扫地省时、省力, 功能多样化, 轻便小巧等特点, 可大大减轻人的劳动负担, 正成为机器人研究的热点, 它具有较多的科研价值和广阔的市场前景[1]。智能清洁机器人是一个庞大的系统, 包括移动系统、清扫洗尘系统、避障系统和垃圾压缩系统[2]。它拥有强大的多重感应装置和处理芯片, 能够自动辨别目标环境是否干净, 自动躲避障碍物, 并根据实际情况采用不同的清洁策略, 以保证完成清洁任务。据有关资料显示, 2011~2012年世界智能清洁机器人取得了很多新进展, 例如美国研制出受伤后可自行调整的机器人、英国设计出吃苍蝇老鼠的机器人家具、法国研发出“儿童机器人”、欧洲研发出的超级机器人能预知人类意图、韩国推出手机遥控清洁机器人等, 可以说, 世界智能清洁机器人行业发展迅速。
机器人技术是现代科学与技术的交叉和综合的表现, 虽然机器人功能多种多样, 但是核心技术是互通的, 即移动系统中的路径规划算法。如何快速寻找到一条覆盖率高、重复率低等特点的路径, 提高清洁机器人工作效益, 成为了路径规划的研究热点。
本研究首先介绍路径规划方法的基本概念, 然后分析各种算法的基本特点并阐释了它们的优、缺点, 最后对该领域未来研究方向进行展望, 为研究清洁机器人路径规划算法提供一个系统的参考。
1 路径规划方法介绍
清洁机器人的路径规划是机器人学的一个基本而又复杂的问题, 是指机器人根据所感知的环境信息, 按照某种优化指标在起始点和目标点之间规划出一条与环境障碍无碰撞并实现全区域覆盖的路径[3]。从定义中可得, 清洁机器人路径规划需要解决3个问题: (1) 需完成全区域覆盖的清扫任务; (2) 机器人能根据一定的算法避障; (3) 在众多路径中寻找最优。
由于清洁机器人的路径规划属于全覆盖寻优, 基于这个特殊要求, 从而提出路径规划的目标是在封闭区域内实现机器人的移动路径对工作区域 (该文所讨论的是指室内环境) 的最大覆盖率和最小重复率。覆盖率和重复率是清洁机器人路径规划最主要的两个评估标准, 除了这两个参数当然还有机器人的能量消耗、未覆盖率、清洁剂消耗量等参数。清洁机器人的全区域覆盖路径规划可以分为无环境模型全区域覆盖、基于环境模型全区域覆盖以及混合方法。
2 无环境模型的路径规划
无环境模型的路径规划分为随机全区域覆盖和规划式全区域覆盖路径规划, 规划式全区域覆盖路径规划方法无需建立环境模型, 实际应用很多而且技术成熟, 一般包括往返式“梳”字型路径规划和内螺旋式“回”字型路径规划[4]。往返式路径规划如图1所示, 往返式路径规划的清扫规则为:首先, 将清洁机器人放置在室内的某一角落;然后, 沿某一方向行进;遇到障碍物后采取避障策略, 碰到墙壁则移一个车身转弯掉头继续行进, 如此来回运动以达到遍历整个环境。
文献[5]实现了在避障策略下基于往返式的全区域覆盖路径规划, 并用先绕行环境一周, 接着以环境的最小跨度为行走方向的改进方法, 这样可以降低能量消耗。
内螺旋路径规划即让机器人沿着墙壁的边界移动, 遇到障碍物则沿边移动或采取避障策略, 进行“回”字型移动, 最后到达环境的中心点, 但是相比于“梳”字型路径, “回”字型路径存在一个难题, 由于没有明显的转折点, 必须给机器人一个标志, 让它知道何时进入下个内圈行进。无环境模型的路径规划由于在实际应用中设计简单、控制方便, 在简单的清扫环境下, 采取该方法能取得高效的回报。
3 基于环境模型的路径规划
要让清洁机器人达到高质量的遍历环境效果, 必须建立环境模型, 而创建环境地图是建立环境模型最常用且有效的方法。目前所用到的地图模型大致可以分为栅格地图、可视图、拓扑地图等, 然后在地图的基础上运用图的遍历技术或者启发式搜索算法获得最优路径[6]。
3.1 栅格地图
栅格法是运用最多的构建环境地图方法, 即把整个待覆盖区域平面划分成很多小方格, 然后定义几种标记, 分别为未覆盖区域、已覆盖区域、障碍物区域等, 并给每个小方格标上一种标记, 通过这种对环境的离散化处理, 可以将抽象的环境信息转为具体的数值。这种建立环境模型的方法简单, 易于实现, 但是如果要达到精确的环境地图或者遇到复杂的环境必须消耗大量的存储空间, 而且也会降低搜索效率。基于栅格地图的路径规划方法被广泛地研究, 包括通过改进栅格的研究和优化搜索算法的研究。
3.1.1 四叉树分解法
四叉树分解法是对栅格地图的一种改进, 研究者利用四叉树对环境信息建模, 可以高效地对环境信息进行压缩, 使遍历区域更加清晰, 降低路径规划问题的规模, 提高了搜索效率。建立四叉树环境模型, 一般有以下步骤: (1) 将整个环境区域看作是一个根节点; (2) 树中每个节点拥有以下状态之一:障碍节点、自由节点、混合节点, 其中混合节点包含障碍空间和自由空间; (3) 将混合节点进行横竖分解, 直到每个子节点状态变成障碍节点或者自由节点, 环境分割及其编码如图2所示, 环境空间被有效地分割, 图中的灰色区域为障碍空间, 白色区域为自由空间; (4) 将这些节点进行编码以方便处理, 四叉树环境模型如图3所示, 利用四叉树来表示区域划分后的结果。
众所周知, 树这种数据结构具有快速查找、删除、添加节点等优点, 所以如果环境中的某区域有所变化时, 环境模型也极易被修改和更新快。建立了四叉树环境模型后, 只要运用树的遍历算法对自由空间进行搜索, 就能进行全区域覆盖了, 文献[7]利用改进的蚁群算法在四叉树环境地图中进行路径规划。虽然四叉树环境模型对栅格地图进行了优化, 大大简化了数据的存储量, 但是也存在着缺陷, 如在要求精确的环境信息时, 栅格必须一直划分下去, 造成树的深度加大。
3.1.2 区域分解法
区域分解法也是对栅格地图的一种改进, 即对已经构建好的栅格地图再次区域分割, 把整个待覆盖区域分割成若干个无障碍物区域的集合, 接着以这些无障碍物区域的中心建立连通图, 然后确定小区域的遍历顺序, 最后清洁机器人依据顺序完成清洁任务。用这种方法构建的环境地图清晰明确, 环境模型中只有障碍物区域和自由区域, 清洁机器人只需要进行小区域的覆盖, 而无需盲目地探索环境。
此外, 该方法还需解决区域遍历顺序问题, 区域分解法所建立的连通图有点类似著名的旅行商问题, 而目前遗传算法、蚁群算法等都可以很好地解决旅行商问题, 所以衔接顺序也就能解了。文献[8]就是采用区域分解法建立环境模型, 图的搜索方法确定遍历顺序, 然后运用内螺旋式行走方法在小区域中遍历。但是, 当遇到多障碍物环境时, 以障碍物为中心划分环境的方法, 会使环境模型中的区域增多, 这会消耗大量CPU时间去处理遍历顺序问题。
3.1.3 全局规划法
神经网络、遗传算法、A*算法等算法由于能够很好地用于求得问题空间的全局最优解, 很多研究人员在这类算法的基础上进行全区域覆盖算法的研究。文献[9]提出的算法在未知环境中能规划出被机器人执行的路径, 并且根据障碍物的信息重新规划路径, 在动态中引导机器人移动。文献[10]是在构建的栅格地图下, 运用遗传算法搜索策略在起点与目标点之间寻求最优路径, 机器人只需在这两点之间的不同路线上进行来回清扫就能达到全区域覆盖的要求。全局路径规划法如图4所示, 栅格地图下的全局规划法能完成全区域覆盖任务。
在这个算法中, 栅格主要有两个作用: (1) 标记环境清扫的状态; (2) 方便遗传算法的编码。缺点在于只进行一次遗传算法计算无法遍历整个环境, 往往需要进行多次运算, 这样造成计算量大。
3.2 可视图
可视图法就是在构建地图时, 首先, 将清洁机器人视为一点, 而环境中的障碍物用多边形表示;然后, 将多边形的顶点与起点、目标点相连接, 形成全区域连通图如图5所示;最后, 依据启发式搜索算法, 寻找到一条最优的全区域覆盖路径。
该方法的缺点是:在确定性已知的清扫环境中实现容易, 但是在未知环境里, 必须通过传感器采集到的信息对障碍物进行分析处理, 对传感器系统和图像处理要求较高, 这实现起来困难;其次, 是在复杂的障碍物环境中, 构成的连通图也相当繁琐, 导致搜索算法实现起来不易;最后, 如果在清扫区域内环境一旦有所变化, 那么地图必须重新构建, 更新过程复杂且慢。
切线图法是对可视图法的一种改进, 障碍物并不是以它们的形状多边形进行表示, 而是用障碍物的切线表示弧。该方法的缺点是:虽然相对于可视图法机器人沿边移动与障碍物碰撞的几率降低, 但是可能性还是很高。
3.3 拓扑地图
拓扑法是根据环境和机器人的特点, 将空间分割为若干个拓扑特征相似的子区域, 拓扑图中的节点对应于环境中的一个特征状态或由感知决定的地点, 将这些节点依据彼此的连通性构建一个拓扑网, 只需要运用搜索算法就能寻找到一条拓扑路径, 进而反映到环境中的几何路径。在环境较为简单时, 拓扑地图是一种有效的环境建模方法, 存储量少, 可以快速实现路径规划, 把环境表示成一种较为抽象和自然的信息。在拓扑地图中, 机器人通常不需要准确的位置信息, 因此机器人的位置误差也就有了更好的鲁棒性。
该方法的不足是:拓扑地图一般难以直接获取, 对传感器系统的要求颇高, 且对相似环境的识别较为困难, 一般用于特定的环境[11]。
4 混合型方法
混合型方法结合了各种路径规划方法的优点, 在全区域覆盖方法上取长补短、从“粗”到“细”。目前, 将模糊逻辑、遗传算法、蚁群算法以及神经网络[12]等方法相结合, 组成了一些新的机器人路径规划方法, 提高了规划的效率和清扫的效果。周明等提出利用遗传算法和模拟退火算法相结合的方法来解决遗传算法的早熟现象, 克服了其局部寻优能力较差的缺点。文献[13]提出了一种改进的蚁群算法, 通过在遗传算法中加入变异因子, 解决蚁群算法在规划中容易陷入局部最优的问题。文献[14]将改进的粒子群算法和蚁群算法进行融合, 形成PAAA算法, 这种算法在路径求解性能上优于粒子群算法, 在时间效率上优于蚁群算法。文献[15]将内螺旋法、野火法以及A*算法结合, 提出了一种高效的全覆盖路径规划算法。首先以内螺旋法进行全区域覆盖, 再用野火法寻找未覆盖的区域, 接着用A*算法寻找到达未覆盖区域的最优路径, 最后完成清扫任务。这个算法的优点在于能达到比较高的清扫覆盖率, 但是同时也增加了清扫重复率。
5 结束语
本研究分析了近几年来清洁机器人的全区域覆盖路径规划算法, 讨论了算法的两个主要方面: (1) 环境建模方法; (2) 路径搜索算法。两者互为作用, 相辅相成。但是, 许多学者研究了大量的先进理论, 却未能应用于实践, 智能机器人也正处于“低智能阶段”。而且综合上述方法的优、缺点得知, 每种方法都有其应用条件限制, 所以在实际应用中, 应结合具体的环境信息, 选择最为有效的路径规划方法。然而, 随着近几年来传感器技术和多信息融合技术的快速发展, 大大地提升了机器人的定位技术和环境建模技术, 一旦环境模型具备快速建立、快速改变等鲁棒性特点, 相信未来路径搜索算法在环境地图中的应用更加得心应手。
对此, 路径规划技术有以下几个问题需要进一步研究: (1) 在如今强大的硬件平台下, 发展技术建立精确的环境模型信息, 包括有些场合需要建立3D环境模型; (2) 通过融合2种或多种方法的策略, 设计出新的路径规划算法, 弥补自身算法的缺点, 使算法具有收敛快、应用简单等特点。
摘要：针对目前清洁机器人的清洁效率低, 同时路径规划技术在实际应用中方法简单、适应性弱, 特别是在障碍物环境下存在明显的不足等问题, 提出了路径规划的基本方法及关键过程, 保证机器人完成清洁任务, 达到自主路径规划和全区域覆盖的要求。着重分析了环境建模的不同技术, 同时讨论了在环境地图中不同的路径搜索算法, 通过对算法的覆盖率、重复率等重要性能指标进行了比较, 分析了不同算法的优、缺点及适用范围, 为算法的合理应用提供了技术参考, 最后提出了清洁机器人进一步研究的方向。研究结果表明, 根据环境的复杂程度, 需要采取不同的路径规划算法来制定控制方案, 而对多种算法进行融合技术处理则能有效地提高对不同环境的适用度以及控制系统的鲁棒性。
清洁机器人六年级作文400字 第5篇
听说过清洁机器人吗？哈哈，没有吧，没关系，让我来向你介绍一下。
清洁机器人可厉害了！如果家里很乱，而上班劳累的你又不想自己动手时，就可以让机器人来帮忙。它们会把地上的垃圾、灰尘吸进肚子里，然后一点一点倒进垃圾桶；它们会拿起玻璃刷，把玻璃刷的干干净净，就像根本就没有玻璃存在似的；它们还会整理房间，把东西按照主人的.习惯分类整理摆放好……
清洁机器人最厉害的，就是能够“检查”你的身体。你在出门之前，可以站到它的面前，它会对你进行“扫描”，找出不合格的地方。比如你的指甲太长了，它会马上拿出指甲剪帮你修理；你的纽扣没有扣好，它会帮你重新扣起来……
这些机器人这么聪明能干，看来真是人类的好帮手。可是人类还是不满意，如果没有电它们是要停止工作的，而让它呆在那儿充点太浪费时间，让它拖着长长的电线吧，又怕绊倒它自己，就更加麻烦了！
多功能清洁机器人的研究与设计 第6篇
国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要提出绿色发展,建设资源节约型、环境友好型社会等可持续发展的目标,并且伴随着知识经济时代的到来,高新技术已经成为世界各国争夺的焦点,清洁机器人技术作为高新技术的一个重要分支已普遍受到了各国政府的重视,清洁机器人可以在危险的环境下替代工人劳动,并且已在各个领域发挥不凡的作用。
现在工程中需要在高空完成一些作业,鉴于此,我们设计了一种多功能清洁机器人,替人去完成一些高空建筑物和高层玻璃的清洗等高难度、高危险的高空作业,并且也可以作为清洁工具进行使用。
2 整体设计方案
多功能清洁机器人的整体设计方案主要由扫地功能设计、垃圾收集装置、清洁装置、扫地运动机构、爬壁装置、外观设计、材料选择、环保设计、安全性设计、经济性设计等模块组成。
2.1 扫地功能设计
在多功能清洁机器人前端,设计两个转向相反的旋转扫帚,由直流减速电机驱动旋转,使两个扫帚旋转的方向相反,力求两个扫帚同时向内侧旋转,便于垃圾的收集。
2.2 垃圾收集装置
在两旋转扫帚稍微靠后的中间位置上放置垃圾收集装置,内部安置有吸尘飞机,在吸尘风机的带动下形成气压差,配合前端旋转扫帚将垃圾直接扫入垃圾收集装置中。
2.3 清洁装置
多功能清洁机器人底部安装清洁装置,该装置在垃圾收集装置处理完后自动打开开关,清洁喷头向防水地板、小区广告牌、高层建筑的外壁、高层玻璃等地方进行喷水清洗,之后再用清洁软毛刷进行清洁,达到清洁、干净的目的。
2.4 扫地运动机构
多功能清洁机器人的底板前端上设计有转向装置,后端上装有两个驱动轮,转向装置和两个驱动轮在单片机控制下由电机驱动模块独立驱动控制,以实现平稳的前进、后退以及转向等功能。
2.5 爬壁装置
多功能清洁机器人底部设计有爬壁装置,采用仿生原理机构设计,爬壁装置主要模仿壁虎爬壁的运动规律,爬壁装置上有四对强力吸盘,吸盘的运动规律主要是采用曲柄滑块机构,吸盘之间模仿壁虎爬壁的规律用皮带连接起来,四对强力吸盘根据对角线划分成两组,第一组吸盘松开后进行前进,另外一组保持吸附状态,两组之间交替前进,实现多功能清洁机器人的整体运动。吸盘的吸和放采用气囊(A、B)的收缩进行控制,气囊的收缩通过类似于圆珠笔的结构控制,使其完成周期性的收缩和舒张状态,圆珠笔机构则由凸轮的转动进行周期性的收放。
2.6 外观设计
由于多功能清洁机器人的设计主要用于清洁、干净的方面,所以必须满足美观的设计要求。本机器在完成预想功能的前提下,还将外形设计的轻巧、时尚、靓丽,用来吸引消费者的眼球。
2.7 材料选择
由于多功能清洁机器人需要在高空工作,所以材料在必须满足抗摔的强度前提下,还要保证其质量最轻化,因此材料首选为硬质塑料。本设计在有限元分析下进行,保证选择的材料的精准性,力求达到预定的安全系数。
2.8 环保设计
多功能清洁机器人的上端外壳上装有太阳能电池板,经阳光照射后产生信号传递给太阳能转化储存模块,然后太阳能转化储存模块把太阳能转换成电能储存在自身携带的蓄电池中,给多功能清洁机器人供电以实现其正常运行。平时不用的时候可以把多功能清洁机器人放在阳台上,让强烈的阳光对其照射进行充电以备下次使用,节约能源、保护环境。同时为保证其正常使用,多功能清洁机器人内部还设有外接电源,便于阴天等特殊情况下的使用。
2.9 安全性设计
本设计主要采用有限元分析,对多功能清洁机器人主要零部件进行静态和疲劳分析,力求达到预定的安全系数,保证多功能清洁机器人安全使用。
2.1 0 经济性设计
本设计改变以往一味追求结构复杂的想法,多功能清洁机器人进行反复的试验及优化设计结构,在满足预想功能的前提下,使机构组装最简洁,使用的材料最节省,以便于实现减少投资成本和节约能源消耗的最终目的。
3 主要功能及性能
本设计为一种创新、实用、节能、智能、便捷的多功能清洁机器人,其结构合理紧凑,运动灵活自如,可以进行全方位的清洗地面、小区乱贴的小广告、高楼的玻璃、高层建筑的外壁等高难度、高危险等地方的作业。多功能清洁机器人的体积设计比较轻巧,并且底部装有四对强有力的吸盘,凭借吸盘强有力的作用,可以在各种地方的表面上进行自由运动。顶部安有太阳能电池板,多功能清洁机器人不工作时候,可以把其放在强烈的太阳光下对其进行照射,经太阳能转化储存模块把太阳能转换成电能储存在自身携带的蓄电池中,给多功能清洁机器人供电以实现其正常运行。多功能清洁机器人还配有外接电源,当连续阴天时可以通过外接电源对其进行充电。底部安装清洗装置,在垃圾收集装置处理完后,进行喷水清洗,然后软毛刷进行清理,达到最终清洁的目的。
4 创新点及应用
本多功能清洁机器人可以解决日常生产生活中地面上的垃圾问题,包含扫地、拖地、擦墙壁等功能,而且解决了现在工程中高空建筑作业及高层住户窗台玻璃难于清洗的难题,对小区乱贴的小广告也可以由本多功能清洁机器人代替人力完成等创新点。同时,多功能清洁机器人利用太阳能进行充电,利用太阳能这种绿色资源,节约能源、保护环境,实现了节能、低碳、绿色的设计要求,成功完成了这一创新、实用、节能、智能、便捷的多功能清洁机器人的设计。本作品不仅减少了高难度、高危险等地方作业的伤亡率,保护了他们的人身财产安全,清洁了环境卫生问题,而且也体现了人们对智能化的追求。
摘要：本设计为一种多功能清洁机器人,其结构合理紧凑,运动灵活自如,可以进行清洗地面、小区乱贴的小广告、高楼的玻璃、高层建筑的外壁等高难度、高危险地方的作业。多功能清洁机器人的体积设计比较轻巧,并且底部装有吸盘,凭借吸盘强有力的作用,可以在各种地方的表面上自由运动。顶部安有太阳能电池板,多功能清洁机器人不工作时候,可以把其放在太阳光下照射,把太阳能转换成电能储存在自身携带的蓄电池中,为其工作时提供动力。多功能清洁机器人还配有外接电源,当连续阴天时可以通过外接电源对其充电。底部安装清洗装置,在垃圾收集装置处理完后,进行喷水清理,最终达到清洁的目的。
清洁机器人 第7篇
随着人们生活水平的日益提高, 我国人口的老龄化问题也越来越明显, 清洁机器人作为智能移动机器人的一个特殊应用, 能够代替人们进行清扫房间、车间、墙壁等一些简单劳动, 这些都为人们的日常生活提供了许多方便, 使服务机器人有了广阔的市场前景。从技术方面讲, 清洁机器人体现了移动机器人的多项关键技术, 包括路径规划、自主避障、信号处理等。目前市场上的清洁机器人大多由于通用性差、结构不合理导致成本高、操作复杂, 不利于其普及[1]。在研究总结市场上相对成熟产品的基础上, 基于ARM处理器s3c2440A设计一款具备自我导航能力的家用清洁机器人, 其具有结构简单、外形紧凑、运行稳定、噪音小的特征, 并且价格低, 操作方便, 还具有可扩展接口, 用户能够根据实际需要对其功能做进一步开发[2]。
2 清洁机器人的总体设计
清洁机器人本体硬件系统如图1所示。系统主要由以下几部分组成:主控制器模块、驱动模块、清扫模块、器模块、人机交互模块、电源及欠压检测模块等, 这几个模块在主控制器的控制下, 相互协调工作, 保证了清洁机器人各种功能的实现, 清理机器人各模块间关系。
3 硬件主体设计
3.1 主控制器
清洁机器人以s3c2440A控制芯片作为控制核心, 主要完成以下的任务:接收各个传感器采集的外界环境信息进行综合规划;通过2路PWM信号控制左右轮的速度和方向, 从而控制机器人的行驶路径;通过I/O口信号控制三极管进而控制继电器驱动清扫模块对地面进行清洁;通过多个I/O口控制LCD显示机器人的当前状态, 如电池剩余电量、外界环境温度等[3]。
3.2 环境信息采集传感器
清洁机器人的环境信息采集传感器包括五个红外避障传感器、五个碰撞传感器和三个红外防跌落传感器, 其结构如图2所示, 图中圆代表红外避障传感器, 长方形代表红外碰撞传感器, 三角形代表红外防跌落传感器。机器人通过红外避障传感器和碰撞传感器的结合使用实现清洁机器人的避障, 红外防跌落传感器对机器人的行驶路径上可能跌落的区域进行检测, 防止机器人跌落[4]。
清洁机器人通过红外避障传感器检测障碍物, 通过红外防跌落传感器检测台阶, 但台阶检测和障碍物检测需要选用距离不同的反射式红外光电开关。反射式光电开关是由LED光源和光敏二极管或光敏晶体管等光敏元件组成, 当有障碍物阻拦时光线能够反射回来, 输出为低电平信号, 当没有障碍物阻拦时, 光线不能反射回来, 输出为高电平信号[4]。
本文所设计的红外传感器如图3所示。电路中使用了LM567芯片, 它在电路中的作用是选频, 即只有当输入信号的频率与电路自身的振荡频率一致时, 电路输出低电平, 但是红外避障传感器和防跌落传感器的作用是不同的, 当红外避障传感器输出低电平时, 清洁机器人进行避障, 当红外防跌落传感器输出高电平时, 清洁机器人进行防跌落操作。清洁机器人在行驶过程中由于红外避障传感器的局限性是不能完成对于桌腿、椅腿等较细的障碍物的检测的, 这时就需要碰撞传感器对其障碍物检测的缺陷进行补足[5], 其与s3c2440A的连接如图4所示, 图中只给出一个碰撞传感器与s3c2440A的接线图。当机器人碰到障碍物时, 碰撞开关闭合, 1、3引脚导通, 引脚3输出由低电平变为高电平, 机器人进行避障操作。
3.3 驱动及清扫模块
清洁机器人在运行过程中至少六个电机同时运转, 其中驱动模块包括两个小型直流电机, 清扫模块包括四个直流电机:一个电机用于产生真空, 两个电机用于控制边刷, 一个电机用于控制滚刷。本文将驱动机构设计成一个闭环控制, 主要包括L298N驱动电路和光电编码器电路, L298N驱动电路如图5所示。
处理器的J5和J6与ENA和ENB相连, 产生PWM波控制电机的速率, 管脚D12、C12、E11、F10分别和IN1、IN2、IN3、IN4相连, 用于控制电机的转向 (J5、J6、D12、C12、E11、F10均为ARM的管脚) , 处理器通过编码器反馈的脉冲数量和相位而得到当前的电机速度和转向, 对电机实现闭环控制。清扫模块控制电路如图6所示, 由于清扫模块中的四个电机的控制方式相同, 所以图中只给出一个电机的控制电路, 三级管导通, 电机开始转动。由三极管做开关驱动继电器, 当F10作为I/O口输出高电平时, 线圈通电, 常开端口闭合, 电机转动。
3.4 人机交互模块
人机交互模块包括LCD液晶显示屏、按键和红外遥控模块。考虑系统需求, 本文选用了SYB12864K-ZK液晶显示屏, 它具有并行/串行两种接口方式, 内部含有中文字库, 其显示分辨率为128x64, 接口方式灵活简单、方便操作[6]。同时, 采用4个独立式按键作为输入, 分别为设置键、递增键、递减键和确认键, 用于工作时间和路径规划方式的选择。本文设计的红外遥控模块如图7所示, 该设计使机器人的使用更加方便简单, 发射距离超过10m, 能够满足需要。
3.5 电源及欠压检测模块
清洁机器人的电源消耗主要有清扫模块、控制电路和驱动电路。综合考虑各个方面的因素, 本文采用14.4v/3500m A的可充电电池, 具体的电路连接如图8所示, 其中VDD作为清扫机构正极, VCC作为控制电路和驱动电路的正极。
本设计采用AX301作为欠压检测芯片, 其连接电路如图9所示。当电源电压高于上行阈值60ms后, LBO输出高电平, 当电源电压低于下行阈值后LBO输出低电平。
4 软件主体设计
整个系统基本上可以分成以下几个部分的任务:a.控制机器人的清扫模块。当清洁机器人开始或停止工作时, 清扫模块中四个电机同时启动或停止。b.防止机器人从台阶跌落。如果机器人底部的任意一个红外防跌落传感器检测到台阶都要强行后退并向右转弯, 这部分实时性要求高, 所以采用中断来实现。c.探测机器人周围的障碍物情况。当机器人的红外避障传感器或碰撞传感器探测到障碍物时, 传感器将信号反馈给s3c2440A, 机器人初步判断障碍物的位置, 然后采取相应的处理。d.控制机器人的驱动模块。s3c2440A通过两路PWM波和光电编码器对驱动模块实现闭环控制, 从而实现机器人的路径规划。e.LCD显示屏和按键的设置。在程序中需要对LCD显示屏的参数进行设置使之显示机器人的运行状态, 而且按键进行软件去抖动。g.电源欠压检测及充电控制。通过AX301检测电池电压, 当电池电压低于一定值时, 启动寻找充电站子程序, 电池充上电后, 监测电压防止过充电。
以上的每个任务都对应几个子程序或中断程序, 整个系统的主程序流程如图10所示.其中障碍检测、按键和电压检测等都采用了分时查询的方式, 台阶检测和大部分延时程序采用了中断的方式。这样合理利用资源的同时也提高了机器人的响应时间当定时时间到或检测到台阶时, 进入中断程序, 具体流程如图10所示。
5 结束语
实验证明, 控制系统满具备智能清洁能力, 运行平稳可靠, 抗干扰能力强, 性能良好, 可以实现完全遍历和自主避障等路径规划任务, 替代了传统的人工清洁工作。
摘要：文章提出了一种基于ARM处理器的家用清洁机器人控制系统, 包括硬件设计和软件设计。硬件部分包括主控器模块、电源及欠压检测模、传感器模块、人机交互模块、驱动模块以及清洁模块。软件部分设计了清洁机器人的主要控制流程。该控制系统以通用性和功能完备为目标, 使机器人具备智能清洁能力。
关键词：ARM处理器,清洁机器人,控制系统
参考文献
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[2]邢敏, 蒙梅, 刘任平.JP-cleaner型清洁机器人控制系统设计[J].机械与电子, 2006, (10) :55-57.
[3]王磊, 杨杰.全自主清扫机器人运动分析与路径规划[J].机电一体化, 2007, (2) :70-73.
[4]Yong-Joo, Watanabe-Y.Development of small robot for home floor cleaning[A].SICE 2002.Proceedings of the 4lst SICE Annual Conferenee[C].2002, (5) :222-223.
[5]刘瑜.自主吸尘机器人的研究[D].杭州:浙江大学, 2006.