CN106707843A - 一种扫地机器人的硬件系统 - Google Patents

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韦庆进
覃勇
何奇文
彭金松
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Abstract

本发明公开了一种扫地机器人的硬件系统，所述硬件系统包括单片机AT89C51和分别与所述单片机AT89C51连接的状态设置按钮、电动驱动、外围电路和传感器接口，所述传感器接口连接至红外避障传感器和红外遥控，所述外围电路连接至电源模块、复位电路和时钟电路，所述电动驱动链接至驱动电机、毛刷电机和吸尘电机；避障模块通过对采集到的超声波信号和接近开关信号的判断和处理,很好地完成了对障碍物的自动感知和自主躲避;步进电机及吸尘电机控制精度较高等。

Description

一种扫地机器人的硬件系统
技术领域
本发明属于互联网技术领域，尤其涉及一种扫地机器人的硬件系统。
背景技术
随着信息时代的高速发展，扫地机器人是被广泛应用于智能家居领域的智能设备，自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向，从理论和技术上讲，自动清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性，从市场前景角度讲，自动清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、办公场所和大众家庭，因此开发自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。
目前，在控制扫地机器人进行清洁时，通常采用的控制方式为：通过遥控装置发出控制信号，控制扫地机器人在各个方向上的移动，当接近障碍物时，控制扫地机器人停止移动，以避免与障碍物发生碰撞。
然而，当采用上述方式控制扫地机器人时，一方面，需要频繁对遥控器进行操作，造成在控制扫地机器人的移动的过程较为繁琐，另一方面，当接近诸如扫地机器人接近电线被缠绕、接近地毯被卡住的情况，均需要以人工方式进行排除才能使扫地机器人重新移动，造成在控制扫地机器人的移动的过程较为繁琐。
因此，需要一种新的扫地机器人的硬件系统的产生来克服上述技术中的缺陷。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新的扫地机器人的硬件系统，能自动走遍所以可进入的房间，可以自动清扫吸尘，可在遥控和手控状态下清扫吸尘。
一种扫地机器人的硬件系统，所述硬件系统包括单片机AT89C51和分别与所述单片机AT89C51连接的状态设置按钮、电动驱动、外围电路和传感器接口，所述传感器接口连接至红外避障传感器和红外遥控，所述外围电路连接至电源模块、复位电路和时钟电路，所述电动驱动链接至驱动电机、毛刷电机和吸尘电机。
优选地，所述扫地机器人的车箱体采用框架式结构：从下至上分隔成三个空间：第一层装配各运动部件的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾存储空间；第三层装配机器人控制系统、接线板、电源电池和开关。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的一种扫地机器人的硬件系统，主控模块通过对各子程序的调用,按一定时序完成了对吸尘器的控制,避障模块通过对采集到的超声波信号和接近开关信号的判断和处理,很好地完成了对障碍物的自动感知和自主躲避;步进电机及吸尘电机控制精度较高等。
附图说明
图1是本发明一种扫地机器人的硬件系统的结构框图。
具体实施方式
为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
参照图1，图中公开了一种扫地机器人的硬件系统，所述硬件系统包括单片机AT89C51和分别与所述单片机AT89C51连接的状态设置按钮、电动驱动、外围电路和传感器接口，所述传感器接口连接至红外避障传感器和红外遥控，所述外围电路连接至电源模块、复位电路和时钟电路，所述电动驱动链接至驱动电机、毛刷电机和吸尘电机。
所述扫地机器人的车箱体采用框架式结构：从下至上分隔成三个空间：第一层装配各运动部件的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾存储空间；第三层装配机器人控制系统、接线板、电源电池和开关。
步进电机作为执行元件，广泛应用于各种自动化设备中，步进电机和普通电动机不同之处在于它是一种可以将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，工作中传递转矩的同时还可以控制角位移或速度，本发明中采用两台步进电机分别驱动两个驱动轮，通过通电方式的不同使自动清扫机器人的行走机构达到前进、后退、左转、右转的运动姿态，自动清扫机器人的吸尘器则采用直流电机（H桥式电路）驱动。
采用以AT89C51单片机为核心的红外接收电路和步进电机驱动电路。红外遥控器发射不同的码值来控制步进电机的正转、反转、加速减速以及启动停止。单片机通过对红外信号的解码来实现步进电机的变速。
由于吸尘器两动力轮的中心与车体中心不重合,故采用以一轮为中心的旋转方式并通过检测转弯标志位(1或0)来判断转向，在墙角转弯时处，根据吸尘器外形的几何尺寸计算吸尘器遇墙停止后,后退再转弯的时间。吸尘器内圈行走时的转弯依靠转弯设定值实现，当超声波传感器1的值小于等于设定值时,吸尘器转弯。考虑到超声波传感器的最小量程为0.5m,第一圈内圈行走的转弯设定值设定为50cm,以后每圈的转弯设定值递增30cm。吸尘器单向行驶至转弯结束的过程称为一次单向清扫过程。若某次单向行驶结束后检测到超声波传感器1的值小于转弯设定值,则吸尘器原地再次转弯,然后前进至墙停止,整个房间清扫完毕。
设计躲避障碍物功能模块程序设计避障总规则:利用超声波实测值与已测得的房间长(宽)值的比较,判断某次单向清扫途中是否有障碍物。若有障碍物:行走时若为左转,采用左避让规则;行走时若为右转,采用右避让规则。障碍物避开后按行走规则继续行进;若无障碍物:按行走规则继续行进,在转弯前应判断是否有足够的空间供机器人吸尘器转弯。若吸尘器可以转弯,则转弯,本次单向清扫完毕;若吸尘器不能转弯,说明下次单向清扫起始点处有障碍物,后退,避开障碍物后再转弯,前进至通过障碍物边线后,本次单向清扫完毕。避障功能是在行走功能基础上实现的,分为内圈避障程序设计和外圈程序设计。清扫完毕的判断方案:用外圈行走结束后清扫区域的精确长、宽值与内圈行走轨迹宽度30cm相除,商即为长、宽方向上各自所需的单向清扫次数,有余数则说明还有一块宽度小于30cm的矩形区域需要清扫。在执行内圈避障时,只要长或宽任意方向上的单向清扫次数达到所需的次数,即认为清扫完毕,剩余矩形区域的清扫在终止模块中完成。
为保证车体运行时不偏离轨道,采用陀螺仪传感器监视车体运动状况，当车体偏移量达到一定值时,通过控制行进方式调整车体姿态，当车体偏转角度大于10%时,开始调整车体姿态，首先判断车体偏转的方向并记录车体偏转角度，为使车体能最大限度地回到原位置,采用一个动力轮不动,另一动力轮倒转的方式实现车体姿态调整，使用该方案调整车体位置后,车体并不一定能恰好回到原位置,但误差已经达到最小。
主控程序是吸尘器工作的主体逻辑。在主控程序中需要完成DSP的初始化设置,考虑各功能模块间的逻辑关系,实现对各子程序的调用,并要充分考虑到各级中断信号对程序运行的影响,做出正确的处理、协调。
主控程序流：用户操作键盘时接近开关可能会工作,这有可能导致程序运行出错,故DSP需在程序最开始首先屏蔽所有中断，键盘的检测由单片机实现,用户若想通过键盘设定吸尘器工作方式,则必须在开机后20s内开始操作,该20s的延时由DSP提供,20s后若无键按下,则认为用户未设定吸尘器工作状态,系统按自动方式开始工作;20s后若有键按下,则将等待用户输入完毕后,按照用户设定要求工作。
系统初始化程序设计，系统的初始化程序是系统各功能实现的前提。给状态寄存器赋值,保证子程序调用或进入中断时实现CPU各种状态的保存;数据存储区配置;输出口的选择及功能设定;中断的相关寄存器处理;累加器的溢出方式选择及系统的时钟频率的选定等功能都在初始化程序中实现。
系统中断处理，系统设计中共有4路中断信号需要处理,其中8路接近开关和4路超声波传感器共用优先级为1级的外部中断XINT1;两个事件管理模块EVA和EVB在产生PWM波形时用到了优先级为2级的定时器1和定时器3的周期中断;此外,陀螺仪的测量值经ADC转换时用到了中断优先级为6级的ADC中断。
外部中断XINT1的处理，由于8路接近开关和超声波传感器共用XINT1中断,故在响应该中断时应首先判断是哪个外部设备产生的中断请求,然后进行相应的处理。若为接近开关中断,单片机向双口RAM8040h单元写0,若为超声波中断则写1,DSP通过读8040h单元内容来判断是哪个外设产生的中断:①若为超声波传感器发出的中断,在其中断服务程序中只需重新开中断即可(这是因为进入中断服务程序时,系统自动关闭中断)；②若为接近开关中断,需判断该接近开关是否工作。工作时,则在中断服务程序中还要执行停止程序,否则只需开中断即可。是第几个接近开关工作,单片机就在双口RAM8033h单元中写几,若同时有多个接近开关工作,则单片机从8033单元的最低位起将其序号依次写入。DSP只需依照此规则便可根据8033h单元内容判断是哪个接近开关工作；ADC中断处理，吸尘器在测距模块中车体旋转180,左、右转及姿态调整的过程中都会响应ADC中断,故在执行上述功能的程序时分别向012Eh单元写0、1、2、3,功能实现后再向012Eh单元写4,这样,响应中断时便可在中断服务程序中通过查询012Eh单元的内容来判断车体的运动情况,从而执行不同的服务程序。
定时器周期中断处理，定时器周期中断的处理相对简单,只需在中断服务程序中将计数器1和计数器3重新设置计数初值并开中断即可。
本发明提供的一种扫地机器人的硬件系统，主控模块通过对各子程序的调用,按一定时序完成了对吸尘器的控制,各主要功能模块满足设计要求：如避障模块通过对采集到的超声波信号和接近开关信号的判断和处理,很好地完成了对障碍物的自动感知和自主躲避;步进电机及吸尘电机控制精度较高等。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种扫地机器人的硬件系统，其特征在于，所述硬件系统包括单片机AT89C51和分别与所述单片机AT89C51连接的状态设置按钮、电动驱动、外围电路和传感器接口，所述传感器接口连接至红外避障传感器和红外遥控，所述外围电路连接至电源模块、复位电路和时钟电路，所述电动驱动链接至驱动电机、毛刷电机和吸尘电机。
2.根据权利要求1所述的扫地机器人的硬件系统，其特征在于，所述扫地机器人的车箱体采用框架式结构：从下至上分隔成三个空间：第一层装配各运动部件的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾存储空间；第三层装配机器人控制系统、接线板、电源电池和开关。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107041713A (zh) * 2017-06-09 2017-08-15 湖北科技学院 一种遥控吸尘机器人
CN108185917A (zh) * 2018-04-23 2018-06-22 广东艾可里宁机器人智能装备有限公司 扫地机器人用安全防护系统
CN112578776A (zh) * 2019-09-27 2021-03-30 珠海市一微半导体有限公司 扫地机器人清扫路径规划方法和系统、存储介质及处理器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090048727A1 (en) * 2007-08-17 2009-02-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Robot cleaner and control method and medium of the same
CN202739921U (zh) * 2012-08-15 2013-02-20 浙江天宸智能科技有限公司 一种新型智能扫地机
CN203042143U (zh) * 2012-12-29 2013-07-10 北京石油化工学院 自动行走清洁装置
CN104006823A (zh) * 2014-06-16 2014-08-27 成都北斗群星智能科技有限公司 基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法
CN203875890U (zh) * 2014-06-11 2014-10-15 广东技术师范学院天河学院 智能清洁机控制系统及智能清洁机
CN204045122U (zh) * 2014-08-15 2014-12-24 金华市高级技工学校 一种扫地机器人装置
CN204445701U (zh) * 2015-01-14 2015-07-08 东莞缔奇智能股份有限公司 扫地机器人
CN204576270U (zh) * 2015-05-19 2015-08-19 杭超 一种智能扫地机器人
CN105334851A (zh) * 2014-08-12 2016-02-17 深圳市银星智能科技股份有限公司 一种可感应手势的移动设备

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090048727A1 (en) * 2007-08-17 2009-02-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Robot cleaner and control method and medium of the same
CN202739921U (zh) * 2012-08-15 2013-02-20 浙江天宸智能科技有限公司 一种新型智能扫地机
CN203042143U (zh) * 2012-12-29 2013-07-10 北京石油化工学院 自动行走清洁装置
CN203875890U (zh) * 2014-06-11 2014-10-15 广东技术师范学院天河学院 智能清洁机控制系统及智能清洁机
CN104006823A (zh) * 2014-06-16 2014-08-27 成都北斗群星智能科技有限公司 基于万向轮的扫地机器人测速、测距系统及方法
CN105334851A (zh) * 2014-08-12 2016-02-17 深圳市银星智能科技股份有限公司 一种可感应手势的移动设备
CN204045122U (zh) * 2014-08-15 2014-12-24 金华市高级技工学校 一种扫地机器人装置
CN204445701U (zh) * 2015-01-14 2015-07-08 东莞缔奇智能股份有限公司 扫地机器人
CN204576270U (zh) * 2015-05-19 2015-08-19 杭超 一种智能扫地机器人

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107041713A (zh) * 2017-06-09 2017-08-15 湖北科技学院 一种遥控吸尘机器人
CN108185917A (zh) * 2018-04-23 2018-06-22 广东艾可里宁机器人智能装备有限公司 扫地机器人用安全防护系统
CN112578776A (zh) * 2019-09-27 2021-03-30 珠海市一微半导体有限公司 扫地机器人清扫路径规划方法和系统、存储介质及处理器

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