CN205126119U - 一种智能清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能清洁机器人，该系统包括主控模块、执行机构以及传感器模块等几个子系统，以通用性和功能完备为目标使机器人具备了智能清洁的能力。

Description

一种智能清洁机器人

技术领域

本实用新型涉及一种智能清洁机器人。

背景技术

随着人类社会的发展，越来越多的自动家用电器进入家庭。目前，市面上有多种清洁机器人，设计一个具有自主清扫、避障、卡住报警、尘仓满仓检测等功能，能够在无人干预情况下自主完成室内清扫工作，也可以人为通过红外遥控器控制其状态的机器人系统，是很必要的。同时，为使机器人高效、可靠地完成作业，在其内部嵌入路径覆盖算法，使它脱离随机清扫的模式，能够记忆已走过的路径和遇到的障碍物位置，不遗漏地进行全区域清扫和不重复遇到同一个障碍物，实现高覆盖率、低重复率的清扫过程。

新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种智能清洁机器人。

上述技术问题是按照以下方式解决：

一种智能清洁机器人，其特征在于：该机器人包括主控制部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分，所述的主控制部分使用单片机AT89C51控制，包括红外遥控接收模块，对输入输出器件的操作、对执行电机的控制、以及对传感器的响应；所述的执行电机部分是吸尘机器人的主要构成部分，包括行走驱动子系统和吸尘子系统；所述的传感器部分即为检测子系统，主要是保障机器人能够安全地工作；所述的输入输出部分包括遥控子系统和显示子系统，能够实现人机交互的功能。

优选地，所述的电源部分采用可充电的12伏锂电池。

优选地，所述的行走驱动子系统采用轮式结构，圆形壳体，底盘为三轮电动小车，前面两轮由两个电机独立驱动，后轮为万向轮。

优选地，所述的吸尘子系统用电机带动清扫刷的转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造强大的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。

在清扫吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦除残留在地面上的细小灰尘。轮子电机、吸尘电机和毛刷电机使用的都是无刷直流电机。

本实用新型具有以下优点：该智能清洁机器人基本满足了设计要求，以通用性和功能完备为目标使机器人具备了智能清洁的能力，能够进行实际工作。

附图说明

通过结合附图作进一步详细解释和说明。

附图1为系统结构示意图。

附图2为机器人系统的工作流程图。

具体实施方式

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种智能清洁机器人，该机器人包括主控制部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分，所述的主控制部分使用单片机AT89C51控制，包括红外遥控接收模块，对输入输出器件的操作、对执行电机的控制、以及对传感器的响应等；所述的执行电机部分是吸尘机器人的主要构成部分，包括行走驱动子系统和吸尘子系统；所述的传感器部分即检测子系统，主要为了保障机器人能够安全地工作；所述的输入输出部分包括遥控子系统和显示子系统，能够实现人机交互的功能；所述的电源部分采用可充电的12伏锂电池。所述的电源部分采用可充电的12伏锂电池。

所述的行走驱动子系统采用轮式结构，圆形壳体，底盘为三轮电动小车，前面两轮由两个电机独立驱动，后轮为万向轮。

所述的吸尘子系统用电机带动清扫刷的转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造强大的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。

在清扫吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦除残留在地面上的细小灰尘。轮子电机、吸尘电机和毛刷电机使用的都是无刷直流电机。

其中，如图1所示，单片机AT89C51与其它各部分电路的关系为:通过红外接收模块接收来自遥控器的命令；通过各个传感器接收外部环境的状态信息；通过2路PWM信号给电机提供电压，控制轮子的速度和方向；由I/O口信号控制三极管进而控制继电器驱动清扫、吸尘电机；通过捕获2个电机编码器信号检测轮速；通过多个I/O口控制LCD；利用串口变并口芯片控制多个LED指示灯和按键等。

机器人的行进电机由驱动电路放大后驱动，考虑到电压、电流等因素，采用了L298N来驱动电机。L298N是恒压恒流双H桥集成电机芯片，可同时控制2个电机，且输出电流可达到2A。清扫和吸尘电机都是由继电器驱动的，AT89C51的I/O口只需要给一个信号，由三极管做开关驱动继电器，线圈通电，常开端口闭合，就可以驱动电机。传感器模块采用八个超声波传感器，分别由两个T6114模块带动，每个模块集成了4个通道的超声波检测部分，可同时用作4个超声波开关使用。每一个超声波探测通道都有独立的状态输出。模块(1)的四个传感器分别为左、左前、右、右前方向障碍检测传感器，接到AT89C51单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3引脚。模块(2)的1，2号探头的输出输入给二输入与门，与门的输出端接到AT89C51的外部中断请求INT1(P3.3)。这两组探头并排安装在机器人的前方，只要其中的一路开关检测到障碍，就会触发AT89C51的外部中断，机器人停止后，根据模块(1)的四组传感器的检测值，判断障碍物的位置，采取相应的避障措施。模块(2)的3、4号探头的输出接到AT89C51单片机的P2.4，P2.5引脚，用作光电编码器计数开始和结束的判断依据。本使用新型中机器人实现遍历无障碍的区域，要求机器人在绕开障碍物以后要回到原来的行进路线上去。为实现这个目标，需要记录下机器人在绕障过程中偏离原来路线的路程，利用光电编码器来实现这一功能。光电编码器的输出端接单片机的外部中断INT0。

输入输出部分中，红外遥控接收模块由发射和接收2大部分组成，红外接收芯片选用PIC-2319SCL。在遥控器上使用单片机进行红外功能编码，在机器人上，由于单片机处理任务很多，因此选用专用的解码芯片。解码芯片采用一种用于遥控小卡车的CMOS大规模集成电路RX6B，它有七个控制键来控制小卡车的移动。由于编码和解码的振荡频率必须一致，频率的大小由OSCI和OSCO之间的电阻决定。4个红外接收管的信号通过与门与芯片的输入端SI相连，使得解码芯片在接收到任意方向的红外线信号时都能正常工作。

此外，本实用新型使用6个控制按键，为了节约单片机的I/O口，使用矩阵的方式通过五个通用I/O脚来控制键盘，使用3×2的键盘结构。行线均使用了键盘中断模式，列线为普通I/O口控制，因此程序的设计需要采取查询兼中断的方式来判断哪个按键被按下。

由于外围传感器和接口电路数目较多，而单片机的通用I/O管脚有限，若使用并行的液晶显示器，则无法满足要求，同时对液晶显示的反应速度没有严格的要求，故考虑更换串行的液晶显示器。

如图2所示，为机器人系统的工作流程图，主程序任务是完成系统的初始化。当前方没有障碍物时，机器人按照设定的路径前进。本研究的路径覆盖算法基于静态结构化环境模型，在障碍物信息预先给定的情况下，采用沿边走的路径规划算法，即让机器人沿着墙边或障碍物的边界移动，进行内螺旋式“回”字型路径规划。

当前方检测到障碍时，触发外部中断INT1，进入避障中断服务子程序。避障中断服务子程序主要完成的任务是:当机器人前方检测到障碍时，机器人先停止，然后根据左、左前、右、右前方的传感器检测信号来判断障碍的位置情况，通过改变电机驱动器的输人信号，调节电机转速和方向，使左右驱动轮电机产生差速，从而达到等转弯、避障的目的。其他功能部分保证了机器人能够实现预定的功能，包括对时、实时显示时钟、红外遥控创建地图、安全检测路径覆盖算法以及遥控召回等。

上面已经参照附图详细说明了本实用新型的实施例，但仅仅是对本实用新型的示意性说明而非限制本实用新型。另外，本领域技术人员在阅读了上述说明后可对本实用新型做出修改和变化，这种修改和变化也落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能清洁机器人，其特征在于：该机器人包括主控制部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分，所述的主控制部分使用单片机AT89C51控制，包括红外遥控接收模块，对输入输出器件的操作、对执行电机的控制、以及对传感器的响应；所述的执行电机部分是吸尘机器人的主要构成部分，包括行走驱动子系统和吸尘子系统；所述的传感器部分即检测子系统，主要为了保障机器人能够安全地工作；所述的输入输出部分包括遥控子系统和显示子系统，能够实现人机交互的功能。

2.根据权利要求1所述的智能清洁机器人，其特征在于：所述的电源部分采用可充电的12伏锂电池。

3.根据权利要求1所述的智能清洁机器人，其特征在于：所述的行走驱动子系统采用轮式结构，圆形壳体，底盘为三轮电动小车，前面两轮由两个电机独立驱动，后轮为万向轮。

4.根据权利要求1所述的智能清洁机器人，其特征在于：所述的吸尘子系统用电机带动清扫刷的转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造强大的吸力将灰尘吸入灰尘存储箱中。