CN206426107U - 家庭清洁机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供的家庭清洁机器人，包括控制机构、移动系统和感知系统，其中：移动系统采用一个四轮的圆形移动机构，中间的两个驱动轮(5)为整个移动系统的驱动部分,其由L298N驱动器控制电机(4)来驱动，前后为配合调节家庭清洁机器人行驶方向的两个万向轮(3)。本实用新型采用四轮驱动机构，前后各用一个万向轮，方便机器人的转向，比三轮的机构更稳固；控制方面采用高速低功耗、超强性能、精简指令、能够同时读、写的ATmega128单片机作为主控芯片，能在满足清洁机器人各个功能的同时降低成本，且其拥有优化的功能消耗结构，在功耗相对较少的情况下，可进行复杂的处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人，特别是一种新型的基于ATmega128单片机的家庭清洁机器人。
背景技术
目前，国内外很多单位都已经研究出了清洁机器人，在一些发达国家，对办公室、工厂、车站、机场等场合的清扫已经开始采用清洁机器人。随着科学技术的进步和社会的发展，人们希望更多的从繁琐的日常事物中解脱出来，这就促使了清洁机器人进入家庭，如果清洁机器人性价比足够高，成本低，那么清洁机器人市场将会被看好。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于单片机的家庭清洁机器人，通过ATmega128芯片控制各传感器，实现家庭基本清洁。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：包括控制机构、移动系统和感知系统，其特征在于所述的移动系统采用一个四轮的圆形移动机构,中间的两个驱动轮为整个移动系统的驱动部分,其由L298N驱动器控制电机来驱动，前后为配合调节家庭清洁机器人行驶方向的两个万向轮。
所述的控制机构，采用ATmega128单片机作为对各个模块控制的主要主控芯片，分别控制家庭清洁机器人的电机驱动电路、清扫机构驱动电路、红外避障电路、测速电路以及LCD显示电路。
所述的电机驱动电路，采用一个用于改变两个车轮的转速差来调节家庭清洁机器人行驶方向的L298N驱动器。
所述的清扫机构驱动电路，采用一个三极管做开关控制的继电器来驱动电机，带动电机上的清扫刷进行清扫。
所述的红外避障电路，采用一种集发射与接收于一体的光电传感器，在其上有一个能够调节避障距离小电位器旋钮；该光电传感器有3个，其输出端分别接控制机构中的单片机的INT0，INT1，INT2，在家庭清洁机器人左前和右前方分别安装一个光电传感器，输出接单片机中断，另外一个光电传感器布置在防止避障道路中的前方。
所述的测速电路，采用一个安装在电机上的用于检测驱动轮速度的光电编码盘，该光电编码盘由增量式光电编码器和发光元件、光敏元件组成，增量式光电编码器在码盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，当码盘随电机旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲。
所述的LCD显示电路，采用1602液晶显示器，其8位并行数据端口与控制机构中的单片机的一个并行端口相连，通过单片机I/O口来控制其读/写和使能。
所述的感知系统是由三个红外传感器和两个碰撞传感器组成，分别布置在用于对周围障碍物的检测以及避让的位置上。
本实用新型与现有技术相比具有以下主要的优点：
1.采用四轮驱动机构，前后各用一个万向轮，方便机器人的转向，比三轮的机构更稳固；
2.控制方面采用高速低功耗、超强性能、精简指令、能够同时读、写的ATmega128单片机作为主控芯片，能在满足清洁机器人各个功能的同时降低成本，且其拥有优化的功能消耗结构，在功耗相对较少的情况下，可进行复杂的处理。
总之，本实用新型由于采用了ATmega128单片机作为机器人核心控制芯片，使用了差速转向式四轮机械结构及红外、碰撞传感器，使得机器人结构简单，功能完善，并且成本相对较低，在功耗相对较少的情况下，实现家庭清洁。
附图说明
图1是本实用新型清洁机器人机械结构示意图；
图2是本实用新型清洁机器人控制结构示意图；
图3是本实用新型ATmega128单片机最小系统；
图4是本实用新型清洁机器人驱动轮电机驱动电路；
图5是本实用新型清洁机器人清扫机构驱动电路。
图中：1.红外传感器，2.碰撞传感器，3.万向轮，4.电机，5.驱动轮。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。
本实用新型提供的家庭清洁机器人，如图1和图2所示，采用差速转向式四轮的圆形移动机构，行走稳定，能够很好的控制机器人遍布每个角落。该家庭清洁机器人包括控制机构、移动系统和感知系统。
所述控制机构主要由主控芯片ATmega128实现对各个模块的控制，分别控制机器人的电机驱动电路、清扫机构驱动电路、红外避障电路、测速电路以及LCD显示电路。采用ATmega128单片机作为机器人核心控制芯片，其是一种高性能、低功耗的AVR 8位微处理器，采用先进的RISC结构，具有53个可编程IO口，并且接口功能丰富，能够满足本次机器人要求，实现家庭清洁。
所述的移动系统是一个四轮的圆形移动机构,中间的两个驱动轮5为整个移动机构的驱动部分,其由L298N驱动器控制电机4来驱动，前后为两个万向轮3。
所述的感知系统是由三个红外传感器1和两个碰撞传感器2组成，用来实现对周围障碍物的检测以及避让。
请参见图3，图3是ATmega128单片机的最小系统，包括AVR单片机、复位电路和振荡电路三部分，所述AVR单片机是系统的核心部件。复位电路给AVR单片机提供复位信号供AVR单片机进行完整的复位操作，该复位电路由一个电阻直接接到VCC上构成，当AVR开始工作时，其复位引脚变为低电平，触发芯片复位。振荡电路为AVR单片机提供工作所必须的振荡源，该振荡电路由石英晶体和电容组成，接在ATmega128引脚XTAL1和XTAL2上，并配合片内的OSC振荡电路构成的振荡源作为系统的时钟源。
请参见图4，所述的电机驱动电路包括：L298N驱动器，它是一款高集成度、双桥结构的直流/步进电机驱动器，可同时驱动两个电机，L298N通过改变两个车轮的转速差来调节行驶方向。这里采用ATmega128的16位定时/计数器1(OC1A和OC1B)来产生两路PWM信号，分别接L298N的ENA和ENB，用于控制两个电机的启停、转向和速度。清洁机器人的电机控制逻辑如下：以电机B1为例，当使能端A为高电平时，如果输入端PB2为高电平，三极管导通，输入引脚1位低电平而输入引脚2为高电平，电机B1反转；如果输入端PB2为低电平，三极管截止，输入引脚1为高电平而输入引脚2为低电平，电机B1正转。
请参见图5，所述的清扫机构驱动电路是由继电器和电机组成的，继电器是一种电子控制器件，它由控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)组成，通常应用于自动控制电路中，其实质上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”，在应用系统中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。在这里ATmega128单片机的I/O口只需给一个信号，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，进而带动电机上的清扫刷进行清扫。
所述的红外避障电路，采用的是一种集发射与接收于一体的光电传感器，检测距离可以根据要求进行调节，在其上有一个小电位器旋钮，可以调节避障距离，只要被测物体距离小于避障距离，其输出端就会输出一个低电平。左端、前方、右端的红外避障传感器1的输出端分别接单片机的INT0，INT1，INT2。为了防止清洁机器人碰到一些不规则障碍物，在清洁机器人左前和右前方分别安装一个碰撞传感器2，输出接单片机中断。
所述的测速电路，用于检测驱动轮5的速度，通过在电机4上安装光电编码盘来实现，其由增量式光电编码器和发光元件、光敏元件组成，增量式光电编码器在码盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，当码盘随电机旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲。
所述的LCD显示电路，采用1602液晶显示器，其8位并行数据端口与单片机的一个并行端口相连，通过单片机I/O口来控制其读/写和使能。
本实用新型提供的家庭清洁机器人，其工作过程是：接通电源，机器人从墙边开始按顺时针绕房间一周后找到最近的墙角，然后按“回”字型内旋方式进行清扫，同时单片机通过传感器采集周围环境信息，当前红外传感器检测到障碍物，就减速前进直到发生碰撞就停止并后退一小段距离，然后通过左右侧红外传感器检测两边环境，优先右转，不行左传，再不行就后退，当后退的路被移动的障碍物挡住就延时一段时间再检测周围环境，到延时次数超过一定值，即总延时时间超过一定值(如5分钟)后，仍然不行时就认为机器人进入了一个特殊状况，启动报警。
Claims (8)
1.一种家庭清洁机器人，包括控制机构、移动系统和感知系统，其特征在于所述的移动系统采用一个四轮的圆形移动机构,中间的两个驱动轮(5)为整个移动系统的驱动部分,其由L298N驱动器控制电机(4)来驱动，前后为配合调节家庭清洁机器人行驶方向的两个万向轮(3)。
2.根据权利要求1所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的控制机构，采用ATmega128单片机作为对各个模块控制的主要主控芯片，分别控制家庭清洁机器人的电机驱动电路、清扫机构驱动电路、红外避障电路、测速电路以及LCD显示电路。
3.根据权利要求2所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的电机驱动电路，采用一个用于改变两个车轮的转速差来调节家庭清洁机器人行驶方向的L298N驱动器。
4.根据权利要求2所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的清扫机构驱动电路，采用一个三极管做开关控制的继电器来驱动电机，带动电机上的清扫刷进行清扫。
5.根据权利要求2所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的红外避障电路，采用一种集发射与接收于一体的光电传感器，在其上有一个能够调节避障距离小电位器旋钮；该光电传感器有3个，其输出端分别接控制机构中的单片机的INT0，INT1，INT2，在家庭清洁机器人左前和右前方分别安装一个光电传感器，输出接单片机中断，另外一个光电传感器布置在防止避障道路中的前方。
6.根据权利要求2所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的测速电路，采用一个安装在电机(4)上的用于检测驱动轮(5)速度的光电编码盘，该光电编码盘由增量式光电编码器和发光元件、光敏元件组成，增量式光电编码器在码盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，当码盘随电机旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲。
7.根据权利要求2所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的LCD显示电路，采用1602液晶显示器，其8位并行数据端口与控制机构中的单片机的一个并行端口相连，通过单片机I/O口来控制其读/写和使能。
8.根据权利要求1所述的家庭清洁机器人，其特征在于所述的感知系统是由三个红外传感器(1)和两个碰撞传感器(2)组成，分别布置在用于对周围障碍物的检测以及避让的位置上。
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