智能家庭扫地机器人设计原理研究与分析

２０１４年第１１期　文章编号：１００９—２５５２（２０１４）１１—０１９６—０３　中图分类号：ＴＰ２４２　文献标识码：Ａ　智能家庭扫地机器人设计原理研究与分析　薛慧心　（黑龙江省社会信用办公室，哈尔滨１５００９０）　摘要：对家庭型智能扫地机器人的工作原理进行研究与分析，在实践中发现该机器人在工作　过程中出现清扫区域划分不全、对不规则物体无法完全规避和大颗粒物质无法吸入扫除等问题，　针对以上问题应用ＡＴ８９Ｃ５１单片机、新型软碰撞板和大口径吸尘口等设计来解决，经市场调研　证明了这几种解决方法的可行性。　关键词：智能机器人；ＡＴ８９Ｃ５１单片机；红外遥感技术　Ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｆａｍｉｌｙ　ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ　ＸＵＥ　Ｈｕｉ—ｘｉｎ　（Ｓｏｄａｌ　Ｃｒｅｄｉｔ　Ｏｆｉｃｆｅ　ｏｆ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００９０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｆａｍｉｌｙ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ　ｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｄ，ｓｏｍｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｒｅ　ｆ０ｕｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｚｏｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ，ｔｈｅ　ｉｒｒｅｇｕｌａｒ　ｏｂｊｅｃｔｓ　ｃａｎ’ｔ　ｂｅ　ａｖｏｉｄ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　ｍａｔｔｅｒ　ｃａｎ’ｔ　ｉｎｈａｌｅ　ｃｌｅａｎｉｎｇ．Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｎｅｗ　ｓｏｆｔ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｐｌａｔｅ　ａｎｄ　ｌａｒｇｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｓｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｕｔｈ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｈｏｓｅ　ｐｒｔｏｂｌｅｍｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＴ８９　Ｃ５　１．Ｔｈｅ　ｍａｒｋｅｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｈａｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｒｏｂｏｔ；ＡＴ８９Ｃ５１；ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　０　引言　现今社会发展迅速，家用电器已逐渐改变为智　能电器，最常见的如手机、电视等。其余家用电器在　近年来也加人智能控制系统，比如现今很多家庭选　择的扫地机器人，已经基本智能化，不但加入了语音　控制，最新技术已实现通过摄像以及远程红外操控　获得更加人性化的清扫体验。　其主要作用为清扫地面灰尘和垃圾，是一个小型的　自主移动吸尘器。智能化的吸尘机器人拥有先进的　ＧＰＳ导航定位系统，能够自主通过类似于走路的方　式来构建清洁地图，自动对房间进行清扫工作。这　种机器人是一种无线机器，机身大多为圆形，一般来　说通过遥控器或机身自主的控制面板来操控，大多　数可定时打扫并自动归位完成充电，充电结束后自　智能家庭扫地机器人是一种可对平整地面进行　一动转为充电休眠过程，清扫时可躲避障碍物和自动　转弯，自动地完成清扫工作。　随着现今人类工作性质的发展和转变，加之工　定程度清扫的智能家用电器，本文就此机器人的　设计原理进行研究与分析，对现今大多数扫地机器　人在清洁过程中产生的问题，诸如清洁区域划定不　全、对不规则物体有一定破坏程度、大颗粒物质无法　作节奏的加速化，使得这种操作相对简单、功能便利　性大的智能清洁机器人受到推崇，已经在普通家庭　中逐渐普及，成为现代家庭常用家用电器的一种。　智能扫地机器人起源于国外，近几年引人国内并得　到普及与推广。　这种智能机器人大多数采用红外线传感原理来　收稿日期：２０１４—０１—１３　清扫干净等进行研究比较，通过单片机控制器、ＧＰＳ　导航和新型电子技术等对上述问题提出解决方案，　尽量使智能家庭扫地机器人在非高昂成本的情况下　更加静音，清扫力度更大。　ｌ　智能清洁机器人现状与设计原理　智能家庭扫地机器人也可称为吸尘机器人，因　一作者简介：薛慧心（１９８９一），女，本科，研究方向为电子工程。　１９６一　效地避免了重复劳动以及逃避型清扫。　３．２新型材料外壳　针对家庭扫地智能机器人对物体表面造成破坏　的问题，提出一定的解决方法。　大多数机器人已经安装半包式软胶外体来减缓　、　撞击造成的破损，然而这种方法由于红外遥控射线　对颜色的要求严格，使得未软包部分常常碰撞到物　体表面，久而久之会对物体表面造成损坏，这也是很　多家庭放弃选择智能扫地机器人的原因。这种情况　下如果选择超声波仿生技术，造价会过于昂贵，建议　使用一种新型的软性防撞板，这种材料经常运用于　建筑材料中，本身具有可塑形性及软碰撞性。软性　防撞板轻薄且成本较低，可以对机器人进行全包设　图２智能扫地机器人底部吸尘口　计，并且可以在机器人底部红外遥感处流出空隙，不　会妨碍射线的返回，故而可以有效地防止空心及不　４　结束语　本文就家庭型智能扫地机器人的工作原理进行　了研究分析，并在实践中发现清扫区域划分不全、对　不规则物体表面进行一定程度破坏和对大颗粒物质　规则物体表面（如沙发角等）破损。这种设计现已　有少数机器人运用，效果非常可观。　３．３大口径清扫齿轮　家庭智能扫地机器人机身小，大多数机器人吸　尘口径小，齿轮密度大，导致无法清洁大颗粒物质，　如图２所示。　清洁力不够等问题，针对这些问题分别进行详细的　分析，提出相应的解决方案，也从市场实践角度证明　了这些解决方案的可行性，使得家庭型智能扫地机　家庭摆设的花草等大多需要土壤支持，有小孩　的家庭更是无法保证没有大颗粒物质掉落，如水果　的籽和果皮等，这时就需要手动清扫或使用手动吸　尘器进行清洁，费时又费力。给智能扫地机器人底　部配置一个大口径的吸尘口及齿轮便可解决此类问　题。这种口径占地面积大，所以需配备一个短细疏　通管直接接人存尘盒，使得大颗粒灰尘不通过螺旋　软刷，直接进入存尘盒，之后只需进行正常的清洗维　护机器人工作即可。　器人能在控制成本的情况下更多更好地服务，更多　地节省了人力物力，为清洁工作做出更多的贡献。　参考文献：　［１］刘会芬，宋章军．基于卡尔曼滤波的扫地机器人定位算法的研　究［Ｊ］．先进技术研究通报，２００９，３（７）：３４—３７．　［２］程小辉，李明强，沈旭．基于ＡＴ８９Ｃ５１单片机嵌人式系统硬件平　台的设计［Ｊ］．自动化与仪表，２００５（４）：１２—１５．　［３］贺红林，赵淳生．机器人的超声电机驱动及其控制研究［Ｊ］．压　电与声光，２００５（６）：６９４—６９７．　［４］谢瑞霞．模糊神经网络在机器人控制中的应用［Ｊ］．汁算机系　统应用，２００８（１０）：８８—９１，１０２．　［５］代颖，旋颂椒．模的机器人鲁棒自适应分散控制策略［Ｊ］．上海　交通大学学报。２０００，３４（１２）：１６９４—１６９８．　责任编辑：么丽苹　（上接第１９５页）　术［Ｊ］．上海航天，２００７（６）：４９—５５．　［５］Ｐｅｔｅｒ　Ｒｉｎｄｅｒ，Ｎｉｅｏｌａｊ　Ｂｅｔｅｌｓｅｎ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ＧＰＳ　４　结束语　改进的捕获算法基于并行码相位搜索算法，针　对收发端载波不同的问题，在产生本地副载波时分　别产生Ｉ路和Ｑ路两路信号，分别基于捕获算法，最　后对捕获到的峰值进行比较，这样可以选择最优的　捕获结果．　参考文献：　［１］Ｓｃｏｔｔ　Ｇｌｅａｓｏｎ，Ｄｅｍｏｒ　Ｇｅｂｒｅ—Ｅ　ａｂｂｅｒ．ＧＮＳＳ应用与方法［Ｍ］．电　子工业出版社，２０１１：１６—２２．　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ［Ｃ］．Ａａｌｂｏｒｇ：Ａａｌｂｏｒｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００４．　［６］Ａｋｏｐｉａｎ　Ｄ．Ｆａｓｔ　ＦＦＴｒ　ｂａｓｅｄ　ＧＰＳ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．　Ｓｏｎａｒ　ａｎｄ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ，２００５（８）：２７７—２８６．　［７］杨俊，武奇生．ＧＰＳ基本原理及其Ｍａｔｌａｂ仿真［Ｍ］．西安：西安电　子科技大学出版社，２００６：１２６—１８１．　［８］刑兆栋．ＢＯＣ导航信号处理方法及卫星导航数据的传输［Ｄ］．北　京：北京航空航天大学，２００６：５８—７３．　［９］Ｋａｉ　Ｂｏｒｒｅ，Ｄｅｎｎｉｓ　Ｍ　ＡＫｏｓ，ｅｔ　ａ１．软件定义的ＧＰＳ和伽利略接收　机［Ｍ］．杨东凯，等译．北京：国防工业出版社，２００９．　［１Ｏ］Ｊｕｌｉｅｎ　Ｏ，Ｃａｎｎｏｎ　Ｍ　Ｅ，Ｌａｅｈａｐｅｌｌｅ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ａ　Ｎｅｗ　Ｕｎａｍｂｉｇｕｏｕｓ　ＢＯＣ（ｎ，ｎ）Ｓｉｇｎａｌ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［ｃ］／／Ｅｕｒｏｐｅ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ＧＮＳＳ　２００４．２００４：１７—１９．　［２］杨力．基于ＢＯＣ调制的导航信号同步接收关键技术研究［Ｉ）］．　南京：南京理工大学，２００９．　［３］楚横林，李春霞．ＢＯＣ调制导航信号关键技术研究［Ｊ］．无线电　工程，２０１０，４０（６）：３４—３８．　责任编辑：薛慧心　［４］王智，耿相铭．Ｇａｌｉｌｅｏ卫星导航系统中的ＢＯＣ调制与接收技　一】９８一