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小型清扫机器人控制部分设计.doc
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小型清扫机器人控制部分设计.doc
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目录
摘要----------------------------------------------------------------------1
ABSTRACT------------------------------------------------------------------2
第一章 绪论-------------------------------------------------------------------3
1.1 国内产品研究状况 -------------------------------------------------------3
1.2 研究的目的和意义--------------------------------------------------------4
1.3 设计的重点和难点--------------------------------------------------------4
1.4 家庭清扫机器人的关键技术 ------------------------------------------------4
1.5 总结也展望--------------------------------------------------------------5
� 发展趋势--------------------------------------------------------------5
� 展望------------------------------------------------------------------5
1.6 论文主要完成工作 --------------------------------------------------------6
第二章 总体结构设计-----------------------------------------------------------7
2.1 整体结构布局 ------------------------------------------------------------7
2.2 驱动部分 ----------------------------------------------------------------9
2.3 吸尘部分 ---------------------------------------------------------------10
2.4 电源部分 ---------------------------------------------------------------10
2.5 路径规划算法 -----------------------------------------------------------11
2.6 仿真结果 ---------------------------------------------------------------13
第三章 硬件控制部分设计------------------------------------------------------11
3.1 AT89 系列单片机简介 ---------------------------------------------------14
3.2 外围电路---------------------------------------------------------------15
(1)电源------------------------------------------------------------------15
(2)复位电路--------------------------------------------------------------16
(3)时钟电路--------------------------------------------------------------17
3.3 电机驱动电路 ----------------------------------------------------------18
3.4 检测电路 --------------------------------------------------------------20
3.5 光电编码器-------------------------------------------------------------23
第四章 控制系统软件设计-----------------------------------------------------25
4.1 控制系统软件设计 -------------------------------------------------------25
4.2 AT89C51 定时器设置 -----------------------------------------------------27
1.计数寄存器 TH 和 TL -----------------------------------------------------28
2.T/C 控制寄存器 TCON-----------------------------------------------------28
3.T/C 方式控制寄存器 TMOD-------------------------------------------------28
4.3 AT89C51 中断设置 ------------------------------------------------------29
(1)中断允许寄存器--------------------------------------------------------29
(2)中断优先级寄存器 IP ---------------------------------------------------30
4.4 正反转控制字赋值及存储位置 --------------------------------------------31
第五章 机器人旋转偏差和直线前行偏差的脉冲数计算------------------------------33
第六章 程序的编写-----------------------------------------------------------35
参考文献:--------------------------------------------------------------------40
致谢-------------------------------------------------------------------------41
小型清扫机器人的控制部分设计
摘要
清扫机器人属于服务机器人的一种,世界各国尤其是西方发达国家都在致力
于研究开发和广泛使用服务机器人。如果清扫机器人的性价比足够高,那么清扫
机器人的市场将会被看好。
本文介绍了清洁机器人在国内外发展现状和应用情况,侧重研究了清洁机器
人的避障控制系统。结合实验室实际条件,设计了机器人样机。其主要工作内容
包括:小车机械本体设计、控制理论的介绍、AT89C51 单片机控制系统硬件电路及
检测电路设计、控制系统软件设计和机器人避障性能测试试验。
通过实验表明所设计的机器人样机能够实现自主避碰的功能,达到设计要求。
关键词:清洁机器人;避障;AT89C51 单片机
Small cleaning robot control section design
Abstract
Cleaning robot is one part of the serving robot..Serving robot is
beingresearched and developed in the countries all over the world,and which is
beingused widely in the west developed countries.If the rate of quality and
price of thecleaning robot is highly enough ,the market of the cleaning robot
would beprospered.
The paper studies the applications and developments of cleaning robot athome and
abroad, and researches the control system of the cleaning robot avoidinga
obstacle mainly.The model is designed under the actual condition of the lab. The
main work of the paper is as follows. The mechanical design of cleaning
robot,thetheory of the control system, the design of control system of hardware
circuit andsoftware based on AT89C51 SCM, the design of inspective circuit and
theexperiment of performance of the cleaning robot avoiding a obstacle.
The result of the experiment shows that the robot designed has the functionsof
avoiding a obstacle, so it fills the demand of the task.
Key works: cleaning robot; avoid a obstacle; AT89C51 SCM
第一章 绪论
1.1 国内产品研究状况
在国内的一些大学,如哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学等单
位也对清扫机器人进行了大量的研究并取得了一些成果,对清扫机器人相关技术
如机器感知、机器人导航和定位与路径规划、机器人控制、电源与电源管理、动
力驱动等技术的研究则更多,这些都为清扫机器人的研究开发和推广奠定了物质
基础和技术基础。
哈尔滨工业大学于 90 年代开始致力于这方面的研究,与香港中文大学合作,
联合研制开发出一种全方位移动清扫机器人。该机器人具有如下特点:采用全方
位移动技术,使机器人可执行对狭窄区域等死区的清扫任务;采用开放式机器人
铰制结构,实现硬件可扩展,软件可移植、可继承,使机器人作为服务载体具有
更好的功能适应性;在拥挤环境下的实时避障功能,能更好地适应不断变化的清
扫工作环境;遥控操作和自主运动两种运行方式;吸尘机构可实现吸尘腔路的自
动转换,提高了吸尘效率。
浙江大学于 1999 年初在浙江大学机械电子研究所开始进行智能吸尘机器人
的研究,两年后设计成功国内第一个具有初步智能的自主吸尘机器人。这种智能
吸尘机器人工作时,首先进行环境学习:利用超声波传感器测距,与墙保持一定
距离行走,在清洁这些角落的同时获得房间的尺寸信息,从而决定清扫时间;之
后,利用随机和局部遍历规划相结合的策略产生高效的清扫路径;清扫结束以后,
自行回到充电座补充电力。吸尘机器人在 5.5×3.5m2 的实际家庭环境中,工作 10
分钟可以达到 90%以上的覆盖率。更大房间的清扫试验还没有进行。目前,系统正
在引入机器视觉和全局
图 1 国内公司生产的机器人 KV8
Fig1-7 robots domestic production KV8
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老帽爬新坡
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