隨著人們生活水平的日益æ高,我國人å£çš„è€é½¡åŒ–也越來越明顯,å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººä½œç‚ºæœå‹™(wù)æ©Ÿå™¨äººçš„ä¸€ç¨®ï¼Œèƒ½å¤ ä»£æ›¿äººé€²è¡Œæ¸…æŽƒæˆ¿é–“ã€è»Šé–“ã€å¢»å£ç‰ä¸€äº›ç°¡å–®å‹žå‹•ã€‚
使æœå‹™(wù)æ©Ÿå™¨äººæœ‰äº†å»£é—Šçš„å¸‚å ´ï¼Œå·²æˆç‚ºä¸€äº›ä¼æ¥(yè)å’Œç§‘ç ”é™¢æ‰€ç ”ç©¶çš„ç„¦é»žã€‚ç›®å‰å¸‚å ´ä¸Šçš„å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººé›–然也具有智能性,但大多由于çµ(jié)構(gòu)ä¸ç›¡åˆç†ã€é€šç”¨æ€§å·®ã€é›†æˆåº¦é«˜è€Œå°Žè‡´æˆæœ¬é«˜ï¼Œä¸åˆ©äºŽæ™®åŠã€‚åœ¨ç ”ç©¶ç¸½çµ(jié)å¸‚å ´ä¸Šç›¸å°æˆç†Ÿç”¢(chÇŽn)å“的基礎(chÇ”)上,基于ARMCortex-M3處ç†å™¨è¨(shè)計一款具備自我導航功能的室內(nèi)å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººã€‚外形緊湊ã€çµ(jié)構(gòu)ç°¡å–®ã€é‹è¡Œå¹³ç©©(wÄ›n)ã€å™ªéŸ³å°ï¼Œå¹¶ä¸”æˆæœ¬ä½Žï¼Œæ“作方便,還具有å¯æ“´å±•æŽ¥å£ï¼Œç”¨æˆ¶èƒ½å¤ æ ¹æ“š(jù)實際需è¦å°å…¶åŠŸèƒ½åšé€²ä¸€æ¥é–‹ç™¼(fÄ)。
1ã€å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººç¸½é«”構(gòu)æˆ
并è¯(lián)分æ€æ©Ÿå™¨äººé›»æ©Ÿåˆ©ç”¨ARMCortex-M3處ç†å™¨è¨(shè)計一款應(yÄ«ng)用于室內(nèi)的移動清潔機器人,主è¦ä»»å‹™(wù)æ˜¯èƒ½å¤ è‡ªä¸»æ¸…æŽƒæˆ¿é–“ï¼Œå› æ¤æ‡‰(yÄ«ng)該具備以下功能:
能æ£ç¢ºåˆ¤æ–·æ©Ÿå™¨äººæ‰€è™•çš„房間和在房間ä¸æ‰€è™•çš„æ–¹ä½ï¼›
能æ£ç¢ºæª¢æ¸¬å‡ºæˆ¿é–“å…§(nèi)的墻å£ã€å®¶å…·ç‰éšœç¤™ç‰©ï¼›
在游æ·å®Œæ‰€æœ‰æˆ¿é–“完æˆæ¸…掃任務(wù)åŽèƒ½è‡ªä¸»å›žåˆ°å‡ºç™¼(fÄ)點,關(guÄn)機。
食å“分æ€æ©Ÿå™¨äººéŠ·å”®å•†ç‚ºäº†é˜²æ¢æ©Ÿå™¨äººåœ¨å·¥ä½œæ™‚出ç¾(xià n)å µè½‰(zhuÇŽn)ç¾(xià n)象,并且能自由進入一些家具比如沙發(fÄ)ã€æ¡Œåç‰çš„底下,å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººä¸èƒ½å¤ªé«˜ï¼Œå¤–形采用åŠåœ“柱形。底盤由四個輪åå…±åŒæ”¯æ’,其ä¸å·¦å³å…©å´(cè)為驅(qÅ«)動輪,分別由兩個微型直æµé›»æ©Ÿç›´æŽ¥é©…(qÅ«)動,å‰åŽå…©å€‹è¬å‘輪起到支æ’和導å‘的作用。采用碰撞ã€ç´…外傳感器ã€è¶…è²æ³¢ç‰çµ„æˆå¤šå‚³æ„Ÿå™¨ç³»çµ±(tÇ’ng)。在機器人的上方è£æœ‰ç´…外接收傳感器,底盤邊緣å‡å‹»åˆ†å¸ƒè£æœ‰æŽ¥è¿‘傳感器,用來檢測障礙物;在機器人的å‰æ–¹è£æœ‰ç¢°æ’žå‚³æ„Ÿå™¨ï¼›å‰æ–¹å’Œå·¦å³è£æœ‰è¶…è²æ³¢æ¸¬è·å‚³æ„Ÿå™¨ï¼Œç”¨ä¾†æª¢æ¸¬å‘¨åœç’°(huán)境。
分æ€æ©Ÿå™¨äººèƒ½è˜åˆ¥å•†å“大å°å—Žç¸½é«”框架è¨(shè)計如圖1所示。
2ã€ç¡¬ä»¶ä¸»é«”è¨(shè)計
硬件系統(tÇ’ng)主è¦ç”±ARMCortex-M3處ç†å™¨ã€å‚³æ„Ÿå™¨æ¨¡å¡Šã€é›»æ©Ÿé©…(qÅ«)動模塊ã€äººæ©Ÿäº¤äº’模塊ã€ç„¡ç·šé™æŽ§ç™¼(fÄ)射模塊組æˆã€‚
2.1ARMCortex-M3處ç†
機器人控制系統(tÇ’ng)的主è¦ä»»å‹™(wù)æ˜¯æ ¹æ“š(jù)傳感器和編碼器ç‰å饋回來的數(shù)æ“š(jù),進行清掃路徑è¦(guÄ«)劃,控制清掃ã€å¸å¡µæ©Ÿæ§‹(gòu),完æˆå„種控制動作。è¨(shè)計åˆé©çš„人機接å£ï¼Œåœ¨LCD上顯示機器人狀態(tà i)å’Œé‹è¡Œæ™‚é–“ã€‚å› æ¤ï¼Œæ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶ç³»çµ±(tÇ’ng)包括傳感器模塊,電機驅(qÅ«)動模塊,紅外é™æŽ§æŽ¥æ”¶æ¨¡å¡Šã€LED指示燈和液晶顯示模塊。采用ARMCortex-M3處ç†å™¨ä½œç‚ºæ©Ÿå™¨äººæŽ§åˆ¶ç³»çµ±(tÇ’ng)çš„æ ¸å¿ƒï¼Œä¸»è¦æ˜¯ä½Žæˆæœ¬ã€å°ç®¡è…³æ•¸(shù)和低功耗,并且具有極高的é‹ç®—能力和極強的ä¸æ–·éŸ¿æ‡‰(yÄ«ng)能力,工作電æµåƒ…為50mA.
2.2電機模塊
分æˆå°é›»æ©Ÿé©…(qÅ«)動電路和兩路大功率驅(qÅ«)å‹•æ¿ï¼ŒåŒ…括用于行走的兩個å°ç›´æµé›»æ©Ÿå’Œç”¨äºŽå¸å¡µçš„大功率無刷直æµé›»æ©Ÿã€æŽƒåœ°çš„ç›´æµæ»¾åˆ·é›»æ©Ÿã€æŽƒé‚Šè§’çš„ç›´æµé‚Šåˆ·é›»æ©Ÿã€‚å› ç‚ºé›»æ©Ÿåˆ†åˆ¥æ±ºå®šæ©Ÿå™¨äººçš„è¡Œèµ°è·¯å¾‘å’Œå¸å¡µåŠŸçŽ‡ï¼Œæ‰€ä»¥è¨(shè)計了專門的驅(qÅ«)å‹•æ¿ï¼Œå¦‚圖2所示。行走模塊的è¨(shè)計å°å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººé¿éšœè¦(guÄ«)劃有著至關(guÄn)é‡è¦çš„作用,我們將å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººè¨(shè)計æˆä¸€å€‹é–‰ç’°(huán)控制,主è¦åŒ…括驅(qÅ«)動電路和光電編碼å饋電路。光電編碼å饋電路通éŽè¨ˆç®—å饋回來的脈沖數(shù)é‡å’Œç›¸ä½è€Œå¾—到當å‰çš„電機速度。芯片最高å¯ä»¥é©…(qÅ«)å‹•25V的電機,å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººé‡Œè¡Œèµ°é›»æ©Ÿçš„工作電壓為24V,芯片的電壓為5V,芯片輸出的PWM波轉(zhuÇŽn)化æˆå¤§é›»å£“PWM波控制電機。其極é™åƒæ•¸(shù)如表1所示。
2.3傳感器模塊
主è¦åŒ…括3部分:用于測é‡å’Œæ„ŸçŸ¥éšœç¤™ç‰©çš„超è²æ¨¡å¡Šã€ç´…外和碰撞傳感器,用于狀態(tà i)æª¢æ¸¬çš„å‚³æ„Ÿå™¨ï¼ˆæª¢æ¸¬é›»æ± é›»é‡ã€å¡µæ¡¶ã€é›»æ©Ÿå µè½‰(zhuÇŽn)懸空)。傳感器模塊使機器人å°å‘¨åœç’°(huán)境åšå‡ºæ£ç¢ºåˆ¤æ–·ï¼Œç‚ºé †åˆ©å®Œæˆä»»å‹™(wù)æ供智能決ç–。
超è²æ³¢æ¸¬è·å‚³æ„Ÿå™¨æ¨¡å¡Š
室內(nèi)å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººç”±äºŽå·¥ä½œç’°(huán)å¢ƒçš„åŽŸå› ï¼Œå¿…é ˆå…·å‚™æª¢æ¸¬å„種大å°ã€é«˜ä½Žã€é¡è‰²çš„障礙物,超è²æ³¢æ˜¯ä¸€ç¨®éžæŽ¥è§¸å¼çš„檢測技術(shù),在空氣ä¸å‚³æ’ä¸å—光線ã€ç…™éœ§ã€é›»ç£å ´ç‰å¤–ç•Œå› ç´ çš„å¹²æ“¾ï¼Œèˆ‡ç´…å¤–å‚³æ„Ÿå™¨ç›¸æ¯”ï¼Œè¶…è²å‚³æ„Ÿå™¨æ„Ÿæ‡‰(yÄ«ng)è·é›¢æ›´é ,å¯é 性高,且æˆæœ¬ä½Žã€‚å› æ¤ï¼Œä½¿ç”¨é«˜ç²¾åº¦çš„超è²æ³¢æ¸¬è·ç³»çµ±(tÇ’ng)å¯ä»¥æœ‰æ•ˆåœ°å®Œæˆéšœç¤™ç‰©çš„檢測。
紅外和碰撞傳感器模塊
本å¸å¡µæ©Ÿå™¨äººåœ¨å·¥ä½œæ™‚å°äºŽé è·é›¢éšœç¤™ç‰©ä¸»è¦åˆ©ç”¨è¶…è²æ³¢æ¸¬è·ï¼Œä½†æ˜¯è¶…è²æ³¢å°è¿‘è·é›¢éšœç¤™ç‰©ä¸æ•æ„Ÿï¼Œæ‰€ä»¥å¢žè¨(shè)紅外模塊進行近è·é›¢æª¢æ¸¬ï¼Œæ ¹æ“š(jù)能é‡å射法è¨(shè)計紅外測é‡æ¨¡å¡Šã€‚機器人å‰åŽå®‰è£å…©çµ„紅外傳感器,æ¯çµ„由多é”14組紅外發(fÄ)射接收管組æˆï¼Œåœ¨æ©Ÿå™¨äººçš„上é¢å’Œåº•ç›¤å„安è£14個,æ¯ä¸Šä½å’Œä¸‹ä½çš„2個紅外發(fÄ)射和接收管并è¯(lián)并且指å‘åŒä¸€å€‹æ–¹å‘構(gòu)æˆä¸€çµ„,æ¯ä¸€çµ„電路å¯åˆ†ç‚ºé«˜é »è„ˆæ²–信號產(chÇŽn)生ã€ç´…外發(fÄ)射調(dià o)節(jié)與控制ã€ç´…外發(fÄ)å°„é©…(qÅ«)å‹•ã€ç´…外接收ç‰å¹¾å€‹éƒ¨åˆ†ã€‚通éŽ38kHz晶振和éžé–€é›»è·¯å¾—到一個38kHz的調(dià o)制脈沖信號;利用三極管驅(qÅ«)動紅外發(fÄ)射管的發(fÄ)射。發(fÄ)射管發(fÄ)出的紅外光經(jÄ«ng)物體åå°„åŽè¢«ç´…外接收模塊接收,通éŽæŽ¥æ”¶é å…§(nèi)部自帶的集æˆé›»è·¯è™•ç†åŽè¿”回一個數(shù)å—信號,輸入到微控制器的I/Oå£ï¼Œå¦‚圖5所示。
接收é 如果接收到38kHz的紅外脈沖就會返回輸出低電平,å¦å‰‡å°±æœƒè¼¸å‡ºé«˜é›»å¹³ã€‚通éŽå°I/Oå£çš„檢測,便å¯ä»¥åˆ¤æ–·ç‰©é«”的有無。這樣一共å¯ä»¥æª¢æ¸¬14個方å‘,覆蓋360°范åœã€‚機器人å°å‰åŽçš„è¿‘è·é›¢éšœç¤™ç‰©éƒ½èƒ½æª¢æ¸¬ï¼Œå‰é€²åŽé€€éƒ½èƒ½å·¥ä½œï¼Œé€™ç¨®ç”±2個紅外接收管組æˆæ¸¬éšœå‚³æ„Ÿå™¨æœ‰æ•ˆè·é›¢æŽ¥è¿‘2mï¼Œå¹¶ä¸”é‚„èƒ½å¤ åœ¨çƒéžå¸¸è¿‘的范åœå…§(nèi)讀å–障礙物è·é›¢çµ(jié)果。
在機器人的左å‰ã€å·¦åŽã€å³å‰ã€å³åŽ4個方ä½å®‰è£å››å€‹ç¢°æ’žé–‹é—œ(guÄn),通éŽé‡‡é›†æ¨¡æ“¬å£ä¸Šé›»å£“值的變化,判斷出其ä¸çš„一個或幾個碰撞開關(guÄn)é–‰åˆï¼Œå¾žè€Œæª¢æ¸¬å‡ºå“ªå€‹æ–¹å‘有碰撞發(fÄ)生。
2.4人機交互模塊
液晶顯示和éµç›¤è¼¸å…¥ï¼šå…©è€…é…åˆä½¿ç”¨å¯ä»¥è¨(shè)置機器人å„種åƒæ•¸(shù),如自主啟動ã€è¨(shè)置工作時間ç‰ã€‚
ç„¡ç·šé™æŽ§æ¨¡å¡Šï¼šç´…外é™æŽ§ä½¿æ©Ÿå™¨äººçš„ä½¿ç”¨æ›´åŠ æ–¹ä¾¿ç°¡å–®ï¼Œç™¼(fÄ)å°„è·é›¢è¶…éŽ10m,能滿足需è¦ã€‚
3ã€çµ(jié)語
通éŽé€™æ¨£çš„硬件è¨(shè)計,清潔機器人控制系統(tÇ’ng),既能滿足良好的實用性,還é™ä½Žäº†æˆæœ¬ï¼Œå·¥ä½œç©©(wÄ›n)定å¯é 。機器人傳感器模塊能精確定ä½éšœç¤™ç‰©ï¼Œé€šéŽè»Ÿä»¶ç–略能實ç¾(xià n)良好的é¿éšœã€‚å°å°‡ä¾†å®¶ç”¨æœå‹™(wù)æ©Ÿå™¨äººçš„ç ”ç©¶èˆ‡é–‹ç™¼(fÄ)有著é‡è¦ç¾(xià n)實æ„義
京æ±è²¨ç‰©åˆ†æ€æ©Ÿå™¨äººåˆ†æ€æ©Ÿå™¨äººç•¢æ¥(yè)è¨(shè)計全自動分æ€æ©Ÿå™¨äººçš„原ç†åœ–