吸塵機器人控制系統(tǒng)設計

引 言
隨著人口的老齡化和社會福利制度的完善，導致勞動力成本的急劇上升，一些簡單的重復性的體力勞動為服務機器人提供了廣闊的市場。清潔機器人是服務機器人的一種，可以代替人進行清掃房間、車間、墻壁等。提出一種應用于室內(nèi)的移動清潔機器人的設計方案。其具有實用價值。室內(nèi)清潔機器人的主要任務是能夠代替人進行清掃工作，因此需要有一定的智能。清潔機器人應該具備以下能力：能夠自我導航，檢測出墻壁，房間內(nèi)的障礙物并且能夠避開；能夠走遍房間的大部分空間，可以檢測出電池的電量并且能夠自主返回充電，同時要求外形比較緊湊，運行穩(wěn)定，噪音小；要具有人性化的接口，便于操作和控制。結合清潔機器人主要功能探討其控制系統(tǒng)的硬件設計。

1 測控系統(tǒng)及功能
為了使吸塵機器人運動更加流暢，防止出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象，把吸塵機器人外觀設計成扁圓柱形的，扁圓形的設計可以使其自由進入沙發(fā)、床和家具底下，把一些邊角都能夠清掃干凈。與地面平行的圓形底盤由三個輪子共同支撐，左右兩側的為驅動輪，分別由兩個微型直流電機直接驅動，前面的支撐輪為萬向輪。機器人的這種外形和車輪布局可使其方便地實現(xiàn)原地轉彎，大大提高了行走的靈巧性，這在空間范圍較小的地方更為突出。采用碰撞、超聲波和紅外傳感器組成多傳感器系統(tǒng)，在機器人的上方裝有紅外接收裝置；在機器人的底部邊緣．每隔45°裝有接近傳感器，用來檢測臺階，防止跌落；在機器人的前方裝有碰撞傳感器，前方和左右裝有超聲波傳感器，用來檢測周圍環(huán)境。機器人上裝有電源管理系統(tǒng)，如果電壓過低會停止清掃，并且去自動充電。
1．1 微控制器
傳統(tǒng)的微處理器如51系列雖然開發(fā)周期短，成本低，但其實時性不好，難以實現(xiàn)復雜的控制算法；另外，增加的外圍電路數(shù)據(jù)轉換速度慢，使機器人的性能得不到充分的發(fā)揮。高速DSP的出現(xiàn)雖然使得系統(tǒng)模塊化和全數(shù)字化，但其開發(fā)成本高。與DSP具有同等性能的ARM微處理器資源豐富，具有很好的通用性，其主要技術優(yōu)點是高性能，低價格，低功耗，廣泛地應用于各個領域，因此將ARM應用于機器人控制系統(tǒng)不失為一種好的策略。LPC2210是飛利浦帶有一個支持實時仿真和跟蹤的ARM7TDMI-S微處理器，其采用3級流水線技術，能夠并行處理指令。由于具有非常小的尺寸和極低的功耗，多個32位定時器、PWM輸出和32個GPIO使它特別適用于工業(yè)控制和小型機器人系統(tǒng)，滿足了機器人對控制器運算速度的要求。以LPC2210為核心。設計結構簡單，性能穩(wěn)定的清潔機器人車體系統(tǒng)。
機器人控制系統(tǒng)主要完成的任務：接收傳感器和編碼器傳來的數(shù)據(jù)，綜合處理進行清掃路徑規(guī)劃；驅動左右輪前進行走，控制清掃、吸塵機構，完成各種底層控制動作；設計合適的人機接口，在LCD上顯示機器人狀態(tài)和運行時間。因此，機器人控制系統(tǒng)包括傳感器模塊，電機驅動模

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