掃地機(jī)器人的工作原理流程圖：掃地機(jī)器人—傳感器原理、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)解析

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，服務(wù)機(jī)器人開辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。

　　自動(dòng)進(jìn)行房間地面清潔的自動(dòng)掃地機(jī)器人，集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自動(dòng)掃地作為智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者，掃地機(jī)器人，又稱自動(dòng)打掃機(jī)、智能吸塵、機(jī)器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。

　　本設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人采用刷掃吸塵方式，機(jī)身為無線機(jī)器，以圓盤型為主，使用充電電池運(yùn)作，操作方式使用遙控器、或是按機(jī)器上的操作面板相應(yīng)按鈕。本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人可設(shè)定時(shí)間預(yù)約打掃，自行充電。前方設(shè)置超聲破測(cè)距傳感器，可偵測(cè)障礙物，如碰到墻壁或其他障礙物，會(huì)自行轉(zhuǎn)彎，從室內(nèi)邊沿開始走矩形路線，有規(guī)劃清掃地區(qū)。下面隨賢集網(wǎng)小編一起來了解掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)。

　　掃地機(jī)器人的工作原理

　　掃地機(jī)器人由微電腦控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航并對(duì)地面進(jìn)行清掃和吸塵，通過碰撞頭實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避和繞過可以使所到角落得到清潔，同時(shí)兩個(gè)超大邊掃輪的設(shè)計(jì)，可使角落和地面掃的更徹底，更干凈，兩個(gè)清掃輪的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，更使得垃圾不會(huì)從機(jī)體底部溜掉，清潔更完善，同時(shí)清掃吸塵一體的雙重作用，使掃起來的塵土更有規(guī)律和順暢的進(jìn)入垃圾收集盒內(nèi)，并且通過在前輪和清掃輪動(dòng)力箱內(nèi)上安裝光電傳感器，可以使該機(jī)器人擁有自動(dòng)防機(jī)體卡死和掃輪卡死的功能，當(dāng)被卡住使其自動(dòng)后退或關(guān)機(jī)，并在碰撞頭上裝有紅外反射探測(cè)器，可自動(dòng)判斷前方是否懸崖，并自動(dòng)繞開。

　　掃地機(jī)器人的特點(diǎn)：

　　1、掃地省時(shí)、省力、提高工作效率、能源利用率：整個(gè)清潔過程不需要人控制，減輕人的操作負(fù)擔(dān)，人們可以利用節(jié)省的時(shí)間做其他有意義的事。

　　2、低噪音：小于50分貝，清潔房間的過程免受噪音之苦。

　　3、凈化空氣：內(nèi)置活性碳、吸附空氣中有害物質(zhì)。

　　4、輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角。

　　掃地機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

　　掃地機(jī)器人系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成：移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)。

　　移動(dòng)機(jī)構(gòu)是掃地機(jī)器人的主體，決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)。

　　感知系統(tǒng)一般采用超聲波測(cè)距儀、接觸和接近覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機(jī)等。

　　隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，掃地機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。掃地機(jī)器人的控制與工作環(huán)境往往是不確定的或多變的，因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性以及清潔度。用傳感器探測(cè)環(huán)境、分析信號(hào)，以及通過適當(dāng)?shù)慕７椒▉砝斫猸h(huán)境，具有特別重要的意義。近年來對(duì)智能機(jī)器人的研究表明，對(duì)于工作在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的自主式移動(dòng)機(jī)器人，要進(jìn)一步提高其自動(dòng)化程度，主要依靠模式識(shí)別及障礙物識(shí)別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及適當(dāng)人工智能方法，還需要進(jìn)一步開發(fā)全局模型，從而為機(jī)器人獲取全局信息。

　　目前發(fā)展較快、對(duì)掃地機(jī)器人發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是：傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、掃地技術(shù)、電源技術(shù)等。

　　掃地機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　掃地機(jī)器人主要包括以下幾部分：

　　1、個(gè)行走驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動(dòng)。殼體前端和側(cè)面裝有紅外開關(guān)，作為碰撞檢測(cè)傳感器。底面的3個(gè)紅外開關(guān)作為臺(tái)階檢測(cè)傳感器，防止跌落。驅(qū)動(dòng)輪上裝有光電編碼盤，可以對(duì)輪速進(jìn)行檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。同時(shí)還擴(kuò)展了超聲波傳感器，用于精確定位的需要；

　　2、清掃機(jī)構(gòu)。用電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)清掃刷，使左面清掃刷順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以在清掃灰塵時(shí)將灰塵集中于吸風(fēng)口處，為掃地機(jī)構(gòu)的工作做準(zhǔn)備；

　　3、掃地機(jī)構(gòu)。制造強(qiáng)大的吸力，將灰塵吸入灰塵存儲(chǔ)箱中；

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　4、擦地機(jī)構(gòu)。在清掃、掃地之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在 地面上的細(xì)小灰塵，保證清潔工作的質(zhì)量。

　　掃地機(jī)器人的工作流程

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　1、首先可以通過鍵盤或者遙控器啟動(dòng)清潔機(jī)器人，讓它開始清掃工作。

　　2、機(jī)器人一旦開始工作，便控制清掃機(jī)構(gòu)進(jìn)行清掃、掃地機(jī)構(gòu)開始掃地、擦地機(jī)構(gòu)開始擦地。

　　3、機(jī)器人開始工作，傳感探測(cè)模塊就開始不斷地采集外部信息，送到CPU進(jìn)行分析和決策產(chǎn)生機(jī)器人行走的路徑。

　　4、當(dāng)路徑規(guī)劃需要機(jī)器人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的時(shí)候。CPU就分別改變左右輪的速度，通過差速來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

　　5、工作期間機(jī)器人可以通過LCD顯示一些相關(guān)信息（比如工作模式、工作計(jì)時(shí)或溫度）。

　　6、遙控器除了可以控制清潔機(jī)器人的啟停，還可以對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)，讓機(jī)器人在一定時(shí)間后開始工作或者工作一定時(shí)間后停止工作。

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　機(jī)器人利用安裝的各類傳感器來獲取室內(nèi)環(huán)境以及自身的基本信息，如障礙物的位置、自身走過的距離等；然后根據(jù)獲得的信息，選定相應(yīng)的控制策略；通過以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)進(jìn)行障礙物判斷、避障策略選擇和運(yùn)動(dòng)行走實(shí)施。機(jī)器人面板上有控制其開始/停止工作的按鍵。同時(shí)也可以通過遙控來控制，遙控還可以用來對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定時(shí)，LCD實(shí)時(shí)的顯示定時(shí)的倒記時(shí)和當(dāng)前的溫度值。

　　掃地機(jī)器人傳感器系統(tǒng)

　　任何機(jī)器人都離不開傳感器，機(jī)器人要具備智能行為必須不斷感知外界環(huán)境，從而做出相應(yīng)的決策行為。

　　超聲波傳感器

　　超聲波是一種一定頻率范圍的聲波它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質(zhì)的界面處，會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象利用這一特性，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用其具體的計(jì)算公式如下：

　　s＝v×t／2

　　注：s：為障礙物與吸塵器之間的距離；

　　t：為發(fā)射到接收經(jīng)歷的時(shí)間；

　　v：為聲波在空氣中傳播的速度

　　在掃地機(jī)器人中，避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測(cè)距的原理它的傳感器部分由三對(duì)（每對(duì)包括一個(gè)發(fā)射探頭和一個(gè)接收探頭）共六個(gè)超聲波傳感頭組成由單獨(dú)的振蕩電路產(chǎn)生頻率固定為40kHz，幅值為5V的超聲波信號(hào)在控制器送來的路選信號(hào)的作用下，40kHz的振蕩信號(hào)被加在超聲發(fā)射探頭的兩端，從而產(chǎn)生超聲信號(hào)向外發(fā)射；該信號(hào)遇到障礙物時(shí)，產(chǎn)生反射波，當(dāng)這一反射波被接收器接收后，根據(jù)前述測(cè)距的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠(yuǎn)近；同時(shí)，根據(jù)信號(hào)的幅值大小，也可以初步確定障礙物的大小。

　　超聲波傳感器采用直接反射式的檢測(cè)模式。位于傳感器前面的被檢測(cè)物通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測(cè)到被測(cè)物，經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)處理判斷前方物體的大小、遠(yuǎn)近及大體屬性。

　　紅外測(cè)距傳感器

　　紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。紅外測(cè)距傳感器具有一對(duì)紅外信號(hào)發(fā)射與接收二極管，發(fā)射管發(fā)射特定頻率的紅外信號(hào)，接收管接收這種頻率的紅外信號(hào)，當(dāng)紅外的檢測(cè)方向遇到障礙物時(shí)，紅外信號(hào)反射回來被接收管接收，經(jīng)過處理之后，即可利用紅外線的返回信號(hào)來識(shí)別周圍環(huán)境的變化。

　　接觸式傳感器

　　接觸式厚度傳感器，通常采用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍耳式位移傳感器等（見位移傳感器）進(jìn)行接觸式厚度測(cè)量。為了連續(xù)測(cè)量移動(dòng)著的物體的厚度，常在位移傳感器的可動(dòng)端頭上安裝滾動(dòng)觸頭，以減少磨損。接觸式厚度傳感器可測(cè)量物體高度，空間大小。全能清潔機(jī)器人可利用這一點(diǎn)探測(cè)障礙物的高度，進(jìn)一步做出判斷發(fā)揮它的功能。

　　紅外光電傳感器

　　把渾濁度傳感器的外殼固定在被測(cè)箱體內(nèi)，采用一定波長的紅外發(fā)光二極管作為檢測(cè)光源，穿透被測(cè)溶液，檢測(cè)其透射光強(qiáng)來檢測(cè)溶液渾濁度的程度。紅外發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光穿透被測(cè)溶液的介質(zhì)，被接收端的光電三極管接受，產(chǎn)生光電流。由于溶液含有的介質(zhì)、灰塵的顆粒大小、密度不同，光電三極管的光電流近似為線性變化。經(jīng)濾波后輸出，即得到與渾濁度相關(guān)的檢測(cè)信號(hào)。

　　防碰撞傳感器

　　因各種因素的影響，掃地機(jī)器人難免會(huì)有撞上障礙物的可能。為了處理這種情況，我們利用光電開關(guān)傳感器來感應(yīng)車體受到的碰撞，及碰撞的大概位置，以使掃地機(jī)器人做出相應(yīng)的決策。

　　在掃地機(jī)器人的前端設(shè)計(jì)了約180°的碰撞板，在碰撞板左右兩側(cè)各裝有一個(gè)光電開關(guān)。光電開關(guān)由一對(duì)紅外發(fā)射對(duì)管組成，發(fā)光二極管發(fā)射的紅外光線通過掃地機(jī)器人機(jī)身特制的小孔被光敏二極管接受，當(dāng)機(jī)身碰撞板受到碰撞時(shí)，碰撞板就會(huì)擋住機(jī)身特制小孔，阻礙紅外線的接受從而向控制系統(tǒng)傳達(dá)信息。光電開關(guān)工作原理如圖所示。此結(jié)構(gòu)可避免測(cè)量盲區(qū)帶來的誤差。掃地機(jī)器人在任何方向上的碰撞，都會(huì)引起左右光電開關(guān)的響應(yīng)，從而根據(jù)碰撞的方向做出相應(yīng)的反應(yīng)。

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　　防跌落傳感器

　　為了防止掃地機(jī)器人遇到臺(tái)階時(shí)跌落，在掃地機(jī)器人背面安裝3個(gè)防跌落傳感器。防跌落傳感器安裝位置如圖所示。

　　防跌落傳感器也是利用超聲波進(jìn)行測(cè)距。當(dāng)掃地機(jī)器人行進(jìn)至臺(tái)階邊緣時(shí)，防跌落傳感器利用超聲波測(cè)得掃地機(jī)器人與地面之間的距離，當(dāng)超過限定值時(shí)，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向，改變掃地機(jī)器人前進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)防止跌落的目的。掃地機(jī)器人防止跌落示意圖如圖所示。

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　　防過熱傳感器

　　為了防止掃地機(jī)器人持續(xù)工作導(dǎo)致電機(jī)過熱，從而導(dǎo)致電路的燒毀，在掃地機(jī)器人電路板上安裝兩個(gè)溫度傳感器。當(dāng)掃地機(jī)器人工作一段時(shí)間電機(jī)溫度達(dá)到一定限度后一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器再控制掃地機(jī)器人停止工作，并運(yùn)行散熱風(fēng)扇進(jìn)行散熱。當(dāng)溫度降到一定程度后，另一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器在控制掃地機(jī)器人繼續(xù)工作。

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　　床底深度清掃

　　床底、沙發(fā)底、柜子底等地方相對(duì)較臟，因此這些地方需要重點(diǎn)清掃，以保證清潔度。為實(shí)現(xiàn)此功能，在掃地機(jī)器人正面安裝8個(gè)光敏傳感器。

　　掃地機(jī)器人在床底或柜子底開始工作后，光敏傳感器接收的光強(qiáng)較弱。當(dāng)掃地機(jī)器人運(yùn)行離開床底或柜子底時(shí)，光敏傳感器接收到的光強(qiáng)發(fā)生變化，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器發(fā)出控制信號(hào)，使掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，重新回到暗處，繼續(xù)進(jìn)行清掃。

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　　灰塵盒防滿傳感器

　　為了檢查掃地機(jī)器人灰塵盒中的灰塵是否裝滿，在灰塵盒兩側(cè)安裝變介質(zhì)型電容傳感器。當(dāng)灰塵盒中灰塵高度到達(dá)電容傳感器高度時(shí)，電容傳感器中的介質(zhì)發(fā)生改變，由于灰塵的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)不同，從而引起傳感器電容變化，傳感器將信號(hào)傳給控制器，控制器控制掃地機(jī)器人發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒主人應(yīng)該清理灰塵盒了。

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　　低電量自動(dòng)返回充電功能

　　掃地機(jī)器人所帶電池容量有限，所以就需要在電量低時(shí)自動(dòng)返回充電基座進(jìn)行充電再返回原位置繼續(xù)打掃。當(dāng)電量低于限定值時(shí)，控制器會(huì)向紅外線發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，紅外線發(fā)射器向四周發(fā)射紅外線。充電基座安裝有紅外線傳感器，感受到來自掃地機(jī)器人發(fā)射來的紅外線后，會(huì)向掃地機(jī)器人發(fā)射紅外線。掃地機(jī)器人內(nèi)部的紅外線傳感器接收到后會(huì)向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器就會(huì)控制掃地機(jī)器人按照接受到紅外線的方向找到充電基座，并自動(dòng)返回進(jìn)行充電。

　　邊緣檢測(cè)傳感器

　　邊緣檢測(cè)傳感器是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，開關(guān)的觸發(fā)端設(shè)計(jì)成一個(gè)滑輪結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人的兩側(cè)各裝有一個(gè)，用于保證機(jī)器人可以始終貼著墻的邊緣走。這樣就可以對(duì)墻壁邊緣死角部分進(jìn)行更好的清掃。

　　光電編碼器

　　光電編碼器是掃地機(jī)器人上的位置和速度檢測(cè)的傳感器，掃地機(jī)器人上的光電編碼器通過減速器和驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸相連，并以增量式編碼的方式記錄驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)的脈沖。由于光電編碼器和驅(qū)動(dòng)輪同步旋轉(zhuǎn)，利用碼盤、減速器、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪之間的物理參數(shù)，可將檢測(cè)到的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的角度，即機(jī)器人相對(duì)于某一參考點(diǎn)的瞬時(shí)位置，這就是所謂的里程計(jì)。光電編碼器已經(jīng)成為在電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部、輪軸，或在操縱機(jī)構(gòu)上測(cè)量角速度和位置的最普遍的裝置。因?yàn)楣怆娋幋a器是本體感受式的傳感器，在機(jī)器人參考框架中，它的位置估計(jì)是最佳的。

　　電子羅盤

　　電子羅盤是利用地磁場(chǎng)，檢測(cè)電子羅盤模塊相對(duì)于地磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)角度的傳感器。電子羅盤模塊是由高可靠性的磁性傳感器及驅(qū)動(dòng)芯片組成，集成度非常高，實(shí)現(xiàn)了高可靠性、高精度、強(qiáng)抗磁場(chǎng)干擾的數(shù)碼電子羅盤功能。電子羅盤模塊有兩個(gè)磁性傳感器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。磁性傳感器里面包含一個(gè)LR振蕩電路，當(dāng)磁性傳感器與地球磁感線平行方向夾角發(fā)生變化時(shí)，LR振蕩電路的磁感應(yīng)系數(shù)也會(huì)發(fā)生變化。驅(qū)動(dòng)芯片通過磁性傳感器磁感應(yīng)系數(shù)的變化可以計(jì)算出磁性傳感器與地球磁感線之間的夾角，驅(qū)動(dòng)芯片可以連接三個(gè)磁性傳感器，這三個(gè)磁性傳感器方向互為垂直，這樣就可以測(cè)量在三維方向上與地球磁感線的夾角，從而得到當(dāng)前的三維方向。電子指南針模組只要得到水平方向上與地球磁感線的夾角就可以測(cè)得方向。

　　陀螺儀

　　針對(duì)電子羅盤容易受到電磁干擾以及光電編碼器會(huì)受到輪子打滑等不確定因素造成的角度測(cè)量不準(zhǔn)的特點(diǎn)，確定物體的運(yùn)動(dòng)方向還需要一個(gè)傳感器，在上述情況發(fā)生時(shí)能夠精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)的角度。陀螺儀是用來測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的角度、角速度和角加速度的傳感器，它能夠有效解決上述問題。

　　掃地機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)

　　掃地機(jī)器人的路徑規(guī)劃就是根據(jù)機(jī)器人所感知到的工作環(huán)境信息，按照某種優(yōu)化指標(biāo)，在起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃出一條與環(huán)境障礙無碰撞的路徑，并且實(shí)現(xiàn)所需清掃區(qū)域的合理完全路徑覆蓋。

　　根據(jù)機(jī)器人對(duì)環(huán)境信息知道的程度不同，可以分為兩種類型：環(huán)境信息完全知道的全局路徑規(guī)劃和環(huán)境信息完全未知或部分未知，通過傳感器在線地對(duì)機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，以獲取障礙物的位置、形狀和尺寸等信息的局部路徑規(guī)劃。

　　對(duì)未知區(qū)域的邊沿學(xué)習(xí)

　　由于掃地器人采用的是紅外線傳感器，考慮到紅外線的探測(cè)范圍和清掃環(huán)境的未知性，采用了一種沿邊學(xué)習(xí)的方式，即讓清潔機(jī)器人從指定位置沿墻壁及其靠近墻壁的障礙物外緣按逆時(shí)針（或順時(shí)針）方向繞房行走一周，行走過程中實(shí)時(shí)記錄清潔機(jī)器人中心點(diǎn)的位置坐標(biāo)，這樣就可以大致描述出清掃環(huán)境的輪廓及靠墻障礙物的分布情況。并記錄下當(dāng)y坐標(biāo)達(dá)到最大值ymax時(shí)，x能達(dá)到的最大值xmax（考慮到障礙物可能存在于墻壁的右下角）。

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　在機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，采用角度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前的自身角度進(jìn)行檢測(cè)并由光電編碼器得到在該方向上運(yùn)行的位移，通過實(shí)時(shí)記錄，并對(duì)運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行積分，得到當(dāng)前位置。如下圖所示：

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　全區(qū)域覆蓋路徑規(guī)劃方案

　　為了使清潔機(jī)器人能按照我們所要求的工作模式進(jìn)行清掃，首先要規(guī)定其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如下圖所示：

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　若該區(qū)域內(nèi)無任何障礙物出現(xiàn)，則主要是控制程序驅(qū)動(dòng)掃地機(jī)器人在該區(qū)域內(nèi)做直線帶狀往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人前方的紅外傳感器檢測(cè)到其運(yùn)動(dòng)到x方向最大位置，則機(jī)器人繞右側(cè)輪子轉(zhuǎn)180°，在機(jī)器人轉(zhuǎn)角時(shí)，只驅(qū)動(dòng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，以另一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪為支點(diǎn)向左或向右轉(zhuǎn)，這樣做能夠使得機(jī)器人在轉(zhuǎn)過180°后正好移過一個(gè)車位，保證機(jī)器人在往返清掃過程中不留下清掃死區(qū)。

　　若在運(yùn)動(dòng)過程中遇到障礙物，則機(jī)器人能夠智能越障。障礙物主要分三種情況，一種是靠最遠(yuǎn)處墻壁的障礙物，如障礙物D，第二種是不靠墻障礙物，第三種是其他靠墻障礙物。由于在清掃前，機(jī)器人進(jìn)行了邊沿學(xué)習(xí)，獲得了空間的邊緣信息，因此可自動(dòng)將第三種障礙物作為墻壁處理。若障礙物不是靠墻障礙物，則機(jī)器人能利用紅外測(cè)距傳感器沿障礙物邊沿行走，直到其在y軸方向的位置移動(dòng)一個(gè)車位，然后轉(zhuǎn)180°運(yùn)動(dòng)。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的存儲(chǔ)單元可以記錄該障礙物的y軸最大坐標(biāo)和最小坐標(biāo)，即記錄障礙物在y軸方向的尺寸，當(dāng)機(jī)器人超高障礙物運(yùn)動(dòng)到x軸最大或者最小位置處時(shí)，需要沿y軸反方向走一個(gè)障礙物尺寸的距離，然后繼續(xù)清潔障礙物另一側(cè)的區(qū)域。若障礙物靠最遠(yuǎn)處墻壁時(shí)，若y軸達(dá)到最大值，且x軸方向未達(dá)到xmax，且前方傳感器檢測(cè)到障礙物，則機(jī)器人繞過障礙物運(yùn)動(dòng)y軸方向最遠(yuǎn)處，清掃剩余區(qū)域，當(dāng)y軸方向和x軸方向同時(shí)達(dá)到邊沿檢測(cè)時(shí)得到的最大位置值時(shí)，停止檢測(cè)。

　　掃地機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下表：

　　掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)

　　以上就是關(guān)于掃地機(jī)器人工作原理、傳感器原理、結(jié)構(gòu)、工作流程、路徑規(guī)劃技術(shù)的介紹，至2020年，中國掃地機(jī)器人零售量市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)332.5萬臺(tái)，零售額達(dá)44.1億元。相比于其他清潔類產(chǎn)品，目前掃地機(jī)器人在國內(nèi)的滲透率還很低，掃地機(jī)器人市場(chǎng)仍具備良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

掃地機(jī)器人的工作原理流程圖：掃地機(jī)器人及其控制方法與流程

　　本發(fā)明涉及掃地機(jī)器人及其控制方法。

　　背景技術(shù)：

　　隨著科技的高速發(fā)展，家居電器已逐漸趨向智能化，例如，掃地機(jī)器人、智能電飯煲、智能電視等等，越來越多的智能家居電器在人們的生活中被廣泛應(yīng)用，大大提高了人們生活的舒適性和便利性。

　　掃地機(jī)器人可以通過毛刷或吸塵器等清潔地面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地面的清掃。

　　一般而言，掃地機(jī)器人地機(jī)器人大包含主動(dòng)模式和手動(dòng)模式。在主動(dòng)模式中，掃地機(jī)器人利用單純的弓形清掃策略或者隨機(jī)方式。弓形清掃機(jī)器人原理是：讓機(jī)器人向前行走直至碰到障礙，然后旋轉(zhuǎn)90度并繼續(xù)向前行走一小段距離，在繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90度后行走，直至再次碰到障礙物，一直循環(huán)下去。這種策略會(huì)有很多的漏掃，覆蓋率不高。隨機(jī)方式的清掃機(jī)器人同樣也是讓機(jī)器人向前行走，只是在碰到障礙物后讓機(jī)器人隨機(jī)的旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，并直行，一直循環(huán)。這種方式并不能保證完全覆蓋，而且一旦機(jī)器人被障礙物困住很難脫離出來，另外隨機(jī)方式的清掃重復(fù)率很高，從而影響其使用效率。

　　然而，在手動(dòng)模式中，通過操作者對(duì)于對(duì)面狀況的觀察，操作者可以通過遙控器等指定機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向、旋轉(zhuǎn)角度以及在特定點(diǎn)或區(qū)域的清掃時(shí)間等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的清掃。這種方式對(duì)于局部區(qū)域的清掃效率高而且有效，但是需要人為的控制。

　　而且，對(duì)于家中的特定難以清掃區(qū)域，往往也需要特定的控制和運(yùn)動(dòng)方式才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其清掃。

　　本公開基于以上發(fā)現(xiàn)，提出了一種高效的清掃方法。

　　技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明提供了一種高效的掃地機(jī)器人。

　　根據(jù)一個(gè)方面,一種掃地機(jī)器人的控制方法，包括：獲得清掃空間域的二維表示；將清掃空間域的二維表示劃分成多個(gè)塊，在手動(dòng)模式中：獲得掃地機(jī)器人所處的塊；獲得掃地機(jī)器人在所述塊的特定位置處的控制參數(shù)；以及根據(jù)手動(dòng)模式中在所述特定位置處的控制參數(shù)來設(shè)置自動(dòng)模式中掃地機(jī)器人在所述塊中的操作

　　參照附圖，根據(jù)以下對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得清楚。

　　附圖說明

　　圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的掃地機(jī)器人的框圖。

　　圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的掃地機(jī)器人的控制流程圖。

　　圖3示出了對(duì)清掃區(qū)域進(jìn)行劃分并編碼的一個(gè)示例

　　圖4示出了查找表的示例。

　　具體實(shí)施方式

　　以下將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所描述的優(yōu)選實(shí)施例。

　　圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的掃地機(jī)器人1000的框圖，其包括被配置為控制掃地機(jī)器人的各個(gè)部件的操作的控制單元1001、被配置為獲得清掃區(qū)域的二維表示的清掃區(qū)域獲得單元1002、被配置為將所獲得的清掃區(qū)域劃分成塊的劃分單元1003以及被配置為獲取并記錄掃地機(jī)器人的控制參數(shù)的參數(shù)獲得單元1004。根據(jù)本發(fā)明的掃地機(jī)器人還包括被配置為驅(qū)動(dòng)掃地機(jī)器人以根據(jù)控制參數(shù)使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元1005以及被配置為使掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向單元1006。

　　圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的掃地機(jī)器人的控制方法的流程圖。在S1處，清掃區(qū)域獲得單元1002獲得清掃區(qū)域的二維表示。具體地，清掃區(qū)域的二維表示可以通過從外部設(shè)備將清掃區(qū)域的平面圖等導(dǎo)入到掃地機(jī)器人中來獲得，或者可以通過掃地機(jī)器人在手動(dòng)或者自動(dòng)模式中，沿著由障礙物所約束的區(qū)域行進(jìn)來獲得清掃區(qū)域的二維表示，但是應(yīng)當(dāng)注意，獲得清掃區(qū)域的二維表示的方法不限于上述方法。

　　在S2處，對(duì)所獲得的清掃區(qū)域進(jìn)行劃分，并對(duì)劃分所得的塊進(jìn)行編碼。圖3示出了對(duì)清掃區(qū)域進(jìn)行劃分并編碼的一個(gè)示例，在圖3中，A0為清掃區(qū)域的二維表示，并且塊A1-A5(編碼A1-A5)為對(duì)清掃區(qū)域A0的一種劃分。在所示的示例中，雖然清掃區(qū)域A0以及所劃分的塊A1-A5為規(guī)則的矩形等，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些塊可以是任何其它形狀。此外，這些塊可以重疊。

　　在S3處，確定掃地機(jī)器人所處的模式，具體地，確定掃地機(jī)器人是處于手動(dòng)模式還是處于自動(dòng)模式。如果在S3處判定掃地機(jī)器人處于手動(dòng)模式(是)，則首先確定掃地機(jī)器人所處的塊(S7)，并且然后記錄在手動(dòng)模式中操作者操作掃地機(jī)器人所進(jìn)行的操作的控制參數(shù)(S8)。例如，當(dāng)在手動(dòng)模式中，確定掃地機(jī)器人所處的塊為A1時(shí)，記錄操作者在塊A1中控制機(jī)器人的控制參數(shù)。具體地，參數(shù)獲得單元1004獲取在塊A1中任何位置(x,y)處所進(jìn)行的參數(shù)控制，并將在該處所進(jìn)行的控制存儲(chǔ)為查找表，此外，控制單元1001還根據(jù)控制中的操作是否是在該塊內(nèi)而對(duì)操作進(jìn)行分組。例如，在手動(dòng)操作模式中，操作者依次進(jìn)行了操作c1,c2,c3,c4,c5,c6,并且確定c1,c2,c3為在塊A1中進(jìn)行的操作，c4為在另一塊中進(jìn)行的操作，而c5,c6也是在塊A1中進(jìn)行的操作，則將c1,c2,c3分為一組，并將c5,c6分為一組。并且在查找表中將這兩組操作記錄成與塊A1相關(guān)聯(lián)。圖4示出了這樣的查找表的一個(gè)示例。應(yīng)當(dāng)注意，在手動(dòng)操作過程中，掃地機(jī)器人可能行進(jìn)通過不止一個(gè)塊，則參數(shù)獲得單元1004將在相應(yīng)塊中的操作存儲(chǔ)在相應(yīng)的塊中。在本示例性實(shí)施例中，所述控制參數(shù)包括掃地機(jī)器人在特定塊中的特定位置處或者特定區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間以及運(yùn)動(dòng)模式，并且運(yùn)動(dòng)模式包括掃地機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)等。但是應(yīng)當(dāng)理解，運(yùn)動(dòng)模式不限于此。

　　如果在S3處判定掃地機(jī)器人不處于手動(dòng)模式(否)，則首先確定掃地機(jī)器人所處的塊(S4)，并且確定在該塊中是否執(zhí)行過手動(dòng)控制(S5)，如果在S5中的確定為否，則按照正常策略控制掃地機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)(例如，弓形模式)。如果在S5中的確定為是，則控制單元1001參考圖4中所示的查找表來設(shè)置掃地機(jī)器人在該塊中的控制參數(shù)。具體地，對(duì)于在手動(dòng)模式中劃分的同一操作組(例如c1,c2,c3)，控制單元1001與在手動(dòng)模式中相同地設(shè)置掃地機(jī)器人的控制參數(shù)，并且對(duì)于在手動(dòng)模式中未清掃到的地方逐行地清掃，并在之后的清掃中略過該塊。這樣，對(duì)于快中的特定區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了與手動(dòng)操作相同的清掃策略，這對(duì)于難以清掃的區(qū)域，或者是需要特定的運(yùn)動(dòng)才能清掃到的區(qū)域是特別有效的。而如果在手動(dòng)模式下在多于一個(gè)塊中進(jìn)行了操作的情況下，掃地機(jī)器人也僅僅執(zhí)行在該塊中的操作組，并且略過不在該塊中的操作，并且掃地機(jī)器執(zhí)行完一個(gè)操作組之后直接運(yùn)動(dòng)到下一操作組開始的位置并按下一組的控制參數(shù)控制掃地機(jī)器人。例如，在上述示例中，在執(zhí)行完操作組c1,c2,c3的操作之后，掃地機(jī)器人直接運(yùn)動(dòng)到c5的位置，并開始執(zhí)行c5,c6的操作。

　　可替代地,可以在自動(dòng)模式中設(shè)置掃地機(jī)器人的速度，以使得掃地機(jī)器人在每個(gè)塊中以較為均勻的速度運(yùn)動(dòng)，即使在該塊中進(jìn)行過手動(dòng)操作。具體地，控制單元1001根據(jù)手動(dòng)操作中在某個(gè)塊中特定區(qū)域停留的時(shí)間與在所述塊中停留的總體時(shí)間的比來調(diào)節(jié)在自動(dòng)模式中在所述特定區(qū)域清掃的清掃刷的轉(zhuǎn)速。在一個(gè)實(shí)施例中，控制單元1001根據(jù)在所述特定區(qū)域停留的時(shí)間與總體時(shí)間的比來成比例地提高在所述特定區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)速。例如，在手動(dòng)模式中，在區(qū)域Q0內(nèi)停留的時(shí)間為t0，并且區(qū)域Q1內(nèi)停留的時(shí)間為t1,則在將Q0內(nèi)的轉(zhuǎn)速設(shè)置為v0的情況下，則在區(qū)域Q1內(nèi)的轉(zhuǎn)速被設(shè)置為v1＝v0*t1/t0。在本示例性實(shí)施例中，在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的速度可以是在該區(qū)域內(nèi)的平均速度。

　　以下說明在自動(dòng)模式在該塊中的特定區(qū)域處的轉(zhuǎn)速的優(yōu)選值。在手動(dòng)模式中，一般而言，清掃刷的轉(zhuǎn)速被設(shè)置為恒定的速度。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，在自動(dòng)模式中根據(jù)停留時(shí)間來設(shè)置在該處的轉(zhuǎn)速，然而過高的轉(zhuǎn)速雖然使得清掃刷掃過特定清掃區(qū)域的次數(shù)增多，但是由于臟物等由于清掃刷的較大轉(zhuǎn)速而具有較大的速度而被揚(yáng)起或向周邊運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能較大，使得掃地機(jī)器人的收集清掃的臟物的性能下降。另一方面，在掃地機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度一定的情況下，清掃刷較低的轉(zhuǎn)速將會(huì)使得清掃刷掃過特定清掃區(qū)域的次數(shù)減少，但是在此情況下掃地機(jī)器人能更好地收集清掃的異物。因此，需要在提高清掃效率與保證清掃效果之間找到一種平衡。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選地，將掃地機(jī)器人的速度設(shè)置在如下范圍內(nèi)能夠獲得與手動(dòng)模式中類似的效果。

　　1.23vori≤v1≤1.78vori (式1)

　　其中，vori是在手動(dòng)模式中掃地機(jī)器人的清掃刷的正常轉(zhuǎn)速，而v1為在特定區(qū)域內(nèi)的清掃刷的轉(zhuǎn)速。也就是說，優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，清掃刷最多以正常轉(zhuǎn)速的1.78倍的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，之后再增加轉(zhuǎn)速將并不能增加清掃效果，且能耗增加。此外，在vori至1.23vori之間提高清掃刷的轉(zhuǎn)速對(duì)于提高清掃的效果不明顯。因此，在實(shí)際控制中，只有在根據(jù)在某個(gè)位置處的停留時(shí)間而設(shè)置的轉(zhuǎn)速需要到達(dá)1.23vori時(shí)，才將清掃刷的轉(zhuǎn)速增加到1.23vori，否則保持v vori的轉(zhuǎn)速，以降低能耗。另一方面，在根據(jù)停留時(shí)間應(yīng)設(shè)置的速度超過1.78vori時(shí)，將轉(zhuǎn)速設(shè)置為1.78vori。也就是說，在根據(jù)停留時(shí)間設(shè)置轉(zhuǎn)速時(shí)，只有在應(yīng)設(shè)置的轉(zhuǎn)速在上述式1的范圍中時(shí)，才根據(jù)停留時(shí)間設(shè)置在該處的清掃刷的轉(zhuǎn)速。

　　雖然已經(jīng)參考附圖描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋，以涵蓋所有這些修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。

掃地機(jī)器人的工作原理流程圖：掃地機(jī)器人的工作原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)

　　近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與人工智能科學(xué)的飛速發(fā)展，智能機(jī)器人技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，服務(wù)機(jī)器人開辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域。隨著人們生活水平的提高，健康、舒適的家居環(huán)境越來越被更多的人所關(guān)注。買房、裝修成為人們茶余飯后談?wù)摰臒狳c(diǎn)話題，但裝修后又臟又累的衛(wèi)生清掃工作，成為困擾家庭主婦的又一大難題。對(duì)不少家庭而言，清潔機(jī)器人已成為清潔家庭的必備小家電。

　　自動(dòng)進(jìn)行房間地面清潔的自動(dòng)掃地機(jī)器人，集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。自動(dòng)掃地作為智能移動(dòng)機(jī)器人實(shí)用化發(fā)展的先行者，

　　掃地機(jī)器人，又稱自動(dòng)打掃機(jī)、智能吸塵器、機(jī)器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。本設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人采用刷掃吸塵方式，機(jī)身為無線機(jī)器，以圓盤型為主，使用充電電池運(yùn)作，操作方式使用遙控器、或是按機(jī)器上的操作面板相應(yīng)按鈕。本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人可設(shè)定時(shí)間預(yù)約打掃，自行充電。前方設(shè)置超聲破測(cè)距傳感器，可偵測(cè)障礙物，如碰到墻壁或其他障礙物，會(huì)自行轉(zhuǎn)彎，從室內(nèi)邊沿開始走矩形路線，有規(guī)劃清掃地區(qū)。

　　掃地機(jī)器人由微電腦控制，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航并對(duì)地面進(jìn)行清掃和吸塵，通過碰撞頭實(shí)現(xiàn)對(duì)前方障礙物的躲避和繞過可以使所到角落得到清潔，同時(shí)兩個(gè)超大邊掃輪的設(shè)計(jì)，可使角落和地面掃的更徹底，更干凈，兩個(gè)清掃輪的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，更使得垃圾不會(huì)從機(jī)體底部溜掉，清潔更完善，同時(shí)清掃吸塵一體的雙重作用，使掃起來的塵土更有規(guī)律和順暢的進(jìn)入垃圾收集盒內(nèi)，并且通過在前輪和清掃輪動(dòng)力箱內(nèi)上安裝光電傳感器，可以使該機(jī)器人擁有自動(dòng)防機(jī)體卡死和掃輪卡死的功能，當(dāng)被卡住使其自動(dòng)后退或關(guān)機(jī)，并在碰撞頭上裝有紅外反射探測(cè)器，可自動(dòng)判斷前方是否懸崖，并自動(dòng)繞開。

　　特點(diǎn)：

　　1、掃地省時(shí)、省力、提高工作效率、能源利用率：整個(gè)清潔過程不需要人控制，減輕人的操作負(fù)擔(dān)，人們可以利用節(jié)省的時(shí)間做其他有意義的事。

　　2、低噪音：小于50分貝，清潔房間的過程免受噪音之苦。

　　3、凈化空氣：內(nèi)置活性碳、吸附空氣中有害物質(zhì)。

　　4、輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角。

　　掃地機(jī)器人系統(tǒng)通常由四個(gè)部分組成：移動(dòng)機(jī)構(gòu)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和吸塵系統(tǒng)。

　　移動(dòng)機(jī)構(gòu)是掃地機(jī)器人的主體，決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)空間，一般采用輪式機(jī)構(gòu)。

　　感知系統(tǒng)一般采用超聲波測(cè)距儀、接觸和接近覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機(jī)等。

　　隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，掃地機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景。掃地機(jī)器人的控制與工作環(huán)境往往是不確定的或多變的，因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性以及清潔度。用傳感器探測(cè)環(huán)境、分析信號(hào)，以及通過適當(dāng)?shù)慕７椒▉砝斫猸h(huán)境，具有特別重要的意義。近年來對(duì)智能機(jī)器人的研究表明，對(duì)于工作在復(fù)雜非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的自主式移動(dòng)機(jī)器人，要進(jìn)一步提高其自動(dòng)化程度，主要依靠模式識(shí)別及障礙物識(shí)別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及適當(dāng)人工智能方法，還需要進(jìn)一步開發(fā)全局模型，從而為機(jī)器人獲取全局信息。

　　目前發(fā)展較快、對(duì)掃地機(jī)器人發(fā)展影響較大的關(guān)鍵技術(shù)是:傳感技術(shù)、智能控制技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、掃地技術(shù)、電源技術(shù)等。

　　這里我們拿科沃斯經(jīng)典的機(jī)型DN33為例來看下下圖的掃地機(jī)器人的機(jī)構(gòu)

　　掃地機(jī)器人主要包括以下幾部分：

　　1、個(gè)行走驅(qū)動(dòng)輪及驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該部分主要保證機(jī)器人能夠在平面內(nèi)移動(dòng)。殼體前端和側(cè)面裝有紅外開關(guān)，作為碰撞檢測(cè)傳感器。底面的3個(gè)紅外開關(guān)作為臺(tái)階檢測(cè)傳感器，防止跌落。驅(qū)動(dòng)輪上裝有光電編碼盤，可以對(duì)輪速進(jìn)行檢測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。同時(shí)還擴(kuò)展了超聲波傳感器，用于精確定位的需要；

　　2、清掃機(jī)構(gòu)。用電機(jī)帶動(dòng)兩個(gè)清掃刷，使左面清掃刷順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以在清掃灰塵時(shí)將灰塵集中于吸風(fēng)口處，為掃地機(jī)構(gòu)的工作做準(zhǔn)備；

　　3、掃地機(jī)構(gòu)。制造強(qiáng)大的吸力，將灰塵吸入灰塵存儲(chǔ)箱中；

　　4、擦地機(jī)構(gòu)。在清掃、掃地之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在 地面上的細(xì)小灰塵，保證清潔工作的質(zhì)量。

掃地機(jī)器人的工作原理流程圖：掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)CAD圖紙+SolidWorks三維模型+說明書

　　文件大小：47.91MB（包含doc文件1個(gè),dwg文件10個(gè),三維模型文件25個(gè)，下載積分 : 1000）

　　機(jī)器人是一種能夠模仿人類動(dòng)作的機(jī)器，它可以完成許多對(duì)人類來說危險(xiǎn)且單調(diào)的工作，機(jī)器人讓人類從繁重、單調(diào)的工作中解脫出來。它們從事固定而有規(guī)律的工作，例如工業(yè)生產(chǎn)中的焊接、噴漆等等。

　　本文主要設(shè)計(jì)的是掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì)，該機(jī)器人采用統(tǒng)一動(dòng)作、協(xié)調(diào)控制的原則，通過電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)力輪實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，通過中控系統(tǒng)的控制來實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人的動(dòng)作，由于是中控系統(tǒng)控制，所以控制靈活，多樣。通過控制器來控制機(jī)器人的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人清掃、除塵的功能。

　　目 錄

　　緒論 1

　　1. 機(jī)器人簡史 3

　　2. 應(yīng)用機(jī)器人的意義 6

　　3. 本課題研究的內(nèi)容 9

　　4. 掃地機(jī)器人總體方桉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 12

　　4.1 掃地機(jī)器人的總體方桉圖 12

　　4.2 掃地機(jī)器人的工作原理 12

　　5. 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18

　　5.1電機(jī)的選型計(jì)算 20

　　5.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 20

　　5.3掃地機(jī)器人的功能概述 20

　　5.3.1 掃地機(jī)器人的清掃模式 20

　　5.3.2 智能導(dǎo)航系統(tǒng) 20

　　5.4 齒輪的強(qiáng)度校核 20

　　5.5 掃地機(jī)器人的智能控制系統(tǒng) 20

　　6. 掃地機(jī)器人的三維建模 21

　　6.1 動(dòng)力輪的三維建模 21

　　6.2 萬向輪的三維建模 22

　　6.3 毛刷的三維建模 23

　　6.4 掃地機(jī)器人的三維建模 22

　　7. 三維軟件設(shè)計(jì)總結(jié) 22

　　結(jié)論 25

　　參考文獻(xiàn) 26

　　致謝 27

　　本主要研究運(yùn)用SolidWorks對(duì)掃地機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，了解掃地機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特征和三維軟件的使用要領(lǐng)。

　　本文的設(shè)計(jì)目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種掃地機(jī)器人，該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)隨機(jī)清掃，交叉清掃，床底清掃，防撞等等多種功能，其研究內(nèi)容包括：

　　（1）功能分析與方桉設(shè)計(jì)；

　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與三維造型；

　?。?）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人，主要具有如下功能：

　　1、清掃模式：隨機(jī)清掃、螺旋式清掃、交叉清掃、沿邊清掃、定點(diǎn)清掃、預(yù)約清掃等相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全方位立體清掃；

　　2、智能導(dǎo)航系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對(duì)房間地形的重構(gòu)，自動(dòng)規(guī)劃清掃路線； 3、智能安全監(jiān)控：防撞，防跌落，防纏繞，電池電量監(jiān)測(cè)；

　　4、創(chuàng)新功能：灰塵量識(shí)別，實(shí)現(xiàn)床底清掃，手機(jī)遙控模式，尖端氣流濾塵技術(shù)，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)與提醒；

　　5、其他基礎(chǔ)功能：自動(dòng)返回并充電，灰塵盒安裝檢查，灰塵盒容量探測(cè)。

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