單片機(jī)控制的智能清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)摘要：介紹了一種基于單片機(jī)控制的室內(nèi)智能清潔機(jī)器人，機(jī)器人的主控芯片采用AT89C51，由行走機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、清潔系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四個部分組成，可以在一般的家庭環(huán)境下自動運(yùn)行，完成掃地、吸塵、抹地等工作，代替人完成各種清潔任務(wù)。關(guān)鍵詞：單片機(jī)控制智能清潔機(jī)器人室內(nèi)地面的清潔工作繁瑣耗時，隨著現(xiàn)代人生活質(zhì)量的提高和工作節(jié)奏的加快，人們迫切希望擺脫這種枯燥的家務(wù)勞動，近年來，用機(jī)器人代替人完成清潔工作引起了大家的關(guān)注。室內(nèi)智能清潔機(jī)器人是一種新型的居室小家電產(chǎn)品，它不需要人類的監(jiān)督，能自主運(yùn)行，集打掃、吸塵、抹地為一體，可自動避開障礙物等功能。在日本、美國等發(fā)達(dá)國家，都在致力于研究和廣泛使用這種機(jī)器人，但國內(nèi)的產(chǎn)品相對比較滯后。當(dāng)機(jī)器人的性價比進(jìn)一步提高，那么清潔機(jī)器人進(jìn)入家庭將具有廣闊的市場前景。1、 室內(nèi)智能清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)思路清潔機(jī)器人主要包括行走機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、清潔系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四個部分。行走機(jī)構(gòu)能保證機(jī)器人在地面上移動，采用輪式結(jié)構(gòu)。為了簡便起見，選擇兩個驅(qū)動輪和一個萬向輪組成。清潔系統(tǒng)由清掃、吸塵、擦地三步完成，吸塵機(jī)構(gòu)在原理上與傳統(tǒng)吸塵器相同，主要考慮是更合理的選擇和布置元器件，克服傳統(tǒng)吸塵器噪音大的缺點(diǎn)，使機(jī)器人工作時，不會對用戶造成干擾，營造舒適的居室環(huán)境。在機(jī)器人車身的后部設(shè)置一個滾刷和垃圾盒，配合吸塵器完成清潔和儲存垃圾的工作。由于單片機(jī)性價比高，體積小，控制功能強(qiáng)，故采用單片機(jī)來控制清潔機(jī)器人，由傳感器感知外部環(huán)境，這里選擇簡單又實(shí)用的碰撞傳感器，單片機(jī)接受傳感器的信號，感知環(huán)境并執(zhí)行相應(yīng)的控制程序?？紤]到單片機(jī)的容量和計(jì)算速度都很有限，采用了碰撞到障礙物就后退一定距離，然后右轉(zhuǎn)90°的方法，使其能夠自動避開障礙物，實(shí)現(xiàn)一般家居環(huán)境下的自主清潔工作［2］。2、 實(shí)現(xiàn)過程2.1清潔機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)清潔機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的動力部分采用的是步進(jìn)電機(jī)，機(jī)身的正前方有一個萬向輪，左右兩邊分別布置兩個后輪，兩個步進(jìn)電機(jī)分別通過齒輪傳動帶動兩邊的后輪運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)由單片機(jī)控制，控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，改變脈沖順序，可改變電機(jī)轉(zhuǎn)動方向，從而實(shí)現(xiàn)清潔機(jī)器人的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎等功能。2.2清潔機(jī)器人的傳感系統(tǒng)防碰撞的感知任務(wù)由碰撞傳感器來完成。在清潔機(jī)器人的前端設(shè)計(jì)了約180°的碰撞板，在碰撞板上安裝了5個碰撞傳感器，清潔機(jī)器人在任何方向上的碰撞，都會引起傳感器的響應(yīng)，單片機(jī)接受傳感器的信號，感知環(huán)境并執(zhí)行相應(yīng)的程序，控制清潔機(jī)器人做出相應(yīng)的動作。2.3清潔機(jī)器人的清潔系統(tǒng)智能清潔機(jī)器人的清潔系統(tǒng)包括清掃機(jī)構(gòu)、吸塵機(jī)構(gòu)和擦地機(jī)構(gòu)等幾個部分組成。（1） 清掃機(jī)構(gòu)：機(jī)器人的前方裝有2個小刷子，機(jī)器人在行走時，通過電機(jī)帶動小刷轉(zhuǎn)動將墻邊、墻角的灰塵集中到吸塵口，通過吸塵機(jī)構(gòu)吸到灰塵存儲箱中。機(jī)器人的中后部裝有一把滾刷，在電機(jī)的驅(qū)動下，滾刷高速旋轉(zhuǎn)，有效地清潔地面的灰塵。（2） 吸塵機(jī)構(gòu)：采用的是真空吸塵技術(shù)，由高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇形成高速氣流，使吸塵機(jī)構(gòu)內(nèi)部成真空狀態(tài)，內(nèi)部的氣壓大大低于外界的氣壓，在這個氣壓差的作用下，灰塵隨著氣流通過吸口吸到機(jī)器人的垃圾存儲箱中。（3） 擦地機(jī)構(gòu)：為了提高清潔的質(zhì)量，在機(jī)器人的機(jī)身下面裝有清潔布，用于在打掃，吸塵之后，抹擦地面，進(jìn)一步清除地上殘留的灰塵。2.4清潔機(jī)器人的控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，它集中處理和控制協(xié)調(diào)全部的信息，由軟件實(shí)現(xiàn)對各部分的控制。因?yàn)镸CS-51單片機(jī)技術(shù)成熟，價格低廉，選用AT89C51作為控制芯片，它要控制機(jī)器人的運(yùn)行和停止，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動中的前進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)彎等；通過從傳感器上接受到的信號感知環(huán)境并控制機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的動作；驅(qū)動清掃、吸塵電機(jī)，執(zhí)行清潔工作［3］。整個控制系統(tǒng)的組成及各部分的互相關(guān)系如圖1所示。清潔機(jī)器人是在環(huán)境未知的情況下進(jìn)行清潔工作的，既要高效的遍歷工作場地，又要自動避開障礙物，這是個復(fù)雜的路徑規(guī)劃問題［1］，考慮到AT89C51單片機(jī)的容量和計(jì)算速度都很有限，實(shí)現(xiàn)起來有較大的困難，這里采用碰撞到人或物品就后退一定距離，然后控制機(jī)器人右轉(zhuǎn)90°后再繼續(xù)前進(jìn)來避開障礙物，完成一般居室環(huán)境的清潔任務(wù)，其程序框圖如圖2所示。3、結(jié)論本智能清潔機(jī)器人采用AT89C51單片機(jī)控制，簡單易用，性價比高，是一種新型的居室小家電產(chǎn)品，它能自主運(yùn)行，完成清掃、吸塵和抹地的工作，可自動避開障礙物，不足的是智能化和自動化的程度還較低，這是下一步要改進(jìn)的地方。參考文獻(xiàn):石為人，周學(xué)益.室內(nèi)清潔機(jī)器人避障路徑規(guī)劃研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007,（6）：378—379.王程民，盛定高.基于MC68HC11