基于AVR單片機的智能掃地機器人的設計

孔德平

摘 要：掃地機器人主要由移動機構系統、感知系統、吸塵系統、控制系統、遙控系統五部分組成，通過這五大系統，可以實現室內的智能清掃工作的完成。在感知系統中運用到了分布于小車兩側的光電傳感器，這樣可有效把握好路徑的選擇并且能夠很好的避開障礙；移動機構系統采用兩個360度轉動的伺服電機，這樣在行走以及轉向的情況下，可以最大做到精確；控制系統使用AVR單片機作為控制芯片；智能掃地機器人在行走過程中采用迂回前進，避開障礙的行走策略，同時可以接收無線遙控模塊的指令，根據指令作出相應的反應。

關鍵詞：掃地；機器人；智能

前言

智能掃地機器人是全自動或半自動機器，一定程度上代替了人工，解放了勞動力，并且節約了時間。掃地機器人包含了傳感器技術，單片機控制技術，移動技術等，利用這些技術可以使機器人很好的實現自動避障，并且較為精確轉彎和走直線，這樣就可以解決掃地機器人一次全面清掃的功能。

1 智能掃地機器人結構設計

1.1 整體布局

機器人的結構主要由感知機構、移動機構、吸塵機構以及車體組成，機器人的前輪采用差動式驅動，后輪采用隨動輪。基于機構和控制的復雜性，機器人使用圓形狀結構，圓形狀結構的最大優勢就是控制起來簡單，運動起來不易和障礙物發生碰撞。車體前端兩側采用兩個光電傳感器，這樣就有四種組合方式，也就是有四種狀態，這樣就可以識別一切障礙物，不會有盲點。

1.2 移動機構

移動系統是由兩個伺服電機以及相應的驅動組成，兩個伺服電機分別帶動兩個后輪，而后輪則采用隨動輪，這樣就帶動吸塵系統前行。后輪采用隨動輪，而不是雙輪，這樣做可以很好的加強了小車轉彎的靈活性。通過改變控制系統輸出的pwm占空比，可對兩個伺服電機實現較高精度的調速。對兩個伺服電機輸出相同頻率不同占空比，電機的轉速則不同，通過這樣差速方式，實現吸塵器的前進，后退，左轉彎，右轉彎等功能。這樣便可是使掃地機器人隨意轉彎.同時轉彎的速度可以通過單片機的程序進行調節。

1.3 感知機構

感知機構由分布在機器人兩側的光電傳感器組成。其采用光電元件作為檢測元件，一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成，光電傳感器對機器人的位置進行探測，判斷左右轉彎是否可行。光電開關輸出與障礙物位置間的關系如下：

左光電開關：0；右光電開關：0；障礙物位置：正前。

左光電開關：0；右光電開關：1；障礙物位置：左前。

左光電開關：1；右光電開關：0；障礙物位置：右前。

左光電開關：1；右光電開關：1；障礙物位置：未碰撞。

1.4 控制系統

我們采用Atmel公司的ATmega16單片機最小系統，AVR單片機功能強大，能夠使得I/O口資源靈活，是一種處理能力極強的微控制器，同時提供許多控制系統的選擇方案。

1.5 吸塵系統

吸塵系統采用小型吸塵器，主要由吸道，吸嘴，氣泵和吸室組成。

吸塵原理：吸塵器的電機葉扇在電動機驅動下將電機中的空氣排出，這樣電機內部和外界就形成了一個氣壓差，于是外界的氣體就會源源不斷進入電機中。這樣的話，塵埃等垃圾就會被吸入吸室內，吸室中有一個過濾器，將垃圾等留在吸室中，空氣則排出吸室。

我們采用額定電壓為12V的吸塵器，單片機的工作電壓為5V，我們無法直接通過單片機控制吸塵器，這里使用一個繼電器來間接控制吸塵器。

2 掃地機器人的硬件部分

硬件電路圖主要有五部分，分別為AVR單片機最小系統部分、電源及穩壓部分、感知結構部分、遙控模塊和繼電器控制電路。

完整的電路圖如圖1所示。

3 結束語

目前智能掃地機器人已經取得了很大的發展，但是還有很大的改進之處，比如傳感器還有很大的進步空間，傳感器是非常重要的一部分，只有更復雜，更精良的傳感器才能滿足人們各種復雜的需求，我們才能做出更高級的機器人。其實還可以使用更高級的技術，但是考慮到成本，我們不得不放棄選用。很多時候，因為產品依托于市場，即使市場對產品的需求量比較高，但其成本也很高時，也不見其銷量會很好，或很受歡迎，因此，產品的開發還要根據實際的市場，不能隨意做我們想做的東西，而忽略成本這個東西，而是需要多方面考慮才能進行開發。