一種基於arm7微控制器的清潔機器人控制系統的製作方法
2023-12-09 22:18:41
專利名稱：一種基於arm7微控制器的清潔機器人控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於智能家居領域，具體涉及一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統。
背景技術：
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，一些簡單的重複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、牆壁等。提出一種應用於室內的移動清潔機器人的設計方案，其具有實用價值。室內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，檢測出牆壁，房間內的
障礙物並且能夠避開；能夠走遍房間的大部分空間，可以檢測出電池的電量並且能夠自主返回充電，同時要求外形比較緊湊，運行穩定，噪音小；要具有人性化的接口，便於操作和控制。
發明內容
本發明的目的在於提供一種吸塵機器人控制系統，該方法能夠快實現清潔機器人的自動清潔行走功能。實現本發明目的的技術方案是一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，該系統包括
傳感器部分，系統中包含超聲波傳感器，紅外接近傳感器，碰撞開關傳感器；
人機接口模塊，採用紅外遙控方式；
控制器，接收傳感器和人機接口傳來的數據，綜合處理進行清掃路徑規劃，驅動左右輪前進行走，控制清掃、吸塵機構，完成底層控制動作，設置人機接口，在LCD上顯示機器人狀態和運行時間；
電機控制，通過改變電機電源電壓的極性實現直流電機的正反轉運行，電壓極性的變化和時間長短由控制器實現，電流驅動電路採用H橋式驅動電路。作為本發明的進一步改進，在本系統中，採用LPC2210是飛利浦的ARMHDMI-S微處理器，其採用3級流水線技術，能夠並行處理指令，由於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使它特別適用於工業控制和小型機器人系統，滿足了機器人對控制器運算速度的要求。作為本發明的進一步改進，傳感器包括超聲波傳感器，紅外接近傳感器，碰撞開關傳感器。作為本發明的進一步改進，人機接口模塊包括點位清潔點位清潔是以機器人現有位置為中心進行2m2的清掃，範圍清潔隨機及局部遍歷的路徑規劃，沿邊學習是對房屋的邊角進行清掃，並且能記下拐角點的坐標，估計房屋的大小。作為本發明的進一步改進，傳感器模塊執行下列步驟(I)超聲波傳感器用來探測前方和左右的牆壁、障礙，左邊和右邊的兩個超聲波傳感器垂直於行走方向放置，用於機器人的沿邊行走規劃；設定機器人行走時與牆邊的距離值，調節機器人的行走方向，使兩個超聲波與牆邊的距離近似等於設定值，保持機器人沿牆行走時保持適當的距離，不會撞到或者遠離牆壁。
(2)前方兩個碰撞傳感器和一個超聲波配合用來探測前半部分的環境；接觸傳感器具有檢測範圍大、信號無需調理、佔用資源少的優點，通過接觸碰撞，檢測那些未能被超聲波傳感器檢測到的杆狀障礙比如家具腿等。(3)接近傳感器用來探測地面是否有懸崖，在機器人底部的正前、左前、右前和後方各布置I個，除了上述三種傳感器以外，在三個輪子上都裝有一個常開的開關傳感器，當輪子懸空的時候，開關就會閉合，輸出低電平，當輪子懸空時，機器人停止運轉。本發明提供了一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統。該系統實時性高，功能完備，包括控制器、傳感器部分、電機控制部分和人機接口部分，由碰撞傳感器、超聲波傳感器和接近傳感器來探測周圍的環境，由直流電機帶動兩個驅動輪旋轉，結合旋轉編碼器的反饋信息進行路徑規劃。本發明的有益效果在於
(1)實時性高，功能完備，實現清潔機器人控制；
(2)以LPC2210為核心，設計結構簡單，性能穩定。(2)由碰撞傳感器、超聲波傳感器和接近傳感器來探測周圍的環境，由直流電機帶動兩個驅動輪旋轉，結合旋轉編碼器的反饋信息進行路徑規劃，系統可靠，能夠實現清潔機器人的自動清潔行走功能；
(3)在不增加成本的基礎上為軟體提供了良好的硬體支持，為更好的算法和軟體升級提供良好的技術支持。
圖I是本發明實施例I的控制系統結構 圖2是本發明實施例I的超聲波模塊；
圖3是本發明實施例I的紅外接近傳感器模塊；
圖4是本發明實施例I的碰撞開關傳感器示意 圖5是本發明實施例I的傳感器布置示意 圖6是本發明實施例I的行走電機驅動電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例做進一步說明。圖I是本發明提供的一種控制系統結構圖。機器人控制系統包括傳感器模塊，電機驅動模塊，紅外遙控接收模塊、LED指示燈和液晶顯示模塊。整個控制系統組成及各部分間相互關係如圖I所示。其中外擴了 I塊512 KB的數據存儲器SRAM(IS61LV25616AL)和2MB的程序存儲器FLASH(SST39VF1601)，滿足了路徑規劃時對存儲空間的需求。圖2是Ping28015超聲波模塊。清潔機器人和一般的移動機器人不同，它要求把牆邊，家具以及房間內的其他物體旁邊都清掃到，因此其它要求能夠非常接近障礙物但是不碰上。基於這個要求，用超聲波傳感器是比較合適的，它可以測量機器人與障礙物之間的距離，通過控制機器人的運動來保持機器人的沿邊清掃。這裡採用的超聲波傳感器是超聲波模塊Ping28015，模塊集成了超聲波的一對發射和接收以及檢測部分，體積比較小，適合清潔機器人使用，如圖2所示。圖3是紅外接近傳感器模塊。吸塵機器人的近距離紅外接近傳感器由兩組相同的紅外發射、接收電路組成。每一組電路可分為高頻脈衝信號產生、紅外發射調節與控制、紅外發射驅動、紅外接收等幾個部分。通過38 kHz晶振和非門電路得到一個38kHz的調製脈衝信號；利用三極體驅動紅外發射管(TSAL6200)的發射。發射管發出的紅外光經物體反射後被紅外接收模塊接收，通過接收頭(HS0038B)內部自帶的集成電路處理後返回一個數位訊號，輸入到微控制器的I/O 口，如圖3所示。接收頭如果接收到38kHz的紅外脈衝就會返回輸出低電平，否則就會輸出高電平。通過對I/O 口的檢測，便可以判斷物體的有無。圖4是碰撞開關傳感器示意圖。兩個槽型對射光電開關均布在機器人左前和右前
方。如此的布局可以使機器人感知來自前方、左前、右前三個方向的障礙物，從而根據障礙物方向的不同做出不同的反應。當機器人碰到障礙物時，彈簧在障礙物的作用下，向內壓迫碰撞開關擺臂，促使簧片擋住光電開關的光線，輸出低電平。當沒有障礙物作用時，簧片在彈簧的作用下恢復，光電開關的光線沒有被遮擋，輸出高電平。圖5是傳感器布置示意圖。超聲波傳感器用來探測前方和左右的牆壁、障礙。左邊和右邊的兩個超聲波傳感器垂直於行走方向放置，用於機器人的沿邊行走規劃；設定機器人行走時與牆邊的距離值，調節機器人的行走方向，使兩個超聲波與牆邊的距離近似等於設定值，保持機器人沿牆行走時保持適當的距離，不會撞到或者遠離牆壁。前方兩個碰撞傳感器和一個超聲波配合用來探測前半部分的環境；接觸傳感器具有檢測範圍大、信號無需調理、佔用資源少的優點，通過接觸碰撞，檢測那些未能被超聲波傳感器檢測到的杆狀障礙比如家具腿等，傳感器之間的位置如圖5所示。圖6是行走電機驅動電路圖。該設計兩個行走驅動電機採用分立器件功率場效應管和續流二極體搭建，成本低，便於散熱。
權利要求
1.一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，其特徵是，該系統包括 傳感器部分，系統中包含超聲波傳感器，紅外接近傳感器，碰撞開關傳感器； 人機接口模塊，採用紅外遙控方式； 控制器，接收傳感器和人機接口傳來的數據，綜合處理進行清掃路徑規劃，驅動左右輪前進行走，控制清掃、吸塵機構，完成底層控制動作，設置人機接口，在LCD上顯示機器人狀態和運行時間； 電機控制，通過改變電機電源電壓的極性實現直流電機的正反轉運行，電壓極性的變化和時間長短由控制器實現，電流驅動電路採用H橋式驅動電路。
2.根據權利要求I所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，其特徵是，採用LPC2210是飛利浦的ARMHDMI-S微處理器。
3.根據權利要求I所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，其特徵是，傳感器包括超聲波傳感器，紅外接近傳感器，碰撞開關傳感器。
4.根據權利要求I或3中所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，傳感器執行以下步驟 (1)超聲波傳感器用來探測前方和左右的牆壁、障礙；左邊和右邊的兩個超聲波傳感器垂直於行走方向放置，用於機器人的沿邊行走規劃；設定機器人行走時與牆邊的距離值，調節機器人的行走方向，使兩個超聲波與牆邊的距離近似等於設定值，保持機器人沿牆行走時保持適當的距離； (2)前方兩個碰撞傳感器和一個超聲波配合用來探測前半部分的環境；接觸傳感器具有檢測範圍大、信號無需調理，通過接觸碰撞，檢測那些未能被超聲波傳感器檢測到的杆狀障礙； (3)接近傳感器用來探測地面是否有懸崖，在機器人底部的正前、左前、右前和後方分另IJ布置I個；除了上述三種傳感器以外，在三個輪子上都安裝一個常開的開關傳感器，當輪子懸空的時候，開關閉合，輸出低電平，機器人停止運轉。
5.根據權利要求I中所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，人機接口模塊包括點位清潔，範圍清潔，沿邊學習。
6.根據權利要求I或5中所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，點位清潔是以機器人現有位置為中心進行2m2範圍的清掃。
7.根據權利要求I或5中所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，範圍清潔範圍是隨機及局部遍歷的路徑規劃。
8.根據權利要求I或5中所述的一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，沿邊學習是對房屋的邊角進行清掃，記下拐角點的坐標，估計房屋的大小。
全文摘要
本發明涉及一種基於ARM7微控制器的清潔機器人控制系統，該系統包括傳感器部分，系統中包含超聲波傳感器，紅外接近傳感器，碰撞開關傳感器；人機接口模塊，本系統採用紅外遙控方式使機器人的使用更加方便；控制器，接收傳感器和人機接口傳來的數據，綜合處理進行清掃路徑規劃，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上顯示機器人狀態和運行時間；電機控制，本系統通過改變電機電源電壓的極性來實現直流電機的正反轉運行，電壓極性的變化和時間長短由控制器實現，電流驅動電路採用H橋式驅動電路。
文檔編號G05D1/02GK102749920SQ20121024191
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者蘇淳 申請人:太倉博天網絡科技有限公司