吸尘机器人控制系统设计

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        随着人口的老龄化和社会福利制度的完善,导致劳动力成本的急剧上升,一些简单的重复性的体力劳动为服务机器人提供了广阔的市场。清洁机器人是服务机器人的一种,可以代替人进行清扫房间、车间、墙壁等。提出一种应用于室内的移动清洁机器人的设计方案。其具有实用价值。室内清洁机器人的主要任务是能够代替人进行清扫工作,因此需要有一定的智能。清洁机器人应该具备以下能力:能够自我导航,检测出墙壁,房间内的障碍物并且能够避开;能够走遍房间的大部分空间,可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电,同时要求外形比较紧凑,运行稳定,噪音小;要具有人性化的接口,便于操作和控制。结合清洁机器人主要功能探讨其控制系统的硬件设计。


    1 测控系统及功能
        为了使吸尘机器人运动更加流畅,防止出现卡死的现象,把吸尘机器人外观设计成扁圆柱形的,扁圆形的设计可以使其自由进入沙发、床和家具底下,把一些边角都能够清扫干净。与地面平行的圆形底盘由三个轮子共同支撑,左右两侧的为驱动轮,分别由两个微型直流电机直接驱动,前面的支撑轮为万向轮。机器人的这种外形和车轮布局可使其方便地实现原地转弯,大大提高了行走的灵巧性,这在空间范围较小的地方更为突出。采用碰撞、超声波和红外传感器组成多传感器系统,在机器人的上方装有红外接收装置;在机器人的底部边缘.每隔45°装有接近传感器,用来检测台阶,防止跌落;在机器人的前方装有碰撞传感器,前方和左右装有超声波传感器,用来检测周围环境。机器人上装有电源管理系统,如果电压过低会停止清扫,并且去自动充电。
    1.1 微控制器
        传统的微处理器如51系列虽然开发周期短,成本低,但其实时性不好,难以实现复杂的控制算法;另外,增加的外围电路数据转换速度慢,使机器人的性能得不到充分的发挥。高速DSP的出现虽然使得系统模块化和全数字化,但其开发成本高。与DSP具有同等性能的ARM微处理器资源丰富,具有很好的通用性,其主要技术优点是高性能,低价格,低功耗,广泛地应用于各个领域,因此将ARM应用于机器人控制系统不失为一种好的策略。LPC2210是飞利浦带有一个支持实时仿真和跟踪的ARM7TDMI-S微处理器,其采用3级流水线技术,能够并行处理指令。由于具有非常小的尺寸和极低的功耗,多个32位定时器、PWM输出和32个GPIO使它特别适用于工业控制和小型机器人系统,满足了机器人对控制器运算速度的要求。以LPC2210为核心。设计结构简单,性能稳定的清洁机器人车体系统。
        机器人控制系统主要完成的任务:接收传感器和编码器传来的数据,综合处理进行清扫路径规划;驱动左右轮前进行走,控制清扫、吸尘机构,完成各种底层控制动作;设计合适的人机接口,在LCD上显示机器人状态和运行时间。因此,机器人控制系统包括传感器模块,电机驱动模

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