本發(fā)明屬于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著信息時(shí)代的高速發(fā)展，掃地機(jī)器人是被廣泛應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域的智能設(shè)備，自動(dòng)清掃機(jī)器人是當(dāng)今服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)熱門的研究方向，從理論和技術(shù)上講，自動(dòng)清掃機(jī)器人比較具體地體現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有較強(qiáng)的代表性，從市場(chǎng)前景角度講，自動(dòng)清掃機(jī)器人將大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率，適用于賓館、酒店、圖書館、辦公場(chǎng)所和大眾家庭，因此開發(fā)自動(dòng)清掃機(jī)器人既具有科研上的挑戰(zhàn)性又具有廣闊的市場(chǎng)前景。

目前，在控制掃地機(jī)器人進(jìn)行清潔時(shí)，通常采用的控制方式為：通過遙控裝置發(fā)出控制信號(hào)，控制掃地機(jī)器人在各個(gè)方向上的移動(dòng)，當(dāng)接近障礙物時(shí)，控制掃地機(jī)器人停止移動(dòng)，以避免與障礙物發(fā)生碰撞。

然而，當(dāng)采用上述方式控制掃地機(jī)器人時(shí)，一方面，需要頻繁對(duì)遙控器進(jìn)行操作，造成在控制掃地機(jī)器人的移動(dòng)的過程較為繁瑣，另一方面，當(dāng)接近諸如掃地機(jī)器人接近電線被纏繞、接近地毯被卡住的情況，均需要以人工方式進(jìn)行排除才能使掃地機(jī)器人重新移動(dòng)，造成在控制掃地機(jī)器人的移動(dòng)的過程較為繁瑣。

因此，需要一種新的掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)的產(chǎn)生來克服上述技術(shù)中的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種新的掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，能自動(dòng)走遍所以可進(jìn)入的房間，可以自動(dòng)清掃吸塵，可在遙控和手控狀態(tài)下清掃吸塵。

一種掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，所述硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)AT89C51和分別與所述單片機(jī)AT89C51連接的狀態(tài)設(shè)置按鈕、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、外圍電路和傳感器接口，所述傳感器接口連接至紅外避障傳感器和紅外遙控，所述外圍電路連接至電源模塊、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈接至驅(qū)動(dòng)電機(jī)、毛刷電機(jī)和吸塵電機(jī)。

優(yōu)選地，所述掃地機(jī)器人的車箱體采用框架式結(jié)構(gòu)：從下至上分隔成三個(gè)空間：第一層裝配各運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；第二層為垃圾存儲(chǔ)空間；第三層裝配機(jī)器人控制系統(tǒng)、接線板、電源電池和開關(guān)。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，主控模塊通過對(duì)各子程序的調(diào)用,按一定時(shí)序完成了對(duì)吸塵器的控制,避障模塊通過對(duì)采集到的超聲波信號(hào)和接近開關(guān)信號(hào)的判斷和處理,很好地完成了對(duì)障礙物的自動(dòng)感知和自主躲避;步進(jìn)電機(jī)及吸塵電機(jī)控制精度較高等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了清楚了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將在下面的描述中提出其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的具體施行并不足限于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述如下，除詳細(xì)描述的這些實(shí)施例外，還可以具有其他實(shí)施方式。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參照?qǐng)D1，圖中公開了一種掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，所述硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)AT89C51和分別與所述單片機(jī)AT89C51連接的狀態(tài)設(shè)置按鈕、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)、外圍電路和傳感器接口，所述傳感器接口連接至紅外避障傳感器和紅外遙控，所述外圍電路連接至電源模塊、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，所述電動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈接至驅(qū)動(dòng)電機(jī)、毛刷電機(jī)和吸塵電機(jī)。

所述掃地機(jī)器人的車箱體采用框架式結(jié)構(gòu)：從下至上分隔成三個(gè)空間：第一層裝配各運(yùn)動(dòng)部件的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；第二層為垃圾存儲(chǔ)空間；第三層裝配機(jī)器人控制系統(tǒng)、接線板、電源電池和開關(guān)。

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化設(shè)備中，步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處在于它是一種可以將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工作中傳遞轉(zhuǎn)矩的同時(shí)還可以控制角位移或速度，本發(fā)明中采用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，通過通電方式的不同使自動(dòng)清掃機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)達(dá)到前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，自動(dòng)清掃機(jī)器人的吸塵器則采用直流電機(jī)（H橋式電路）驅(qū)動(dòng)。

采用以AT89C51單片機(jī)為核心的紅外接收電路和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。紅外遙控器發(fā)射不同的碼值來控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速減速以及啟動(dòng)停止。單片機(jī)通過對(duì)紅外信號(hào)的解碼來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的變速。

由于吸塵器兩動(dòng)力輪的中心與車體中心不重合,故采用以一輪為中心的旋轉(zhuǎn)方式并通過檢測(cè)轉(zhuǎn)彎標(biāo)志位(1或0)來判斷轉(zhuǎn)向，在墻角轉(zhuǎn)彎時(shí)處，根據(jù)吸塵器外形的幾何尺寸計(jì)算吸塵器遇墻停止后,后退再轉(zhuǎn)彎的時(shí)間。吸塵器內(nèi)圈行走時(shí)的轉(zhuǎn)彎依靠轉(zhuǎn)彎設(shè)定值實(shí)現(xiàn)，當(dāng)超聲波傳感器1的值小于等于設(shè)定值時(shí),吸塵器轉(zhuǎn)彎?？紤]到超聲波傳感器的最小量程為0.5m,第一圈內(nèi)圈行走的轉(zhuǎn)彎設(shè)定值設(shè)定為50cm,以后每圈的轉(zhuǎn)彎設(shè)定值遞增30cm。吸塵器單向行駛至轉(zhuǎn)彎結(jié)束的過程稱為一次單向清掃過程。若某次單向行駛結(jié)束后檢測(cè)到超聲波傳感器1的值小于轉(zhuǎn)彎設(shè)定值,則吸塵器原地再次轉(zhuǎn)彎,然后前進(jìn)至墻停止,整個(gè)房間清掃完畢。

設(shè)計(jì)躲避障礙物功能模塊程序設(shè)計(jì)避障總規(guī)則:利用超聲波實(shí)測(cè)值與已測(cè)得的房間長(寬)值的比較,判斷某次單向清掃途中是否有障礙物。若有障礙物:行走時(shí)若為左轉(zhuǎn),采用左避讓規(guī)則;行走時(shí)若為右轉(zhuǎn),采用右避讓規(guī)則。障礙物避開后按行走規(guī)則繼續(xù)行進(jìn);若無障礙物:按行走規(guī)則繼續(xù)行進(jìn),在轉(zhuǎn)彎前應(yīng)判斷是否有足夠的空間供機(jī)器人吸塵器轉(zhuǎn)彎。若吸塵器可以轉(zhuǎn)彎,則轉(zhuǎn)彎,本次單向清掃完畢;若吸塵器不能轉(zhuǎn)彎,說明下次單向清掃起始點(diǎn)處有障礙物,后退,避開障礙物后再轉(zhuǎn)彎,前進(jìn)至通過障礙物邊線后,本次單向清掃完畢。避障功能是在行走功能基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,分為內(nèi)圈避障程序設(shè)計(jì)和外圈程序設(shè)計(jì)。清掃完畢的判斷方案:用外圈行走結(jié)束后清掃區(qū)域的精確長、寬值與內(nèi)圈行走軌跡寬度30cm相除,商即為長、寬方向上各自所需的單向清掃次數(shù),有余數(shù)則說明還有一塊寬度小于30cm的矩形區(qū)域需要清掃。在執(zhí)行內(nèi)圈避障時(shí),只要長或?qū)捜我夥较蛏系膯蜗蚯鍜叽螖?shù)達(dá)到所需的次數(shù),即認(rèn)為清掃完畢,剩余矩形區(qū)域的清掃在終止模塊中完成。

為保證車體運(yùn)行時(shí)不偏離軌道,采用陀螺儀傳感器監(jiān)視車體運(yùn)動(dòng)狀況，當(dāng)車體偏移量達(dá)到一定值時(shí),通過控制行進(jìn)方式調(diào)整車體姿態(tài)，當(dāng)車體偏轉(zhuǎn)角度大于10%時(shí),開始調(diào)整車體姿態(tài)，首先判斷車體偏轉(zhuǎn)的方向并記錄車體偏轉(zhuǎn)角度，為使車體能最大限度地回到原位置,采用一個(gè)動(dòng)力輪不動(dòng),另一動(dòng)力輪倒轉(zhuǎn)的方式實(shí)現(xiàn)車體姿態(tài)調(diào)整，使用該方案調(diào)整車體位置后,車體并不一定能恰好回到原位置,但誤差已經(jīng)達(dá)到最小。

主控程序是吸塵器工作的主體邏輯。在主控程序中需要完成DSP的初始化設(shè)置,考慮各功能模塊間的邏輯關(guān)系,實(shí)現(xiàn)對(duì)各子程序的調(diào)用,并要充分考慮到各級(jí)中斷信號(hào)對(duì)程序運(yùn)行的影響,做出正確的處理、協(xié)調(diào)。

主控程序流：用戶操作鍵盤時(shí)接近開關(guān)可能會(huì)工作,這有可能導(dǎo)致程序運(yùn)行出錯(cuò),故DSP需在程序最開始首先屏蔽所有中斷，鍵盤的檢測(cè)由單片機(jī)實(shí)現(xiàn),用戶若想通過鍵盤設(shè)定吸塵器工作方式,則必須在開機(jī)后20s內(nèi)開始操作,該20s的延時(shí)由DSP提供,20s后若無鍵按下,則認(rèn)為用戶未設(shè)定吸塵器工作狀態(tài),系統(tǒng)按自動(dòng)方式開始工作;20s后若有鍵按下,則將等待用戶輸入完畢后,按照用戶設(shè)定要求工作。

系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的初始化程序是系統(tǒng)各功能實(shí)現(xiàn)的前提。給狀態(tài)寄存器賦值,保證子程序調(diào)用或進(jìn)入中斷時(shí)實(shí)現(xiàn)CPU各種狀態(tài)的保存;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)配置;輸出口的選擇及功能設(shè)定;中斷的相關(guān)寄存器處理;累加器的溢出方式選擇及系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率的選定等功能都在初始化程序中實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)中斷處理，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中共有4路中斷信號(hào)需要處理,其中8路接近開關(guān)和4路超聲波傳感器共用優(yōu)先級(jí)為1級(jí)的外部中斷XINT1;兩個(gè)事件管理模塊EVA和EVB在產(chǎn)生PWM波形時(shí)用到了優(yōu)先級(jí)為2級(jí)的定時(shí)器1和定時(shí)器3的周期中斷;此外,陀螺儀的測(cè)量值經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換時(shí)用到了中斷優(yōu)先級(jí)為6級(jí)的ADC中斷。

外部中斷XINT1的處理，由于8路接近開關(guān)和超聲波傳感器共用XINT1中斷,故在響應(yīng)該中斷時(shí)應(yīng)首先判斷是哪個(gè)外部設(shè)備產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求,然后進(jìn)行相應(yīng)的處理。若為接近開關(guān)中斷,單片機(jī)向雙口RAM8040h單元寫0,若為超聲波中斷則寫1,DSP通過讀8040h單元內(nèi)容來判斷是哪個(gè)外設(shè)產(chǎn)生的中斷:①若為超聲波傳感器發(fā)出的中斷,在其中斷服務(wù)程序中只需重新開中斷即可(這是因?yàn)檫M(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉中斷)；②若為接近開關(guān)中斷,需判斷該接近開關(guān)是否工作。工作時(shí),則在中斷服務(wù)程序中還要執(zhí)行停止程序,否則只需開中斷即可。是第幾個(gè)接近開關(guān)工作,單片機(jī)就在雙口RAM8033h單元中寫幾,若同時(shí)有多個(gè)接近開關(guān)工作,則單片機(jī)從8033單元的最低位起將其序號(hào)依次寫入。DSP只需依照此規(guī)則便可根據(jù)8033h單元內(nèi)容判斷是哪個(gè)接近開關(guān)工作；ADC中斷處理，吸塵器在測(cè)距模塊中車體旋轉(zhuǎn)180,左、右轉(zhuǎn)及姿態(tài)調(diào)整的過程中都會(huì)響應(yīng)ADC中斷,故在執(zhí)行上述功能的程序時(shí)分別向012Eh單元寫0、1、2、3,功能實(shí)現(xiàn)后再向012Eh單元寫4,這樣,響應(yīng)中斷時(shí)便可在中斷服務(wù)程序中通過查詢012Eh單元的內(nèi)容來判斷車體的運(yùn)動(dòng)情況,從而執(zhí)行不同的服務(wù)程序。

定時(shí)器周期中斷處理，定時(shí)器周期中斷的處理相對(duì)簡單,只需在中斷服務(wù)程序中將計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器3重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值并開中斷即可。

本發(fā)明提供的一種掃地機(jī)器人的硬件系統(tǒng)，主控模塊通過對(duì)各子程序的調(diào)用,按一定時(shí)序完成了對(duì)吸塵器的控制,各主要功能模塊滿足設(shè)計(jì)要求：如避障模塊通過對(duì)采集到的超聲波信號(hào)和接近開關(guān)信號(hào)的判斷和處理,很好地完成了對(duì)障礙物的自動(dòng)感知和自主躲避;步進(jìn)電機(jī)及吸塵電機(jī)控制精度較高等。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。