楼道清洁机器人的系统设计方案，很酷很时尚有木有 - 全文

一、项目概述

1.1 项目摘要

楼道清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机融合起来, 实现室内环境自主清洁, 它集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。是一种环保、健康、智能型的服务机器人, 具有良好的应用前景和广泛的市场需求。近年来室内地面清洁机器人已受到国内外的重视, 成为服务机器人行业一个新的研究方向。我们的团队既有动手能力强，善于二维和三维软件的的成员，也有具备创造性思维，精通传感器的能手，更重要的是我们都有很强的责任心。基于上述项目的研究现状以及项目成员的情况，再加上张磊老师的虚心指导。无论在专业技能和能力方面，还是在团队协作方面，我们都有显著的优势。

1.2 项目背景/选题动机

随着近年来，计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展楼道清洁机器人控制系统的研制与开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景，因此本项目具有很高的可实施性；同时，楼道清洁机器人是一种环保、健康、智能型的服务机器人,切合当今时代绿色环保的时代背景；而且，目前国内的楼道清洁机器人还有多方面（如：爬坡的稳定性，清洁的全面性等）有待完善，有研制的必要性；我们的团队成员都敢于探索、创新，对传感器控制有一定的兴趣和基础，在加上教师指导的虚心指导，我们决定研究一款楼道清洁机器人。

二、需求分析

2.1 功能要求

①在模拟场景下，能够完成楼梯攀爬，并且有足够的稳定性和可靠性；

②能够自行识别标志物，并能及时绕障行走；

③能有自动判别垃圾并对其进行清理。

2.2 性能标准

①在楼梯攀爬时，不会突然停止运行，有足够的稳定性和可靠性；

②识别标志物时，不会误认为垃圾进行清理；

③遇到标志物时总能顺利绕障，不会出现制动现象；

④能有自动判别1cm2及以下大小的垃圾并对其进行清理。

方案设计

3.1 系统功能实现原理

图1 硬件架构图

结构组成

①smt32                                 ②电源

③转向电动机                            ④稳压模块  

⑤碰撞传感器                            ⑥光电开关   

⑦超声波传感器                          ⑧爬楼电动机  

⑨上车体相对运动电动机                  ⑩下车体相对运动电动机

3.2 硬件资源配置

硬件资源配置

①碰撞传感器                           ②爬楼电动机   

③超声波传感器                         ④光电传感器

⑤上下车体相对运动电动机               ⑥转向电机

⑦齿条                                 ⑧轮子

⑨联轴器                               ⑩车体

图2 系统硬件结构框图

3.3系统软件架构

结构组成

①4个传感器。分别是：光电开关信号传感器、超声波测距信号传感器、碰撞开关信号传感器，摄像头信号传感器。

②Stm32处理器有4种判断结果：是否在本台阶、是否直线行走、是否有障碍、是否有垃圾。

③电机若干、齿轮、齿条、轮子、联轴器、车体等。

工作原理

楼道清洁机器人通过传感器把信号给送给Stm32处理器，处理器通过判断使电机做出相应反应。具体得说：光电开关信号传感器把信号传给Stm32处理器，从而决定电机是否让小车爬楼梯；超声波测距信号传感器把信号传给Stm32处理器，从而决定电机是否让小车直线行走；碰撞开关信号传感器，从而决定电机是否让小车识别是否有障碍物；摄像头信号传感器把信号传给Stm32处理器，从而决定电机让小车是被是否有垃圾。

图3 软件架构图

3.4 系统软件流程

图4 程序运行流程图

运行流程

当楼道清洁机器人撞到楼梯，碰撞传感器反馈信息给处理器。碰撞传感器产生中断，升降电动机开始工作。在竖直方向的在齿轮、齿条的传动下，下车体相对于地面静止，上车体向上运行。到达一定高度后，在水平方向的齿轮、齿条的传动下，下车体相对于地面静止。上车体向前方运行。类似地，当上车体平稳在新的一个台阶上，上车体相对于地面静止，下车体上升，然后向前方运行。

在平面移动（非爬楼阶段）时，超声波传感器把周围环境反馈信息给处理器，从而控制电机，是小车顺利运行。同时，摄像头传感器对图像进行采集并进行图像处理，进而清理垃圾。