一、項(xiàng)目概述

1.1 項(xiàng)目摘要

樓道清潔機(jī)器人將移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)和吸塵器技術(shù)有機(jī)融合起來, 實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境自主清潔, 它集機(jī)械學(xué)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能等諸多學(xué)科為一體。是一種環(huán)保、健康、智能型的服務(wù)機(jī)器人, 具有良好的應(yīng)用前景和廣泛的市場需求。近年來室內(nèi)地面清潔機(jī)器人已受到國內(nèi)外的重視, 成為服務(wù)機(jī)器人行業(yè)一個(gè)新的研究方向。我們的團(tuán)隊(duì)既有動(dòng)手能力強(qiáng)，善于二維和三維軟件的的成員，也有具備創(chuàng)造性思維，精通傳感器的能手，更重要的是我們都有很強(qiáng)的責(zé)任心。基于上述項(xiàng)目的研究現(xiàn)狀以及項(xiàng)目成員的情況，再加上張磊老師的虛心指導(dǎo)。無論在專業(yè)技能和能力方面，還是在團(tuán)隊(duì)協(xié)作方面，我們都有顯著的優(yōu)勢。

1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)

隨著近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展樓道清潔機(jī)器人控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景，因此本項(xiàng)目具有很高的可實(shí)施性；同時(shí)，樓道清潔機(jī)器人是一種環(huán)保、健康、智能型的服務(wù)機(jī)器人,切合當(dāng)今時(shí)代綠色環(huán)保的時(shí)代背景；而且，目前國內(nèi)的樓道清潔機(jī)器人還有多方面（如：爬坡的穩(wěn)定性，清潔的全面性等）有待完善，有研制的必要性；我們的團(tuán)隊(duì)成員都敢于探索、創(chuàng)新，對傳感器控制有一定的興趣和基礎(chǔ)，在加上教師指導(dǎo)的虛心指導(dǎo)，我們決定研究一款樓道清潔機(jī)器人。

二、需求分析

2.1 功能要求

①在模擬場景下，能夠完成樓梯攀爬，并且有足夠的穩(wěn)定性和可靠性；

②能夠自行識別標(biāo)志物，并能及時(shí)繞障行走；

③能有自動(dòng)判別垃圾并對其進(jìn)行清理。

2.2 性能標(biāo)準(zhǔn)

①在樓梯攀爬時(shí)，不會(huì)突然停止運(yùn)行，有足夠的穩(wěn)定性和可靠性；

②識別標(biāo)志物時(shí)，不會(huì)誤認(rèn)為垃圾進(jìn)行清理；

③遇到標(biāo)志物時(shí)總能順利繞障，不會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)現(xiàn)象；

④能有自動(dòng)判別1cm2及以下大小的垃圾并對其進(jìn)行清理。

方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理

圖1?硬件架構(gòu)圖

結(jié)構(gòu)組成

①smt32???????????????????????????????? ②電源

③轉(zhuǎn)向電動(dòng)機(jī)??????????????????????????? ④穩(wěn)壓模塊??

⑤碰撞傳感器??????????????????????????? ⑥光電開關(guān)???

⑦超聲波傳感器????????????????????????? ⑧爬樓電動(dòng)機(jī)??

⑨上車體相對運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)????????????????? ⑩下車體相對運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

3.2 硬件資源配置

硬件資源配置

①碰撞傳感器???? ??????????????????????②爬樓電動(dòng)機(jī)???

③超聲波傳感器???????????????????????? ④光電傳感器

⑤上下車體相對運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)?????????????? ⑥轉(zhuǎn)向電機(jī)

⑦齒條???????????????????????????????? ⑧輪子

⑨聯(lián)軸器?????????????????????????????? ⑩車體

圖2?系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)

結(jié)構(gòu)組成

①4個(gè)傳感器。分別是：光電開關(guān)信號傳感器、超聲波測距信號傳感器、碰撞開關(guān)信號傳感器，攝像頭信號傳感器。

②Stm32處理器有4種判斷結(jié)果：是否在本臺階、是否直線行走、是否有障礙、是否有垃圾。

③電機(jī)若干、齒輪、齒條、輪子、聯(lián)軸器、車體等。

工作原理

樓道清潔機(jī)器人通過傳感器把信號給送給Stm32處理器，處理器通過判斷使電機(jī)做出相應(yīng)反應(yīng)。具體得說：光電開關(guān)信號傳感器把信號傳給Stm32處理器，從而決定電機(jī)是否讓小車爬樓梯；超聲波測距信號傳感器把信號傳給Stm32處理器，從而決定電機(jī)是否讓小車直線行走；碰撞開關(guān)信號傳感器，從而決定電機(jī)是否讓小車識別是否有障礙物；攝像頭信號傳感器把信號傳給Stm32處理器，從而決定電機(jī)讓小車是被是否有垃圾。

圖3?軟件架構(gòu)圖

3.4 系統(tǒng)軟件流程

圖4?程序運(yùn)行流程圖

運(yùn)行流程

當(dāng)樓道清潔機(jī)器人撞到樓梯，碰撞傳感器反饋信息給處理器。碰撞傳感器產(chǎn)生中斷，升降電動(dòng)機(jī)開始工作。在豎直方向的在齒輪、齒條的傳動(dòng)下，下車體相對于地面靜止，上車體向上運(yùn)行。到達(dá)一定高度后，在水平方向的齒輪、齒條的傳動(dòng)下，下車體相對于地面靜止。上車體向前方運(yùn)行。類似地，當(dāng)上車體平穩(wěn)在新的一個(gè)臺階上，上車體相對于地面靜止，下車體上升，然后向前方運(yùn)行。

在平面移動(dòng)（非爬樓階段）時(shí)，超聲波傳感器把周圍環(huán)境反饋信息給處理器，從而控制電機(jī)，是小車順利運(yùn)行。同時(shí)，攝像頭傳感器對圖像進(jìn)行采集并進(jìn)行圖像處理，進(jìn)而清理垃圾。