掃地機(jī)器人傳感器設(shè)計(jì)

1、.掃地機(jī)器人傳感器設(shè)計(jì)傳感器與檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)姓名：徐雷班級(jí)：電信12-1 班學(xué)號(hào)： 1206110123.1. 掃地機(jī)器人掃地機(jī)器人，又稱(chēng)自動(dòng)打掃機(jī)、智能吸塵、機(jī)器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能， 自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式， 將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。本設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人采用刷掃吸塵方式，機(jī)身為無(wú)線機(jī)器，以圓盤(pán)型為主，使用充電電池運(yùn)作，操作方式使用遙控器、或是按機(jī)器上的操作面板相應(yīng)按鈕。本次設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人可設(shè)定時(shí)間預(yù)約打掃，自行充電。前方設(shè)置超聲破測(cè)距傳感器，可偵測(cè)障礙物，如碰到墻壁或其他障礙物，會(huì)自行轉(zhuǎn)彎，從

2、室內(nèi)邊沿開(kāi)始走矩形路線， 有規(guī)劃清掃地區(qū)。 下面來(lái)介紹一下其所需的傳感器類(lèi)型，數(shù)量及實(shí)現(xiàn)功能。2. 智能掃地機(jī)器人所需傳感器類(lèi)型及個(gè)數(shù)：(1) 防撞傳感器（超聲波測(cè)距傳感器 ZH5430）：3 個(gè)。(2) 防跌傳感器（超聲波測(cè)距傳感器 ZH5430）：3 個(gè)。(3) 防過(guò)熱傳感器（溫度傳感器 DS18B20）： 2 個(gè)。(4) 床底深度清掃（光敏傳感器 CDS-3）：8 個(gè)。(5) 灰塵盒防滿傳感器（介質(zhì)型電容傳感器 ZCS1100）：2 個(gè)。(6)低電量自動(dòng)返回充電功能（紅外線傳感器RB-03T005）：2 個(gè)。(7)邊緣檢測(cè)傳感器（光電邊緣檢測(cè)傳感器PBZ-CL007V ）： 2 個(gè)。(8

3、) 遙控器控制功能（紅外線傳感器 RB-03T005）： 4 個(gè)。3. 功能3.1. 防撞傳感器掃地機(jī)器人內(nèi)部安裝三個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，用來(lái)檢測(cè)掃地機(jī)器人行進(jìn)路線上是否有障礙物。超聲波測(cè)距傳感器安裝位置如圖3-1 所示。.掃地機(jī)器人頂部右左傳感器感應(yīng)窗圖 3-1 防撞傳感器設(shè)計(jì)圖超聲波傳感器原理 ：超聲波是一種一定頻率范圍的聲波。它具有在同種媒質(zhì)中以恒定速率傳播的特性， 而在不同媒質(zhì)的界面處， 會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象。 利用這一特性，就可以根據(jù)測(cè)量發(fā)射波與反射波之間的時(shí)間間隔，從而達(dá)到測(cè)量距離的作用。避障功能的實(shí)現(xiàn)正是利用了這一超聲波測(cè)距的原理，當(dāng)前方有障礙物時(shí)， 通過(guò)超聲波測(cè)量與其距離，根據(jù)信號(hào)的幅

4、值大小，也可以初步確定障礙物的大小。當(dāng)測(cè)量距離小于限定值時(shí)向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向。由此可 避免與家具等物品發(fā)生碰撞，從而避免損壞相應(yīng)物品。3.2. 智能行進(jìn)路線本設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人采用往返式路徑規(guī)劃方法， 家中擺放有不少的家具， 那么掃地機(jī)器人如何避開(kāi)這些家具對(duì)家里進(jìn)行整體的打掃呢。 就用到防碰撞功能里的 6 個(gè)超聲波傳感器， 可通過(guò)超聲波測(cè)距傳感器的信息來(lái)判斷它放置于墻邊還是房屋中間。在房屋中間， 則先設(shè)為它沿某一方向運(yùn)動(dòng)到靠近墻邊的某一點(diǎn)。機(jī)器入就可從墻邊的某一點(diǎn)開(kāi)始， 按逆時(shí)針?lè)较蚶@墻運(yùn)動(dòng)一周， 先對(duì)室內(nèi)墻邊地面進(jìn)行一次預(yù)清掃。掃地機(jī)器人在繞完一圈后再向左或向右行走到

5、墻壁的最左端， 以此來(lái)作為它清擋路徑的起始點(diǎn)， 正式開(kāi)始清掃， 每快遇到墻時(shí)便運(yùn)動(dòng)路線的水平方向平一些距離， 轉(zhuǎn)向繼續(xù)行進(jìn)。 當(dāng)遇到障礙物時(shí)先繞其一周回到原位置在繼續(xù)往返清掃。這樣既可對(duì)室內(nèi)進(jìn)行無(wú)死角的整體清掃了。路線示意圖如圖3-2 所示。.圖 3-2 行進(jìn)路線示意圖3.3. 防跌落為了防止掃地機(jī)器人遇到臺(tái)階時(shí)跌落，在掃地機(jī)器人背面安裝3 個(gè)防跌落傳感器。防跌落傳感器安裝位置如圖3-3 所示。防跌落傳感器也是利用超聲波進(jìn)行測(cè)距。當(dāng)掃地機(jī)器人行進(jìn)至臺(tái)階邊緣時(shí)，防跌落傳感器利用超聲波測(cè)得掃地機(jī)器人與地面之間的距離，當(dāng)超過(guò)限定值時(shí)，向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器控制掃地機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)向， 改變掃地機(jī)器人前

6、進(jìn)方向，從而實(shí)現(xiàn)防止跌落的目的。掃地機(jī)器人防止跌落示意圖如圖3-4 所示。前防跌落傳感器掃地機(jī)器人頂部掃地機(jī)器人底部前防跌落傳感器圖 3-3 防跌落傳感器分布.掃地機(jī)器人頂部防跌落傳感器圖 3-4 掃地機(jī)器人遇臺(tái)階示意圖3.4. 防過(guò)熱傳感器為了防止掃地機(jī)器人持續(xù)工作導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱，從而導(dǎo)致電路的燒毀，在掃地機(jī)器人電路板上安裝兩個(gè)溫度傳感器。當(dāng)掃地機(jī)器人工作一段時(shí)間電機(jī)溫度達(dá)到一定限度后一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器，控制器再控制掃地機(jī)器人停止工作，并運(yùn)行散熱風(fēng)扇進(jìn)行散熱。 當(dāng)溫度降到一定程度后， 另一個(gè)溫度傳感器發(fā)送信號(hào)給控制器， 控制器在控制掃地機(jī)器人繼續(xù)工作。掃地機(jī)器人防過(guò)熱傳感器示意圖如

7、圖 3-5 所示。圖 3-5 防過(guò)熱傳感器分布3.5.床底深度清掃床底、沙發(fā)底、柜子底等地方相對(duì)較臟，因此這些地方需要重點(diǎn)清掃，以保證清潔度。為實(shí)現(xiàn)此功能， 在掃地機(jī)器人正面安裝8 個(gè)光敏傳感器。 光敏傳感器安裝位置如圖 3-6 所示。掃地機(jī)器人在床底或柜子底開(kāi)始工作后， 光敏傳感器接收的光強(qiáng)較弱。 當(dāng)掃地機(jī)器人運(yùn)行離開(kāi)床底或柜子底時(shí)， 光敏傳感器接收到的光強(qiáng)發(fā)生變化， 向控制.器發(fā)送信號(hào)，控制器發(fā)出控制信號(hào)，使掃地機(jī)器人轉(zhuǎn)向，重新回到暗處，繼續(xù)進(jìn)行清掃。前掃地機(jī)器人頂部光敏傳感器掃地機(jī)器人頂部光敏傳感器前圖 3-6 光敏傳感器分布3.6. 灰塵盒防滿傳感器為了檢查掃地機(jī)器人灰塵盒中的灰塵是否

8、裝滿，在灰塵盒兩側(cè)安裝變介質(zhì)型電容傳感器。當(dāng)灰塵盒中灰塵高度到達(dá)電容傳感器高度時(shí)，電容傳感器中的介質(zhì)發(fā)生改變，由于灰塵的介電常數(shù)與空氣的介電常數(shù)不同，從而引起傳感器電容變化，傳感器將信號(hào)傳給控制器， 控制器控制掃地機(jī)器人發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒主人應(yīng)該清理灰塵盒了。電容傳感器安裝示意圖如圖3-7 所示。掃地機(jī)器人頂部掃地機(jī)器人電容傳感器灰塵盒圖 3-7 電容傳感器安裝示意圖3.7. 低電量自動(dòng)返回充電功能掃地機(jī)器人所帶電池容量有限， 所以就需要在電量低時(shí)自動(dòng)返回充電基座進(jìn)行充電再返回原位置繼續(xù)打掃。當(dāng)電量低于限定值時(shí)， 控制器會(huì)向紅外線發(fā)射器發(fā)送信號(hào)，紅外線發(fā)射器向四周發(fā)射紅外線。充電基座安裝有紅外線傳感器，感受到來(lái)自掃地機(jī)器人發(fā)射來(lái)的紅外線后，會(huì)向掃地機(jī)器人發(fā)射紅外線。 掃地機(jī)器人內(nèi)部的紅外線傳感器接收到后會(huì)向控制器發(fā)送信號(hào)，控制器就會(huì)控制掃地機(jī)器.人按照接受到紅外線的方向找到充電基座，并自動(dòng)返回進(jìn)行充電。3.8. 邊緣檢測(cè)傳感器邊緣檢測(cè)傳感器是一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)， 開(kāi)關(guān)的觸發(fā)端設(shè)計(jì)成一個(gè)滑輪結(jié)構(gòu)， 在機(jī)器人的兩側(cè)各裝有一個(gè)， 用于保證機(jī)器人可以始終貼著墻的邊緣走。 這樣就可以對(duì)墻壁邊緣死角部分進(jìn)行更好的清掃。3.9. 遙控器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)掃地機(jī)器人在創(chuàng)建地圖的清掃過(guò)程中， 可