智能清扫机器人研制

摘要

随着科学技术的发展，人们对生活质量标准的提高，智能型机器人在家

庭、企业、工厂中的应用越来越广泛。其中，针对家庭以及其他高端场所的

清扫而研发的智能型扫地机器人因清扫功能强大，使用方便，在机器人领域

发展速度较快。对智能型扫地机器人的工作原理及系统方案设计做出探讨。

智能型扫地机器人的概述智能型机器人设计之初是专注于解决家庭环

境的清扫，而随着智能型机器人研究与应用的进展与发现，智能型机器人突

破了专注于家庭清扫的瓶颈，面向高端场所，在很多大规模的场所都有着广

泛的应用。实际上，智能型机器人是一种智能化的高科技技术领域的产品，

其借助超声波仿生技术，在黑暗的环境下也可以很好地规避障碍物，实现自

动化、强力清扫。相对于普通的清扫机器来说，清扫力强，更加便捷，更有

效地实现自动化，功能更加强大。

关键词：智能型扫地机器人；工作原理；系统方案设计

2智能型扫地机器人的基本工作原理:

2.1.整机控制的工作原理：智能型清扫机器人的控制键盘大多设计有六

个常用的控制键，这些控制键形成了三乘二式的结构，通过一些平行的列线

连接。当这些控制键中有一些没有打开时，列线上的电阻就会起作用，控制

键盘线路的正常运行，也就使得键盘在使用时不会起到作用。只有键盘上的

控制键完全按照要求打开时，才能够发挥键盘对智能型清扫机器人的控制作

用。

2.2.驱动电机的工作原理：驱动电机的主要供电装置是直流型电动机，直

流型电机具有良好的线性调速特性以及优异的控制动态特性，可以高效率地

实现对智能型清扫机器人的供电。在其中还有主动轮装置这一装置主要是指

设置在两侧的左轮与右轮，以及前方位置的从动轮转向轮。这些主动轮以及

从动轮都是驱动电机的运作的主要部分，通过这些主动轮、以及从动轮的运

转，可以实现对智能型扫地机器人的前进、后退以及转向的方向的智能化调

控。

2.3.吸尘装置的工作原理：吸尘装置的供电也是由直流电机实现的，其中

应用了MOS管压控软件以及MOS驱动晶体管，这些被应用的软件管以及晶

体管的漏极与电机主回路相连接，来对吸尘装置的功率进行调控，在需要大

功率清扫的位置上，提高智能型清扫机器人的清扫功率，不太需要强力清扫

的位置可以调换小功率清扫，实现智能化功率的清扫。

整机构成:

机器人硬件系统

运动组件动力系统传感器组件业务组件

软件系统

3智能型扫地机器人的主要系统方案设计

1.1主控系统的具体方案设计主控系统的方案设计包括硬件方面设计与

软件方面设计。软件方面的设计主要是应用智能软件算法，让智能型扫地机

器人可以根据系统内的算法，记忆障碍物的位置，适时地避开障碍物，完成

清扫工作。硬件方面的方案设计主要对中断源，切换口、控制通道、程序存

储装置等进行设计，智能型扫地机器人的主控系统需要多个必须的中断源，

采用的是PWM控制通道，还采用可串行的通讯口，便于智能型扫地机器人

在内部存储方面进行有限的升级。在实际的方案设计上还考虑到主控系统的

单片机的性能问题，采用国内外质量较高的Freescale企业设计的单片机，使

得主控系统的性能得到更大范围的优化。

软件架构图:

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3.2驱动系统的具体方案设计多采用了无刷直流电机以及永磁无刷电动

机这两种装置来具体设计智能型扫地机器人的驱动系统。而在实际的驱动系

统设计中，还针对无刷直流电机进行适当的线路改进，使得无刷直流电机能

够利用自身的数字处理器、微型处理器等更好地控制调节电路。

他视图

消洁系统-水箱和过港

清洁系统-吸水股条

系统■刷盘

运动底盘

3.3传感器系统的方案设计传感器是智能型扫地机器人的设计中相对重

要的内容，智能型机器人就是凭借着传感器来感知外界的变化，以及根据变

化来判断并开展下步程序的运行。传感器系统的方案设计包括对红外传感器、

感知以及接受传感器、超声波传感器等的设计与合理化安装。在具体的设计

方案上，大多会考虑以下几点：一是这些传感器的抗干扰的能力，二是传感

器的稳定性能，三是传感器的精密度。

整机传感器布局:

天线

3D激光（适配）

超声波传感器

右侧摄像头

前摄像头

平视藏光

料视激光

防撞条

防撞轮

超声波传够格

图A16:^rutr节性够器分都示意图（恻及名恻

几乎所有封装的传感器都相当于人的眼睛

-所有封装的传感器都有局限，例如FOV（视角），测量距离等

3D激光（16线）：水平FOV270。，上下F0V±16。,垂直角分辨率2°,40m

510激光（单线）：水平FOV270。,4m

561激光（单线）：水平FOV27（）o,10m

571激光（单线）：水平FOV270。,25m

SR3OO:水平FOV65。，垂直FOV45。，检测距离1.2m

大白：水平65°，垂直42,，检测距离2m

毫米波雷达：水平110°：垂直15°

传感器类型型号视角检测距离用途

播像头SR30C水平72.5±2",要直4.2m膜知菌障

60±4

大白水平65°.重直42°2m感知避隙

RG8摄像头进访水平190°,菲直tSO豪像

超声双角度（第四代探头）水牢40度，要直100爱03m近障

,二二二工水平60度，竖直60质0.3m避薄

气压传服荒的180度。4路，60度础搦妾鼓防褪撞障

夹角每路

温光571（鱼线）冰平27025m面障定位

30激光（16线）水平；27040m通障定位

垂直±16°

510（单找）水平270+4m避障定位

561（登线）水平：270°10m避障定位

3.4部分子系统的具体方案设计遥控子系统的方案设计：遥控子系统的设

计主要体现在对智能型扫地机器人的接收芯片的设计，在机器人的上方设置

有四个红外芯片，来接收相关所需要吸引到的信号。在红外线的芯片设计端

还设置有统一化的编码格式。这些格式不仅可以让智能型机器人在功能的实

现上可以更加自动化，让格式可以更好地为功能的自定义的实现提供必要性

的支持，还使得智能型清扫机器人在实际的工作中，更加便捷实现必须的前

进、转向、后退、以及闪退等功能。键盘显示方面的子系统的方案设计：键

盘的显示方面的方案设计主要包含两个部分的内容：一是键盘的功能设计，

二是键盘的外观精度等的设计。智能型清扫机器人的键盘功能设计主要有以

下几个内容，一是可以实时显示目前的时间、日期等信息，二是控制智能型

清扫机器人的运行路径，让智能型清扫机器人在更需要的地方进行清扫。

常见的定位方法：

惯性导航：依靠陀螺仪，里程计的数值，不断计算当前位置距离起始位置的

相对位置-翻译：蒙着眼睛走路，根据你走的步数和你感觉自己转弯的角度，

判断自己到底走到了哪里

激光导航：根据激光返回信息，不断与地图信息比对，确定自己在地图中的

相对位置-翻译：已知周围有100个点，并且知道所有点相对我的距离和方向，

求当前位置

视觉导航：基本同激光导航，利用摄像头图像信息及深度（距离）信息，与

地图比对-翻译：已知有个二维码，且我认识这个二维码，我也知道相对位置，

求当前位置

导航逻辑

4结语

智能型扫地机器人是目前机器人发展研究广泛的代表之一，其具体的工

作原理大致涉及控制键盘、驱动电机、吸尘装置等，而针对其有关的系统方

案设计包括部分子系统的方案设计、主控系统的方案设计、传感器与驱动系

统的方案设计等。在实际的智能型扫地机