基于多传感器信息融合的室内清洁机器人系统设计

编号：（）字号本科生毕业设计（论文）题目：姓名：学号：班级：二〇一二年六月基于多传感器信息融合的室内清洁机器人系统设计应葆华03081347测控08-2班中国矿业大学本科生毕业设计姓名：应葆华学号：03081347学院：机电工程学院专业：测控技术与仪器设计题目：基于多传感器信息融合的室内清洁机器人系统设计专题：指导教师：刘万里职称：副教授二〇一二年六月徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院机电工程学院专业年级测控08-2班学生姓名应葆华任务下达日期：2012年3月2日毕业设计日期：2012年3月2日至2012年6月8日毕业设计题目：基于多传感器信息融合的室内清洁机器人系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：要求：设计一种基于多传感器融合的室内清洁机器人，完成对周围环境的感知，按照设定的路径实现简单环境中的清扫工作。主要内容：（1）介绍了清洁机器人的概念和相关技术，介绍了国内外清洁机器人的发展现状和研究动态，明确了课题研究的基本内容和方法。（2）进行了系统总体设计，主要包括:功能设计、软硬件框架、机械结构的设计及各系统电路设计。（3）对超声波传感器、红外避障传感器和碰撞传感器的性能特点、工作原理以及相关的电路进行设计分析。（4）对多传感器信息融合并分析了避障策略，结合传感器系统特点和实际环境情况，提出基于多传感器信息的方波型路径规划方案。（5）根据设计内容及要求，制作了一部清洁机器人，并对系统进行了调试与实验。院长签字：指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：指导教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：成绩：评阅教师签字：年月日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答辩情况提出问题回答问题正确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：年月日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：年月日摘要室内地面清洁是一项枯燥乏味的重复性劳动，传统吸尘器工作时需要人的参与，且操作不便。室内地面清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来，结构灵巧，实现了室内环境的自主清洁，是一种环保、健康、智能型的服务机器人，具有广阔的应用前景和市场需求。本文介绍了清洁机器人的研究现状与相关技术，设计并实现了一种全自主清洁机器人，并对多传感器信息融合、路径规划算法进行了研究。具体研究工作包括:1、根据清洁机器人任务和功能要求，进行了系统总体设计。采用功能丰富、能耗低的增强型51芯片STC12C5A60S2作为核心控制器件，系统结构灵巧、紧凑，功能强大，可扩展性强。2、分别进行了清洁机器人的机械结构设计、硬件选型与电路设计、底层软件设计及实现，完成了系统软硬件调试和实验。3、根据清洁机器人需要全区域遍历的特点，研究了一种常用的全区域遍历方波形算法，并在此基础上进行了进一步的改进。4、对系统软件进行了设计及编译，并做了实验调试。最后总结了本文的研究成果和不足之处，并对清洁机器人的研究工作进行了展望。关键词：清洁机器人；51单片机；传感器系统；避障AbstractIndoorfloorcleaningisaboringrepetitivework.Traditionalvacuumcleanerworkrequirestheparticipationofpeopleandinconvenientoperation.Indoorfloorcleaningrobotisorganicintegrationofmobileroboticsandvacuumcleaners,realizesself-cleaningoftheindoorenvironment,soitisanenvironmentallyfriendly,healthy,intelligentservicerobots,whichhasbroadapplicationprospectsandmarketdemand.Thisarticledescribestheresearchstatusofthecleaningrobotsandrelatedtechnologies,designsandimplementsafullyautonomouscleaningrobot,andstudiesthemulti-sensorinformationfusion,pathplanningalgorithm.Thespecificresearchworkincludes:1.Accordingtothecleaningrobottasksandfunctionalrequirements,ifinishtheSystemDesign.Byusingfeature-rich,lowenergyconsumption,enhanced51-chipSTC12C5A60S2asthecorecontroldevice,thesystemarchitectureissmart,compact,powerful,strongscalability.2.Executingthemechanicalstructureofthecleaningrobotdesign,hardwareselectionandcircuitdesign,theunderlyingsoftwaredesignandrealization,andcompletesystemhardware,softwaredebuggingandexperimental.3.Accordingtothecharacteristicsofthecleaningrobotneedstotraverseoftheregion-wide,iresearchacommonalgorithm,whichcallsregion-widesquarewavetraversalalgorithm,andexecutefurtherimprovementsonthebasis.4.Completingsystemsoftwaredesignandcompilation,anddotheexperimentdebugging.Finally,summarizingthefindingsanddeficienciesinthisarticle,andprospectingtheresearchworkofthecleaningrobot.Keywords:IntelligentCleaningRobot;51MCU;SensorSystem;ObstacleAvoidance目录摘要.....................................................................ⅠAbstract.................................................................Ⅱ1绪论....................................................................11.1概述..............................................................11.2课题的目的和意义..................................................11.3清洁机器人发展现状及发展趋势......................................21.4清洁机器人的关键技术..............................................41.5本课题主要研究内容................................................62清洁机器人总体设计方案.................................................72.1引言..............................................................72.2清洁机器人总体方案概述............................................72.2.1主要任务目标................................................72.2.2总体原理....................................................82.2.3清洁机器人硬件框架..........................................92.2.4清洁机器人软件框架..........................................92.2.5清洁机器人机械结构.........................................102.3主要子系统设计思路...............................................102.3.1控制系统...................................................102.3.2移动机构...................................................122.3.3传感器系统.................................................152.3.4吸尘系统...................................................162.3.5电源模块...................................................162.3.6遥控模块...................................................172.4本章小结.........................................................183传感器系统设计与分析..................................................193.1引言.............................................................193.2超声波测距传感器设计与分析.......................................193.3红外避障传感器设计与分析.........................................193.4光电测速传感器设计与分析.........................................233.5碰撞传感器检测单元...............................................253.6传感器系统的安装布置...............................