一、總體設(shè)計(jì)
安防清潔機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)思緒：
總控制局部：采意圖法半導(dǎo)體公司的STM32芯片。具有高性能，低本錢(qián)，低功耗等特性。
驅(qū)動(dòng)電機(jī)局部：采用BTS7960芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有較大過(guò)載電流，不易燒毀經(jīng)久耐用。
驅(qū)動(dòng)渦流吸塵局部：渦流吸塵局部對(duì)PWM控制請(qǐng)求低，運(yùn)用市面上常見(jiàn)的L298N模塊供電。價(jià)錢(qián)低廉運(yùn)用便當(dāng)耐久。
傳感器局部：主要運(yùn)用超聲波模塊停止避障，運(yùn)用紅外對(duì)管避免高處跌落，并運(yùn)用人體紅外模塊停止對(duì)家財(cái)富平安探測(cè)，運(yùn)用GSM模塊對(duì)異常狀況停止報(bào)警，火焰報(bào)警模塊能有效探測(cè)家中某處小型火災(zāi)。
二、主控局部
一個(gè)性能優(yōu)秀的清潔機(jī)器人必然與它的主控芯片有關(guān)，安防清潔機(jī)器人在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需求處置大量不同地形，并完成最優(yōu)化道路的既定，所以處置器需求極端強(qiáng)大的性能，并且還需求處置紅外防跌落，火焰報(bào)警等模塊信息，綜合以上請(qǐng)求選定意法半導(dǎo)體公司的STM32作為安防清潔機(jī)器人的主控板。
三、電機(jī)驅(qū)動(dòng)局部
安防清潔機(jī)器人采用完整集成的大電流BTS7970芯片作為主驅(qū)動(dòng)芯片，主要具有死區(qū)時(shí)間短，避免過(guò)熱，過(guò)壓，欠壓，過(guò)流和短路維護(hù)，低靜態(tài)電流等功用。
電機(jī)采用全橋MOS管驅(qū)動(dòng)，使清潔機(jī)器人具有極快的的剎車(chē)和啟動(dòng)，靈敏的轉(zhuǎn)向。、驅(qū)動(dòng)電路采用芯片隔離，能避免因突發(fā)緣由而燒毀主控板。以下是電路圖和PCB規(guī)劃圖
四、避障采集局部
安防清潔機(jī)器人避障采用超聲波遠(yuǎn)程測(cè)距提早定位；紅外傳感器近間隔準(zhǔn)確定位；觸動(dòng)開(kāi)關(guān)防撞作為機(jī)器人的主要避障傳感器。
（一）超聲波遠(yuǎn)程提早測(cè)距定位
主要運(yùn)用三個(gè)超聲波模塊對(duì)前方180°的障礙物停止全面提早掃描，相似于生物界中的蝙蝠捕食昆蟲(chóng)的定位辦法，經(jīng)過(guò)發(fā)射器依次不時(shí)地發(fā)射超聲波，再由接納端接納反應(yīng)回來(lái)的超聲波，經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部自帶的時(shí)鐘計(jì)算時(shí)間差，再在芯片內(nèi)部繪制出前方障礙物的位置。運(yùn)用超聲波模塊的優(yōu)勢(shì)在于非常的價(jià)錢(qián)低廉，固然存在一定的盲區(qū)，但是三個(gè)超聲波互相互補(bǔ)簡(jiǎn)直能掩蓋一切盲區(qū)。
（二）紅外近間隔準(zhǔn)確丈量
安防清潔機(jī)器人采用的超聲波模塊關(guān)于近間隔的障礙物判別存在一定的誤差，所以采用紅外傳感器模塊對(duì)超聲波模塊停止一定的修正，該模塊是一種集發(fā)射和接納于一體的光電傳感器，當(dāng)發(fā)射管將調(diào)制過(guò)后的紅外線(xiàn)發(fā)射，接納管對(duì)接納的光停止解調(diào)接納，可以精確判別近間隔的障礙物，并且檢測(cè)障礙物的的間隔精度均能夠經(jīng)過(guò)電位計(jì)停止調(diào)理。
五、吸塵模塊局部
吸塵模塊作為吸塵機(jī)器人的主體局部，吸塵局部主要由吸塵風(fēng)扇和濾塵局部組成，吸塵風(fēng)扇采用離心蝸道吸塵，扇葉采用了阿基米德螺線(xiàn)，離心風(fēng)機(jī)極大的降低了噪音，離心蝸道吸塵相關(guān)于普通風(fēng)扇吸塵具有愈加優(yōu)越的性能，蝸道吸塵愈加的節(jié)能，增加了機(jī)器人的續(xù)航才能。濾塵局部主要由箱體和濾塵網(wǎng)構(gòu)成。
六、途徑規(guī)劃局部
途徑規(guī)劃是目前清潔機(jī)器人最主要所面臨的問(wèn)題，依據(jù)市場(chǎng)調(diào)研得到的目前市面上人們關(guān)于清潔機(jī)器人最懊惱的就是每個(gè)家庭的環(huán)境不同，市面上的大多數(shù)清潔機(jī)器人容易在一個(gè)中央原地打轉(zhuǎn)。途徑規(guī)劃也是目前程序前沿的一個(gè)中心問(wèn)題之一。目前途徑規(guī)劃關(guān)于系統(tǒng)的主要請(qǐng)求是：
1.在不同地圖中尋覓最適宜挪動(dòng)間隔最短的途徑，盡量減少反復(fù)的地域。
2.保證不與地圖中的任何障礙物發(fā)作碰撞，并保證障礙物邊緣地段的打掃。
3.防止不同的家具對(duì)傳感器感知環(huán)境模型形成不可預(yù)知的影響。
4.經(jīng)過(guò)最優(yōu)算法，肯定最佳打掃道路，并保證不會(huì)在一些特殊角落墮入死循環(huán)狀態(tài)。
目前清潔機(jī)器人的提高化，遍歷途徑也呈現(xiàn)了越來(lái)越多的算法，遍歷途徑規(guī)劃是指機(jī)器人依據(jù)傳感器所探知的四周環(huán)境，依照最優(yōu)化途徑在起始點(diǎn)和終點(diǎn)之間規(guī)劃處一條可以掩蓋地圖上除去障礙物以外的一切地域。
以下是目前比擬前沿的幾種規(guī)劃道路的算法：
（1）人工勢(shì)場(chǎng)法。人工勢(shì)場(chǎng)法是機(jī)器人導(dǎo)航中提出的一種虛擬規(guī)劃法，原理是將清潔機(jī)器人假象成一種在勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，這種算法運(yùn)用在清潔機(jī)器人這里時(shí)能有效的進(jìn)步清潔機(jī)器人的清潔效率。但當(dāng)遇到復(fù)雜的地形時(shí)容易產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，目前市面上比擬高端的清潔機(jī)器人采用的就是這種算法。不過(guò)，該算法的確是目前效率較高的算法。
（2）柵格法。柵格法采用的是幾何的辦法來(lái)打掃，將機(jī)器人假象為一個(gè)點(diǎn)，將需求打掃的空間劃分為一格一格劃一的柵格。。此算法簡(jiǎn)單易學(xué)，容易在很多單片機(jī)內(nèi)完成。但是此算法效率不高，且柵格大小確實(shí)定直接影響效率和掩蓋率。家庭的不同大小所需的柵格大小也不盡相同，形成了不同家庭運(yùn)用效果的不同。
（3）人工智能法。人工智能法是目前最搶手的算法。該算法基于含糊邏輯，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法來(lái)處理目前清潔機(jī)器人的途徑規(guī)劃問(wèn)題。該算法是最有可能成為以后清潔機(jī)器人規(guī)劃道路的主流算法。但是目前該算法任然具有很大的缺乏，而且系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜關(guān)于主控芯片的請(qǐng)求也比擬高，就目前的人工智能算法效率普遍也較低。
前面討論的幾種途徑規(guī)劃算法關(guān)于單片機(jī)而言照舊太過(guò)苛刻，經(jīng)過(guò)對(duì)單片機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用，最后提出了以下四種遍歷方式：內(nèi)螺旋式，往復(fù)式，橢圓式，隨機(jī)式。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論往復(fù)式是最合適本機(jī)器人的算法。
七、安防局部
安防清潔機(jī)器人相關(guān)于目前市面上的清潔機(jī)器人最大的優(yōu)勢(shì)就在于在普通清潔機(jī)器人的根底上添加了安防功用。應(yīng)用了清潔機(jī)器人的挪動(dòng)不可預(yù)測(cè)性，為安防提供根底。目前普通安防都是固定于一個(gè)中央的，當(dāng)小偷或其它歹徒有認(rèn)識(shí)的避開(kāi)裝置了防衛(wèi)的中央，普通的防衛(wèi)系統(tǒng)基本不能發(fā)現(xiàn)家中的偷竊等行為。而清潔機(jī)器人工作的最佳時(shí)間點(diǎn)正是主人家不在家或者睡覺(jué)這種小偷容易光臨的時(shí)分，行走著的機(jī)器人關(guān)于家庭不該呈現(xiàn)人時(shí)的監(jiān)控簡(jiǎn)直沒(méi)死角。所以在安防清潔機(jī)器人相關(guān)于普通的安防愈加有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)火災(zāi)才發(fā)作一點(diǎn)點(diǎn)苗頭時(shí)，就很容易被安防清潔機(jī)器人發(fā)現(xiàn)。從苗頭上就能發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，防止過(guò)大的損失。所以清潔機(jī)器人相關(guān)于目前普通的安防設(shè)備火災(zāi)報(bào)警設(shè)備具有更大的優(yōu)勢(shì)，完成一機(jī)多功用。
八、結(jié)論和后期開(kāi)展
在將來(lái)幾年中，全智能清潔機(jī)器人必將提高，將人們從大量的家庭清潔中解放出來(lái)，而且目前都是單一產(chǎn)品，一機(jī)多用的理念也不得人心，安防清潔機(jī)器人不只具備目前市面上清潔機(jī)器人的特性，更是應(yīng)用清潔機(jī)器人的不時(shí)挪動(dòng)性將安防功用做得比普通安防愈加出色。將來(lái)清潔機(jī)器人的提高必將帶動(dòng)途徑規(guī)劃算法的開(kāi)展，而多功用性復(fù)合清潔機(jī)器人必將更有優(yōu)勢(shì)。并且本安防清潔機(jī)器人中心控制板還有很多閑暇資源尚未運(yùn)用，置信在不久的未來(lái)還能夠在原有根底上開(kāi)發(fā)出更多家庭適用型功用
