道路清扫机器人控制系统设计(附件)【字数：15424】
随着经济科技的发展，人们对生活质量的要求越来越高。清扫机器人作为服务型机器人已经被广泛应用于生活之中，但是目前大多数的清扫机器人都被应用于家用室内环境下，在公共场所环境下的清扫问题还未得到很好的解决。而目前出现在道路上的大多是清扫车，只适合清扫城市的大面积道路，又或者机器人需要人力驱动耗时耗力等问题上。本文设计一款针对于小型路面包括校园道路和小区道路的清扫机器人，不但可以减轻清洁工人的劳动强度，还能为人们创建一个安全舒适的生活环境。首先介绍了有关道路清扫机器人的研究背景以及意义，收集并整理目前国内外现有清扫机器人以及控制系统的有关资料及研究现状，分析比较了机器人如今存在的问题，并得出本课题研究的价值与意义。其次对清扫机器人控制系统硬件设计，并对所采用的单片机以及控制系统的外围电路进行了设计。清扫机器人控制系统的软件设计方面包括控制算法的选择、流程图的设计以及程序的编写。程序编写部分除了对实际程序进行了编写，而且对仿真程序同样进行了编写。最后便是利用Proteus软件对驱动电路以及避障程序进行了仿真。关键词清扫机器人；电路图；仿真；程序3.1.1 11
目录
第一章绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 3
1.2.3 道路机器人现有问题及其分析 5
1.3 智能扫地机器人的主要研究内容 5
1.4本章小结 6
第二章控制系统分析 7
2.1 道路清扫机器人功能及控制要求 7
2.2 控制系统研究方案 7
2.3 道路清扫机器人的设计方案 8
2.3.1 机械结构设计 8
2.3.2 主控系统 9
2.3.3 传感器系统 9
2.3.4 电源模块 10
2.4 本章总结 10
第三章控制系统硬件设计 11
3.1单片机介绍 11
3.1.1 摘要 11
3.1.2 电源引脚说明 12
3.1.3芯片引脚简介 12
3.2 控制系统的外围电路 13
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/> 3.2.1 主控板电路 13
3.2.2 振荡电路 15
3.2.3 稳压电路 15
3.2.4 复位电路 16
3.3 电机驱动电路 17
3.3.1电机调速原理 17
3.3.2 电机驱动电路 18
3.3.3驱动电路设计 20
3.4 传感器设计 21
3.4.1 GPS模块 21
3.4.2 GSM模块 22
3.4.3 红外测距传感器 22
3.5 本章小结 23
第四章控制系统软件设计 24
4.1 清扫机器人的控制算法比较 24
4.1.1 PID控制 24
4.1.2自适应控制 24
4.1.3算法设计 25
4.2 清扫机器人自动控制算法控制 25
4.2.1 PID控制器设计 25
4.2.2 电机PID调速 26
4.3 系统主程序设计 28
4.4 系统子程序设计 29
4.4.1 红外测距程序设计 29
4.4.2 通讯程序设计 30
4.5 本章小结 31
第五章控制仿真 32
5.1 仿真介绍 35
5.2 仿真结果 35
5.3 本章小结 34
第六章总结与展望 34
6.1 本文总结 35
6.2 展望与趋势 35
致谢 37
参考文献 38
附录 40
第一章绪论
1.1 课题研究背景及意义
在如今的生活中，人们对环境的要求越来越高了。以至于环保成为了人们谈论的热点话题，环保工人随处可见，但是正如我们所看到的，清扫道路并不是一项简单的任务。工人们常常需要很早完成清洁任务，避免影响交通的通畅，这无疑就加重了工人的负担。时代在进步，科学也不断地发展。以前的机器人一般都是出现在科学研究场所，但是现在在平时生活中，很多清扫机器人随处可见。但是很多清扫机器人的技术还不够成熟而且会浪费时间和人力。清扫机器人的出现开始引起了人们的关注，要想很好的成为服务型机器人，就得具有降低劳动强度和提高劳动效率等优点，这样的话其在市场上就会具有很大的推广空间。
本文设计的是一款针对于小型路面包括校园道路和小区道路的清扫机器人，不但可以减轻清洁工人的劳动强度，还能为人们创建一个安全舒适的生活环境。具有操作简便，智能化，清洁效果显著等特点。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
国内大约在20世纪60年代才研究发明出了纯式清扫车，由于该纯扫式清扫车清扫效果差、劳动强度大、操作不方便等缺点，而且又受到当时一些城市环卫部门的经济状况的限制，只被应用于少数城市。不但没有得到人们的认可，而且面世不久急救被淘汰了。
20世纪70年代，第二代扫路机在国内相关研究机构与生产厂家合作研究下诞生了。北上广等大型城市都已经研制了大、中、小三种规格的纯扫地式扫路机，分别是S31大型扫路机、S32中型扫路机和S15小型扫路机，并且相继投入使用[]。天津研制的干式纯吸收式扫路机，也被小批量的投入使用。虽然现在的清扫机器人的技术含量相对于第一代的来说有了较大的进步，但是这两种清扫车都具有缺点，纯扫式清扫车的清扫效果不明显且效率低下，干式纯吸式的吸尘系统不够稳定可靠。所以都没有得到人们的认可以及推广。
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图11 天津扫地王扫路车
直到20世纪80 年代，我国的第一台吸扫式清扫车在四川沪州机器厂被制造出来了，型号为SHZ20，正是由于该清扫车的出现使得我国清扫车的市场不再空缺。我国的大中型城市都出现了其工作的身影。在19931994年期间，扫路机的销量就开始大幅度提升。而且品种不再局限于一种了，开始往多品种转化。近年来国内各大清扫车企业己经明白到产品自主研发的重要性，而且也逐渐增大对清扫车研究的投资，其中也产生了很多先进的研究成果。虽然在目前使用的清扫车中有的是从国外进口的，但更多的还是国产车。
目录
第一章绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国内研究现状 1
1.2.2 国外研究现状 3
1.2.3 道路机器人现有问题及其分析 5
1.3 智能扫地机器人的主要研究内容 5
1.4本章小结 6
第二章控制系统分析 7
2.1 道路清扫机器人功能及控制要求 7
2.2 控制系统研究方案 7
2.3 道路清扫机器人的设计方案 8
2.3.1 机械结构设计 8
2.3.2 主控系统 9
2.3.3 传感器系统 9
2.3.4 电源模块 10
2.4 本章总结 10
第三章控制系统硬件设计 11
3.1单片机介绍 11
3.1.1 摘要 11
3.1.2 电源引脚说明 12
3.1.3芯片引脚简介 12
3.2 控制系统的外围电路 13
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/> 3.2.1 主控板电路 13
3.2.2 振荡电路 15
3.2.3 稳压电路 15
3.2.4 复位电路 16
3.3 电机驱动电路 17
3.3.1电机调速原理 17
3.3.2 电机驱动电路 18
3.3.3驱动电路设计 20
3.4 传感器设计 21
3.4.1 GPS模块 21
3.4.2 GSM模块 22
3.4.3 红外测距传感器 22
3.5 本章小结 23
第四章控制系统软件设计 24
4.1 清扫机器人的控制算法比较 24
4.1.1 PID控制 24
4.1.2自适应控制 24
4.1.3算法设计 25
4.2 清扫机器人自动控制算法控制 25
4.2.1 PID控制器设计 25
4.2.2 电机PID调速 26
4.3 系统主程序设计 28
4.4 系统子程序设计 29
4.4.1 红外测距程序设计 29
4.4.2 通讯程序设计 30
4.5 本章小结 31
第五章控制仿真 32
5.1 仿真介绍 35
5.2 仿真结果 35
5.3 本章小结 34
第六章总结与展望 34
6.1 本文总结 35
6.2 展望与趋势 35
致谢 37
参考文献 38
附录 40
第一章绪论
1.1 课题研究背景及意义
在如今的生活中，人们对环境的要求越来越高了。以至于环保成为了人们谈论的热点话题，环保工人随处可见，但是正如我们所看到的，清扫道路并不是一项简单的任务。工人们常常需要很早完成清洁任务，避免影响交通的通畅，这无疑就加重了工人的负担。时代在进步，科学也不断地发展。以前的机器人一般都是出现在科学研究场所，但是现在在平时生活中，很多清扫机器人随处可见。但是很多清扫机器人的技术还不够成熟而且会浪费时间和人力。清扫机器人的出现开始引起了人们的关注，要想很好的成为服务型机器人，就得具有降低劳动强度和提高劳动效率等优点，这样的话其在市场上就会具有很大的推广空间。
本文设计的是一款针对于小型路面包括校园道路和小区道路的清扫机器人，不但可以减轻清洁工人的劳动强度，还能为人们创建一个安全舒适的生活环境。具有操作简便，智能化，清洁效果显著等特点。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内研究现状
国内大约在20世纪60年代才研究发明出了纯式清扫车，由于该纯扫式清扫车清扫效果差、劳动强度大、操作不方便等缺点，而且又受到当时一些城市环卫部门的经济状况的限制，只被应用于少数城市。不但没有得到人们的认可，而且面世不久急救被淘汰了。
20世纪70年代，第二代扫路机在国内相关研究机构与生产厂家合作研究下诞生了。北上广等大型城市都已经研制了大、中、小三种规格的纯扫地式扫路机，分别是S31大型扫路机、S32中型扫路机和S15小型扫路机，并且相继投入使用[]。天津研制的干式纯吸收式扫路机，也被小批量的投入使用。虽然现在的清扫机器人的技术含量相对于第一代的来说有了较大的进步，但是这两种清扫车都具有缺点，纯扫式清扫车的清扫效果不明显且效率低下，干式纯吸式的吸尘系统不够稳定可靠。所以都没有得到人们的认可以及推广。
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图11 天津扫地王扫路车
直到20世纪80 年代，我国的第一台吸扫式清扫车在四川沪州机器厂被制造出来了，型号为SHZ20，正是由于该清扫车的出现使得我国清扫车的市场不再空缺。我国的大中型城市都出现了其工作的身影。在19931994年期间，扫路机的销量就开始大幅度提升。而且品种不再局限于一种了，开始往多品种转化。近年来国内各大清扫车企业己经明白到产品自主研发的重要性，而且也逐渐增大对清扫车研究的投资，其中也产生了很多先进的研究成果。虽然在目前使用的清扫车中有的是从国外进口的，但更多的还是国产车。
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