家政服务机器人功能设计与实现(附件)【字数：15644】
摘 要今天家用服务机器人还处于发展的初期，家用服务机器人主要指家政及娱乐机器人。主要包括养老助残、教育培训、智能玩具等，是人类未来生活的重要伙伴。机器人一般由由机械本体、控制系统、传感器、和驱动器等四部分组成，不同的机器人具有不同的功能，但避障功能是绝大多数机器人都有的，这篇论文主要研究了家庭服务机器人的避障功能。本次论文主要设计搬运机器人的避障功能，其系统包括硬件和软件两部分。系统硬件部分主要分为4个模块单片机模块、传感器模拟模块、电机模块、数码管模块。单片机模块主要由AT89C52组成，其作为主控芯片，负责信号的处理和发送控制信号；传感器模拟模块主要由另外一块AT89C52组成，根据超声波传感器和红外传感器的工作原理，通过AT89C52来模拟超声波传感器和红外传感器，超声波传感器负责探测正前方的障碍物与自身的距离，红外传感器负责探测与正前方成45度的两侧是否有障碍物，并把各自检测到的数据传到单片机模块进行处理；电机模块主要由步进电机和驱动芯片构成，由单片机模块发出控制信号，控制电机的转动、停止以及正反转；数码管模块主要用于显示超声波传感器测出的距离。电路仿真软件采用的是Proteus。软件部分主要由4部分组成电机控制模块、数码管显示模块、传感器数据处理模块以及传感器模拟模块。程序开发软件为Keil C51仿真软件。关键词家政服务机器人；避障；AT89C52；步进电机；超声波红外传感器
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景和研究意义 1
1.2国内国外的研究现状以及存在的问题 1
1.2.1国内国外现状 1
1.2.2存在的问题 4
1.3 家政服务机器人的分类 5
1.4 本章小结 5
第二章 家政服务机器人的通用技术 6
2.1模块化和可重构设计技术 6
2.2移动平台技术 6
2.3室内自主导航技术 6
2.4人机交互技术 7
2.5物体识别 8
2.6智能控制 9
2.7本章小结 9
第三章 系统硬件设计 10
3.1系统设计 10
3.1.1设计要求 10
3.1.2系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
统的总体设计 10
3.2 电机模块 11
3.2.1工作原理 11
3.2.2步进电机驱动码 14
3.3传感器模块 15
3.3.1超声波测距传感器 16
3.3.2红外传感器 19
3.4控制模块 21
3.5显示模块 22
3.6系统仿真电路 23
3.7本章小结 24
第四章 软件设计 25
4.1 C语言介绍 25
4.2 Keil C51编译器简介 25
4.3主程序 25
4.4传感器模拟程序 28
4.5本章小结 30
第五章 仿真结果 31
5.1 仿真 31
5.2 电路仿真 31
5.2.1超声波传感器的仿真 31
5.2.2红外传感器仿真 32
5.3系统仿真结果 33
5.4 总结 37
总结与展望 38
致 谢 39
参考文献 40
附录一：设计程序 42
附录二：系统电路图 51
第一章 绪论
1.1课题背景和研究意义
随着机器人技术的发展，机器人技术在短短几十中，已经应用于国民经济的各个领域。机器人已经从工业邻域扩展到了军事、医疗、公共服务、家庭劳务等领域，在工业上成为了不可缺少的得力助手，在人们的日常生活中也越来越具有影响力。家用服务机器人有着潜力巨大的市场需求，近二十年来，家用服务机器人技术逐渐成为一个国际性的研究热点[1]。国内国外的许多研究机构，都在争先恐后地研发各种各样的实用性家用服务机器人，并且已经推出了一些具有很好的商业前景的产品，如著名的 NAO 机器人和 iRobot 公司的Roomba 清洁机器人等。
机器人已经不再是仅仅局限于实验性的科学研究，它已经成为了让人类走向更幸福的动力，开始进入人们的日常生活的市场商品。每年的高新技术交流会上，机器人都会成为人们关注的热点，特别是家用机器人、娱乐机器人以及服务型机器人备受关注，机器人进入家用领域已是一种必然趋势。
家政服务机器人主要是帮助人们解决日常家务的机器人，包括清洁类机器人、娱乐教育类机器人、家务处理类机器人等等。认识、了解、学习以及应用机器人的相关知识，对青年一代的我们很有必要。机器人作为典型的机电一体化设备，涉及到多方面的知识，包括电子技术、计算机技术、机械技术、自动控制技术、材料技术以及人工智能等多方面知识。作为21世纪的学生，有必要认识了解机器人方面的知识，作为一名将要成为工程师，就非常有必要学习并掌握这方面的知识。只有这样，当我们踏入社会时，才能更好的发挥出时代所需的能量。因此，此课题对自身和社会都具有巨大的意义。
1.2国内国外的研究现状以及存在的问题
1.2.1国内国外现状
从上个世纪八十年代中期开始，机器人已经从工厂进入了寻常百姓的生活环境，比如医院、家庭、银行、餐厅、办公场所以及其它杂乱的环境，成为了不仅能出色地自动完成工作，而且还能与人互相协作完成艰难的任务的智能服务机器人。从我国的最大电商淘宝上的数据来看，现在出售的家庭服务机器人主要有清洁类机器人、家庭助手类机器人、娱乐教育类机器人、交流类机器人以及复合型机器人。特别是近几年，随着世界经济的快速增长，人们生活水平的提高，机器人市场变得越来越大，机器人技术的发展速度也变得越来越快[2]。
（1）中国
由于我国人口众多，劳动力充足，对于发展能代替人劳动的服务型机器人并不像日本那么迫切，所以我国服务型机器人的研究起步比较晚，相对于日本、韩国、美国以及德国等国家，还处于落后的状态。直至2005年，哈尔滨工业大学才研制出一种智能家庭服务机器人，其智力相当小孩子，具有能看家、清扫、做家务的功能。但是近年来，为了缩小与发达国家在技术上的差距，抢占新兴的国内外机器人市场，我国制定了一系列有利于发展机器人的政策。在政策的鼓励和市场潜力巨大的背景下，中国的家用服务机器人产业开始萌发，并涌现了一些具有竞争力的公司，如世界领先的家庭服务机器人企业科沃斯（苏州）、海尔、Proscenic(台湾)等。在2013年，科沃斯推出了“地宝九系”智能扫地机器人，科沃斯的产品特点是以低价和服务占领低端市场。虽然政策上有鼓励支持，但由于技术上的缺乏，总体来说，我国机器人这个产业发展得还很慢[3]。
（2）日本
日本是资本主义发达国家，其在机器人发展方面起步较早。因此，其在机器人技术方面相对其它国家较为先进。近年来，由于其国内人口众多且具有老龄化的趋势，使得其市场对家用服务机器人的需求巨大，日本制定了一系列推动家用服务机器人产业化发展的政策。仿生、拟人，是日本家用服务机器人发展的一大特色。二十世纪末，Sony 公司就推出了机器宠物狗爱宝。现在在商业上出售的iclebo扫地机器人。由日本软银集团开发的pepper人 形机器人，具有很强的语言表达能力和情感功能，日本的人形机器人在全世界都是最先进的。2014年，由日本的大阪大学开发了一款超逼真的女机器人，其可与人进行正常的交流包括眼生交流，而且能够完成点头、眨眼睛等动作。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题背景和研究意义 1
1.2国内国外的研究现状以及存在的问题 1
1.2.1国内国外现状 1
1.2.2存在的问题 4
1.3 家政服务机器人的分类 5
1.4 本章小结 5
第二章 家政服务机器人的通用技术 6
2.1模块化和可重构设计技术 6
2.2移动平台技术 6
2.3室内自主导航技术 6
2.4人机交互技术 7
2.5物体识别 8
2.6智能控制 9
2.7本章小结 9
第三章 系统硬件设计 10
3.1系统设计 10
3.1.1设计要求 10
3.1.2系 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
统的总体设计 10
3.2 电机模块 11
3.2.1工作原理 11
3.2.2步进电机驱动码 14
3.3传感器模块 15
3.3.1超声波测距传感器 16
3.3.2红外传感器 19
3.4控制模块 21
3.5显示模块 22
3.6系统仿真电路 23
3.7本章小结 24
第四章 软件设计 25
4.1 C语言介绍 25
4.2 Keil C51编译器简介 25
4.3主程序 25
4.4传感器模拟程序 28
4.5本章小结 30
第五章 仿真结果 31
5.1 仿真 31
5.2 电路仿真 31
5.2.1超声波传感器的仿真 31
5.2.2红外传感器仿真 32
5.3系统仿真结果 33
5.4 总结 37
总结与展望 38
致 谢 39
参考文献 40
附录一：设计程序 42
附录二：系统电路图 51
第一章 绪论
1.1课题背景和研究意义
随着机器人技术的发展，机器人技术在短短几十中，已经应用于国民经济的各个领域。机器人已经从工业邻域扩展到了军事、医疗、公共服务、家庭劳务等领域，在工业上成为了不可缺少的得力助手，在人们的日常生活中也越来越具有影响力。家用服务机器人有着潜力巨大的市场需求，近二十年来，家用服务机器人技术逐渐成为一个国际性的研究热点[1]。国内国外的许多研究机构，都在争先恐后地研发各种各样的实用性家用服务机器人，并且已经推出了一些具有很好的商业前景的产品，如著名的 NAO 机器人和 iRobot 公司的Roomba 清洁机器人等。
机器人已经不再是仅仅局限于实验性的科学研究，它已经成为了让人类走向更幸福的动力，开始进入人们的日常生活的市场商品。每年的高新技术交流会上，机器人都会成为人们关注的热点，特别是家用机器人、娱乐机器人以及服务型机器人备受关注，机器人进入家用领域已是一种必然趋势。
家政服务机器人主要是帮助人们解决日常家务的机器人，包括清洁类机器人、娱乐教育类机器人、家务处理类机器人等等。认识、了解、学习以及应用机器人的相关知识，对青年一代的我们很有必要。机器人作为典型的机电一体化设备，涉及到多方面的知识，包括电子技术、计算机技术、机械技术、自动控制技术、材料技术以及人工智能等多方面知识。作为21世纪的学生，有必要认识了解机器人方面的知识，作为一名将要成为工程师，就非常有必要学习并掌握这方面的知识。只有这样，当我们踏入社会时，才能更好的发挥出时代所需的能量。因此，此课题对自身和社会都具有巨大的意义。
1.2国内国外的研究现状以及存在的问题
1.2.1国内国外现状
从上个世纪八十年代中期开始，机器人已经从工厂进入了寻常百姓的生活环境，比如医院、家庭、银行、餐厅、办公场所以及其它杂乱的环境，成为了不仅能出色地自动完成工作，而且还能与人互相协作完成艰难的任务的智能服务机器人。从我国的最大电商淘宝上的数据来看，现在出售的家庭服务机器人主要有清洁类机器人、家庭助手类机器人、娱乐教育类机器人、交流类机器人以及复合型机器人。特别是近几年，随着世界经济的快速增长，人们生活水平的提高，机器人市场变得越来越大，机器人技术的发展速度也变得越来越快[2]。
（1）中国
由于我国人口众多，劳动力充足，对于发展能代替人劳动的服务型机器人并不像日本那么迫切，所以我国服务型机器人的研究起步比较晚，相对于日本、韩国、美国以及德国等国家，还处于落后的状态。直至2005年，哈尔滨工业大学才研制出一种智能家庭服务机器人，其智力相当小孩子，具有能看家、清扫、做家务的功能。但是近年来，为了缩小与发达国家在技术上的差距，抢占新兴的国内外机器人市场，我国制定了一系列有利于发展机器人的政策。在政策的鼓励和市场潜力巨大的背景下，中国的家用服务机器人产业开始萌发，并涌现了一些具有竞争力的公司，如世界领先的家庭服务机器人企业科沃斯（苏州）、海尔、Proscenic(台湾)等。在2013年，科沃斯推出了“地宝九系”智能扫地机器人，科沃斯的产品特点是以低价和服务占领低端市场。虽然政策上有鼓励支持，但由于技术上的缺乏，总体来说，我国机器人这个产业发展得还很慢[3]。
（2）日本
日本是资本主义发达国家，其在机器人发展方面起步较早。因此，其在机器人技术方面相对其它国家较为先进。近年来，由于其国内人口众多且具有老龄化的趋势，使得其市场对家用服务机器人的需求巨大，日本制定了一系列推动家用服务机器人产业化发展的政策。仿生、拟人，是日本家用服务机器人发展的一大特色。二十世纪末，Sony 公司就推出了机器宠物狗爱宝。现在在商业上出售的iclebo扫地机器人。由日本软银集团开发的pepper人 形机器人，具有很强的语言表达能力和情感功能，日本的人形机器人在全世界都是最先进的。2014年，由日本的大阪大学开发了一款超逼真的女机器人，其可与人进行正常的交流包括眼生交流，而且能够完成点头、眨眼睛等动作。
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