楼道清洁智能机器人系统的实用设计方案

一、概述

楼道清洁机器人是一种环保、健康、智能型的服务机器人，切合当今时代绿色环保的时代背景；而且，目前国内的楼道清洁机器人还有多方面（如：爬坡的稳定性，清洁的全面性等）有待完善，有研制的必要性。

楼道清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机融合起来，实现室内环境自主清洁, 它集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体。这是一种环保、健康、智能型的服务机器人, 具有良好的应用前景和广泛的市场需求。
 
二、需求分析

2.1 功能要求

在模拟场景下，能够完成楼梯攀爬，并且有足够的稳定性和可靠性；
能够自行识别标志物，并能及时绕障行走；
能有自动判别垃圾并对其进行清理。
 
2.2 性能标准

在楼梯攀爬时，不会突然停止运行，有足够的稳定性和可靠性；
识别标志物时，不会误认为垃圾进行清理；
遇到标志物时总能顺利绕障，不会出现制动现象；
能有自动判别1cm2及以下大小的垃圾并对其进行清理。
 
三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

图1：硬件架构图

 
结构组成
  
●smt32                               
●电源
●转向电动机
●稳压模块 
●碰撞传感器                           
●光电开关  
●超声波传感器                         
●爬楼电动机 
●上车体相对运动电动机                 
●下车体相对运动电动机
 
3.2 硬件资源配置

硬件资源配置

●碰撞传感器                          
●爬楼电动机  
●超声波传感器                        
●光电传感器
●上下车体相对运动电动机              
●转向电机
●齿条                                
●轮子
●联轴器                             
●车体
 

图2：系统硬件结构框图

 
3.3系统软件架构

结构组成

1.4个传感器。分别是：光电开关信号传感器、超声波测距信号传感器、碰撞开关信号传感器，摄像头信号传感器。
2.Stm32处理器有4种判断结果：是否在本台阶、是否直线行走、是否有障碍、是否有垃圾。
3.电机若干、齿轮、齿条、轮子、联轴器、车体等。
 
工作原理

楼道清洁机器人通过传感器把信号给送给Stm32处理器，处理器通过判断使电机做出相应反应。具体得说：光电开关信号传感器把信号传给Stm32处理器，从而决定电机是否让小车爬楼梯；超声波测距信号传感器把信号传给Stm32处理器，从而决定电机是否让小车直线行走；碰撞开关信号传感器，从而决定电机是否让小车识别是否有障碍物；摄像头信号传感器把信号传给Stm32处理器，从而决定电机让小车是被是否有垃圾。
 

图3：软件架构图

 
3.4 系统软件流程

图4：程序运行流程图

 
运行流程

当楼道清洁机器人撞到楼梯，碰撞传感器反馈信息给处理器。碰撞传感器产生中断，升降电动机开始工作。在竖直方向的在齿轮、齿条的传动下，下车体相对于地面静止，上车体向上运行。到达一定高度后，在水平方向的齿轮、齿条的传动下，下车体相对于地面静止。上车体向前方运行。类似地，当上车体平稳在新的一个台阶上，上车体相对于地面静止，下车体上升，然后向前方运行。
 
在平面移动（非爬楼阶段）时，超声波传感器把周围环境反馈信息给处理器，从而控制电机，是小车顺利运行。同时，摄像头传感器对图像进行采集并进行图像处理，进而清理垃圾。

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