王玉洋

摘要：近幾年，隨著計算機技術、傳感技術以及人工智能技術的發(fā)展，越來越多的智能系統(tǒng)應用到小家電中，極大的方便了人們的生活。智能家庭掃地機器人的應用就是在這種環(huán)境下發(fā)展起來的，本次研究主要對智能家庭掃地機器人的工作原理和設計進行分析，改進機器性能，促進智能家庭掃地機器人工作效率和質(zhì)量的提高。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)；圖書館；信息服務

智能家庭掃地機器人的應用主要是利用超聲波測距原理，利用超聲波脈沖判斷障礙物，并利用核心控制器實現(xiàn)對超聲發(fā)射的控制，在處理脈沖信號的同時選擇一個優(yōu)化路徑，通過驅(qū)動模式實現(xiàn)機器人的行走，從而完成清掃的工作。在對智能機器人設計進行分析的過程中必須對現(xiàn)如今很多機器人在清潔時產(chǎn)生的問題進行分析，比如大顆粒物質(zhì)的清掃、清掃區(qū)域的劃分等等。解決這些問題首先要合理設計智能家庭掃地機器人，下面我們利用計算機技術對其進行分析。

一、智能家庭掃地機器人設計原理

智能家庭掃地機器人實際上是一種智能吸塵器，擁有比較先進的GPS導航定位系統(tǒng)，而且能夠通過走路的方式清潔地面，主動對房間實施清掃。這種機器人屬于一種無線機器，機身一般為圓形，能夠通過主機和遙控器來操作，能夠?qū)崿F(xiàn)定時掃除、自動充電，充電休眠等狀態(tài)，而且清掃時能夠躲避障礙物，自動完成清掃工作。

其工作原理是采用紅外線傳感原理對機器實施控制，紅外線傳感原理成本較低，但是對環(huán)境的要求比較高，如果遇到淺色障礙物無法躲避，導致碰撞的發(fā)生。超聲波技術的應用能夠解決這種問題，這種技術使用計算機控制，在底部配置3個清掃刷，配合吸塵區(qū)域的滾動。機器形態(tài)比較小，清掃范圍較大，可以在手機碰撞后產(chǎn)生記憶，形成地圖區(qū)域，下次碰撞之前形成緩沖，并通過紅外掃射躲避障礙物。

二、智能家庭掃地機器人設計

1.單片機控制器。智能家庭掃地機器人設計中采用的單片機為AT89C51型號的低電壓處理器，其性能比較高，這種型號的單片機使用的處理器為4k字節(jié)Flash處理器，能夠反復擦除1000多次，AT89C51單片機排角見圖1。這種單片機成本較低，利用嵌入式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對機身的有效控制，使機器運行更加合理，并帶有記憶路線功能，有效避免重復勞動型清掃。

2.機器外科設計。傳統(tǒng)的智能家庭掃地機器人在清掃的過程中容易對機器本身造成破壞，雖然有些機器已經(jīng)安裝了緩沖器件，但是仍然避免不了破損，主要是因為紅外遙控射線對顏色的要求比較嚴格，導致機器容易發(fā)生碰撞。為了解決這個問題智能家庭掃地機器人外科設計過程中采用新型軟性防撞板，這種材質(zhì)具有加高的軟碰撞性和可塑性。防撞板能夠?qū)C器人實施全包設計，而且能夠在機器人底部紅外遙感出流出一定的空隙，不妨礙射線的返回。

3.大口徑清掃齒輪設計。智能家庭掃地機器人吸塵口徑比較小，而且尺寸密度比較大，對大顆粒的清潔有一定的難度。基于此，采用大口徑的清掃齒輪，在智能家庭掃地機器人低端設計配置一個大口徑吸塵和齒輪，這種口徑的齒輪占地面積大，所以在設計的過程中還需要配置一個短細疏通道直接插入存塵盒中，使大顆粒直接進入存塵盒，然后就可以正常的清理，

4.電源設計。智能家庭掃地機器人電源設計分為兩部分，分別為吸塵和掃邊電機需要提供的能量和控制電路、驅(qū)動電路的消耗。利用鋰電池為裝置電源，同時還設立了一個互頂?shù)某潆娮?，在處理器處將其固定在充電座上，裝置如果檢測到電池不足10%就會自動執(zhí)行充電功能。

5.傳感器設計。傳感器的是機器人的“耳朵”和“眼睛”，主要功能是獲取外部環(huán)境和自身運行狀態(tài)的信息。傳感器有光電編碼器、紅外傳感器、濕度傳感器等高科技技術構(gòu)成。傳感器電路簡單，方便調(diào)試，而且對環(huán)境光線有較強的適應能力。紅外線傳感器感受到障礙物后可以將阻礙光線反射過來，并輸出為低電平信號。處理器依據(jù)傳感器傳回的電平信號判斷前方是否有障礙物。機器人左右輪直流電機上裝有光電編碼器，主要記錄兩個輪子的速度，處理器計算裝置經(jīng)過的范圍和轉(zhuǎn)動的速度，實現(xiàn)定位和路徑的規(guī)劃。

6.電機驅(qū)動模塊。電機驅(qū)動使用直流電機，容易控制、制動轉(zhuǎn)矩較大，噪音小。本次研究的智能清掃器電動驅(qū)動模塊包含清掃驅(qū)動和運動驅(qū)動，其中運動驅(qū)動主要功能是驅(qū)使裝置在一定的范圍內(nèi)運動，這部分有左中右三個輪子構(gòu)成，左右輪子上分別裝上兩個獨立的直流電機，利用左右輪的差速實現(xiàn)機器人的轉(zhuǎn)向。同時左右輪利用光轉(zhuǎn)碼器計算輪子的速度，實現(xiàn)定位和路徑規(guī)劃。清掃驅(qū)動主要是用來清掃垃圾，由小型渦輪風機和毛刷構(gòu)成，在電動機的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動毛刷，并向不同方向旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一定的吸力，將垃圾和灰塵吸到垃圾盒中，保證地面的清潔。

三、結(jié)語

通過對智能家庭掃地機器人原理的分析，發(fā)現(xiàn)智能清掃級在工作過程中利用的技能和原理比較多，首先它是建立在計算機技術下的一種設計，其次他利用紅外線和傳感器技術進行設計，同時對機器的電機模塊、電路和齒輪等進行設計分析，通過這些方面的設計分析，使我了解到智能家庭掃地機器人構(gòu)造原理和工作原理，在以后的學習中應該對這方面的知識進行深入的了解和分析。