張景雪 王鑫磊 王天鵬 邢瑞林 周博華 蔣鵬川 吳興利 梁帆

（天津市天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)）

基于WiFi的可移動(dòng)空氣凈化機(jī)器人研究

張景雪 王鑫磊 王天鵬 邢瑞林 周博華 蔣鵬川 吳興利 梁帆

（天津市天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)）

該項(xiàng)目是在原來(lái)空氣凈化器的基礎(chǔ)上添加采用電機(jī)控制的空氣凈化機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)、先進(jìn)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信、傳感器檢測(cè)技術(shù)以及相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)，可檢測(cè)周邊環(huán)境參數(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能定位模式及可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的凈化、加濕功能裝置的研制三個(gè)方面來(lái)創(chuàng)新的制造空氣凈化機(jī)器人，以努力解決當(dāng)前空氣凈化器的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)家居以及公共場(chǎng)所的自動(dòng)及高效率凈化空氣的功能，有效地優(yōu)化了環(huán)境空氣質(zhì)量，使人們獲得一個(gè)理想的生活環(huán)境。

移動(dòng)平臺(tái)；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信；定位模式；空氣凈化；加濕

1 引言

隨著生活水平的提高，空氣質(zhì)量成了人們?nèi)找骊P(guān)注的重大問(wèn)題之一。但現(xiàn)在的空氣凈化器大都只能定點(diǎn)工作，已不能滿足人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的凈化需求，因此迫切需要可移動(dòng)、智能化的空氣凈化器，提高室內(nèi)環(huán)境的空氣凈化能力。

本文針對(duì)人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境的凈化需要，提出了可移動(dòng)空氣凈化機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的移動(dòng)式的對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行凈化和定點(diǎn)式的空氣進(jìn)行集中凈化兩種工作模式。此機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，工作區(qū)域廣，更具平民化、現(xiàn)代化、規(guī)范化、具有很高的實(shí)用性。

2 總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要有上位機(jī)手機(jī)Android系統(tǒng)構(gòu)成的無(wú)線通信平臺(tái)和移動(dòng)機(jī)器人組成，上位機(jī)手機(jī)Android系統(tǒng)主要分為對(duì)移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)和手動(dòng)鍵的進(jìn)行切換，當(dāng)系統(tǒng)處于自動(dòng)模式時(shí)，機(jī)器人中的控制器根據(jù)避障傳感器的信號(hào)做出相應(yīng)的輸出控制，加大了機(jī)器人的工作區(qū)域。當(dāng)用戶需對(duì)某一特定區(qū)域的空氣進(jìn)行凈化時(shí)，可將機(jī)器人的工作模式設(shè)定為手動(dòng)模式，通過(guò)操作手機(jī)界面上的方向控制鍵調(diào)整機(jī)器人的行進(jìn)路線，到達(dá)指定區(qū)域并對(duì)該區(qū)域的空氣進(jìn)行集中凈化。此機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，工作區(qū)域廣，具有很高的實(shí)用性。

3 可移動(dòng)機(jī)器人

機(jī)器人方面主要由主控模塊、WiFi模塊、移動(dòng)平臺(tái)、空氣凈化模塊、空氣加濕模塊、傳感器、電源模塊七部分組成。

（1）主控模塊：采用意法半導(dǎo)體推出的微控制器STM32F103ZET6，主控模塊主要工作負(fù)責(zé)通過(guò)Usart串口通信處理Android手機(jī)發(fā)出的指令信號(hào)、數(shù)據(jù)，計(jì)算任務(wù)路徑、規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制及數(shù)據(jù)交互工作。另外依托其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力在系統(tǒng)中建立了智能算法，使它的工作更具目標(biāo)性、更節(jié)能。

（2）WiFi模塊：負(fù)責(zé)移動(dòng)平臺(tái)與Android手機(jī)終端的連接，實(shí)現(xiàn)Android手機(jī)與移動(dòng)平臺(tái)的信息交互共享。

（3）傳感器：采用光電傳感器，用于檢測(cè)障礙物。

4 機(jī)器人智能路徑規(guī)劃

將移動(dòng)機(jī)器人放置在某一空間中，使用Android手機(jī)發(fā)出指令令機(jī)器人置于工作狀態(tài)并在此位置實(shí)施空氣凈化加濕；在該區(qū)域空氣質(zhì)量得到改善后，再次使用Android手機(jī)發(fā)出指令尋找新的工作目標(biāo)。移動(dòng)機(jī)器人與中心控制系統(tǒng)之間的通信，可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)機(jī)器人的自動(dòng)凈化、加濕空氣，機(jī)器人需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題主要有：①在收到工作任務(wù)后，移動(dòng)機(jī)器人的智能調(diào)度；②在移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)行的空間中，機(jī)器人移動(dòng)路徑的規(guī)劃和碰撞的預(yù)測(cè)、檢測(cè)、防止；③機(jī)器人工作時(shí)對(duì)空氣的凈化加濕三個(gè)實(shí)現(xiàn)本作品的功能。（如圖1所示）

5 結(jié)論

智能化家居的的快速發(fā)展以及人們對(duì)生活水平質(zhì)量要求的提高，定點(diǎn)工作的空氣凈化器已不能滿足人們的需求，可移動(dòng)空氣凈化機(jī)器人成為了未來(lái)的發(fā)展方向，本文針對(duì)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在空氣凈化器中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與智能路徑規(guī)劃算法，防止機(jī)器人在行走過(guò)程中碰撞問(wèn)題的發(fā)生，較好的解決了傳統(tǒng)空氣凈化器定點(diǎn)工作，效率低等問(wèn)題。

圖1 工作流程圖

本文利用Android手機(jī)發(fā)出指令令機(jī)器人置于工作狀態(tài)并在此位置實(shí)施空氣凈化加濕；在該區(qū)域空氣質(zhì)量得到改善后，再次使用Android手機(jī)發(fā)出指令尋找新的工作目標(biāo)。與以往的空氣凈化器相比，它的工作更具目標(biāo)性、更節(jié)能，可以有效地優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境，并提高運(yùn)行效率，且配備多種凈化方式，不僅可以對(duì)甲醛等有害氣體進(jìn)行分解式凈化，也能夠?qū)諝庵械母m、微塵進(jìn)行攔截式過(guò)濾。這一點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)中也得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。

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TP242

A

1004-7344（2016）21-0277-01

“基于WiFi的可移動(dòng)空氣凈化機(jī)器人研究大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”（201510066002）。

2016-7-9

張景雪（1989-），女，河北邢臺(tái)人。