摘 要

小型扫地机器人的研究和设计正在突飞猛进地发展，越来越多曾经应用于军用机器人上的成功技术已经运用到民用机器人中。目前，各式各样的服务机器人越来越多的应用于人们的生活中，从事着与人们生活息息相关的服务工作，极大地提高和改善了人们的生活质量。

智能扫地机器人通过自身对环境信息的识别规划清洁路径。它在工作时，不断扫描周围环境，由环境信息构建信息地图，再由定位模块计算当前所处位置及已清扫区域，规划路径的同时进行清扫。机器人利用其上安装的红外传感器和摄像头来识别和感知房间环境，机器人开始以螺旋运动方式覆盖房间的空白区域，当遇到障碍物时，启动障碍物应对策略实现整个房间的清扫。

本文通过对国内外多种家用机器人的比较，提出家庭扫地机器人整体设计方案。介绍了扫地机器人的各个部分，侧重介绍了扫地机器人的行走机构部分和一些传感器及控制技术。对如今市场上出现的扫地机器人优缺点进行了相应的分析，并对未来小型扫地机器人的发展趋向进行了探讨。

最后结合所学知识对所设计的扫地机器人的各个部件进行计算校核，以达到家庭所用的小型扫地机器人的设计要求。

关键词：扫地机器人；环境信息；定位；路径规划

Design of Small sweeping robot

ABSTRACT

Research and Design of Small sweeping robot is developing rapidly, more and more military robot technology has been successfully applied to civilian on the robot. Currently, a wide range of service robots more and more used in people's lives, with people's lives in the service work, greatly enhance and improve the quality of life.

Intelligent sweeping robot programming cleaning path through their own identification of environmental information. It is at work, constantly scan the surrounding environment, the environmental information to build information maps, and then calculated by the positioning module and the current location has been sweeping the region, while planning the path for cleaning. Robot using infrared sensors and cameras to identify and perceive the room environment, the robot starts a spiral motion to cover the blank area of the room mounted thereon, when faced with an obstacle, an obstacle to start coping strategies to achieve sweeping the entire room.

By comparing a variety of domestic and international household robots, robots made sweeping home the overall design scheme. It describes the various parts of the sweeping robot, focusing on the running gear section introduces sweeping robot and some of the sensors and control technology. The advantages and disadvantages of sweeping robot appears on the market today for the corresponding analysis, and future development of small sweeping robot tends discussed.

Finally, the knowledge of the various components of the design calculations checked sweeping robot to reach families with small sweeping robot design requirements.

Key words: Sweeping robot; environmental information; location; path planning

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

1 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 研究的内容 3

1.4 研究的目的和意义 3

2 扫地机器人关键技术分析 5

2.1室内定位技术 5

2.1.1基于航迹推算的定位技术 5

2.1.2基于地图的定位方法 5

2.1.3基于视觉的定位方法 6

2.2路径规划技术 7

2.3传感技术 8

2.4 吸尘技术 9

2.5 电源技术 9

3 扫地机器人总体结构介绍 11

3.1 扫地机器人行走机构 11

3.2 行走机构中各个部分的相关介绍 11

3.1.1 底座 11

3.1.2 驱动电动机 12

3.1.3 传动机构 13

3.1.4 万向轮 13

3.1.5 边刷 14

3.3 扫地机器人吸尘部分介绍 15

4 扫地机器人行走机构结构设计和具体计算 17

4.1 机械结构组成 17

4.2 移动载体传动计算 18

4.2.1 左右驱动轮传动计算 18

4.2.2 电机的选择 19

4.3 家庭清洁机器人电池的选用 20

4.4 传感器设计 22

5扫地机器人控制部分设计 24

5.1 控制系统的实现方式 24

5.2 自动充电系统 24

5.3 总体软件流程 25

6总结与展望 27

6.1 发展趋势 27

6.1.1 高度智能化 27

6.1.2 功能扩展 27

6.1.3 低成本化 28

6.2 展望 28

致谢 30

参考文献 31

附录 32

1 绪论

1.1课题研究背景

现如今，因为人工智能技术和计算机技术的快速进步与发展，自动化扫地机器人的技术逐步成为当代机器人研究范畴的热门。在这之中，为人类服务的机器人开拓了机器人运用的新领地。为人服务型机器人的涌现原因主要有三个：第一是越来越高的劳动力成本；第二个是人们想要从单纯的体力劳动当中解脱出来，就比如扫地、洗衣服、洗碗；第三个原因三是如今完备的社会福利体系和社会老龄化现象给这些服务型机器人供应了十分广阔的市场运用机会。扫地机器人和工业上运用的机器人的一个主要不同点就是扫地机器人是一个应用于具体的环境和工作过程中的机器人系统，扫地机器人的行走范围较大，拥有在非结构化的环境情况下移动的性能，所以扫地机器人基本上都是移动型机器人。

社会的进步、人们价值观的改变、快速的生活工作节奏以及信息的高速发展，使越来越多的人们希望从繁杂的家庭劳动中解放出来。人们不想花费更多的时间来用于洗衣做饭、清扫房间，希望可以有更多的时间做更有意义的事情。据了解，一个家庭中每天用于收拾房间、清理家庭卫生的时间将近 3个小时。特别是在中国，人口的老龄化也越来越严重，一个家庭中，不仅仅要照顾孩子，还要处理老人的生活起居、卫生等情况。老年人也不希望对儿女的生活工作带来更大的负担，他们往往期望自己可以完成日常的各种清洁工作，但年龄、身体状态、体力等往往会给他们的日常生活带来不便。

随着当代社会人们改善的生活质量，扫地机器人的市场变得越来越明朗。在太要遥远的未来，扫地机器人可能会像手机一样走进每个家庭，减轻人们的生活压力，让人们从单一的体力劳动当中解放出来，提升人们的生活品质，成为人们生活当中不可或缺的一部分。

1.2国内外研究现状

现如今，我国各个研发单位与各大高校都在研究扫地机器人这方面。哈尔滨工业大学从20世纪90年代开始从事这方面的科研，并且和与香港中文大学协作，一起研发出了一个全方位移动的扫地机器人。这个扫地机器人拥有下列特点：运用全方位的移动技术，从而让扫地机器人可以对狭小区域和拐角等死区进行打扫；这款扫地机器人运用开放式机器人铰制的结构，达到了软件可继承并且可移植，硬件可扩展，从而让扫地机器人作为人类服务的工具拥有更好的功能，更加适应人们的生活；扫地机器人可以在比较拥堵的情况下的实时的进行躲避障碍物的能力，可以更好地适应各种不同的随时可能会变化的清扫工作状况；扫地机器人同时具有智能运动和人工通过遥控器来遥控操作两种方式进行运动；扫地机器人的吸尘机构可以根据实时情况达到吸尘腔路的自动变换，从而大大的提升扫地机器人吸尘的效率。浙江大学从1999年初在浙江大学机械电子研究所开始进行自动化吸尘扫地机器人的研发，结果两年的研发成功的研发出我国第一个拥有自动化技术的智能扫地机器人。