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2021年2月21日发(作者：服从领导)

齐

齐

哈

尔

大

学

毕业设计调研报告

题

目

只

能轮式房间清洁机器人

学

院

通信与电子工程学院

专业班级

< br>电子信息工程

072

班

学生姓名

段

明

指导教师

齐怀琴

2011

年

3

月

12

日

智能轮式房间清洁机器人

1

、概述

清洁机器人系统的基本结构一般包 括四部分：控制系统、移动机构、感知

系统、清洁系统

[1]< /p>

。随着计算机技术、人工智能技术、传感器技术、移动机器

人技术 的飞速发展，

为清洁机器人的控制系统的研究和开发打下坚实的理论与技

术基础以及美好的未来发展蓝图；

感知系统依赖于传感器技术，

一般常用的传感

器有：

CCD

摄像机、超声波传感器、红外传感器、接近传感器和碰撞传感器等，

感知外部的环境信息 ；移动机构是清洁机器人的本体，一般的结构有：轮式、履

带式、

步进式或其他方式，

轮式和履带式适合移动在平整的地面上，

步进式适合

与条件较差的路面移动；清扫系统一般有：喷水器、地刷和吸尘器，喷水器向 地

面喷洒清水，

地刷用于强力清扫地板上的吸附物，

< p>
吸尘器吸取地板上较小的物体。

近年来快速发展、

深刻影响着清洁机器人进步的关键技术有：

路径规划技术、

传< /p>

感器技术、吸尘技术、控制技术、电源技术等

[2]

。

2

、选题依据和意义

在人类 不断发展的文明中，科技扮演的角色越来越重要。尤其在当今世界，

科学技术使人类的生 活和思维方式不断变革，

科技产品已深入到人类生活的个个

角落 。在控制、感知、驱动、材料等领域不断进步的技术背景下，机器人首次出

现在制造领域 之外的服务领域，

开辟了应用机器人的新领域。

服务机器人的出 现

有着深刻的社会因素，主要有三大原因：

（

< br>1

）

、劳动力成本上升；

（

2

）

、人类想摆

脱 枯燥乏味的体力劳动，像清洁、家务、照顾病人等；

（

3

）

、人口的老龄化和社

会福利制度的日益完善 。

服务机器人有着比较明显的特征：

适合具体的方式、

环

境以及任务过程的一个机器人系统，

活动范围 广，

非结构环境下移动性，

所以大

多数 机器人是移动机器人

[3]

。

清洁机器人是一种能够自动执行房间清扫的家用服务机器人，

集中了机 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、人工智能技

术等多学科。

开始于

20

世纪

80

年代的研究，

现在已经有 多重样机和产品，

并且

促进了家庭服务机器人行业的发展，

也促进了移动机器人技术、

图像、

语音识别 、

传感器等技术的发展。许多发达 国家都将其视为机器人研究的新领域给予重视。

有关资料也预测清洁机器人是未来几年需 求量最大的服务机器人，

特别是日用清

洁电器不论在市场上或者 是在产品创新上，绝对是所有小家电产品中最活跃的，

未来仍有很大的成长空间。

通过实验，

学生不仅可以在轻松愉悦的氛围 中充分理解相关课程的专业知

识，

而且会很自然的从机器人的整 体、

从系统工程的角度参与试验，

增加对专业

< br>知识的学习兴趣，

拓展知识面，

寻找知识交叉点，

培养独立开展科学研究的能力。

3

、可行性分析

3

．

1

、搜集资料

资料的搜集比较丰富，

包括：

核心期刊的论文、

会议论文、

学位论文、

报纸、

书籍、科技文献，还有互联网的电子杂志，世界各地知名机器人制造公司，比 如

德国

Karcher

、英国

Dyson

、澳大利亚

Floorbotics

、美国

Eureka

及

irobot

、

Evolution

< br>瑞典伊莱克斯、

荷兰飞利浦、

robotic

< p>
、

韩国三星、

LG

、

Hanool

Robotics

、

台湾联腾电子等世界知名清洁机器人研发制造公司出产的产品，

以及国 内的

KV8

清洁机器人。

3.2 .1

国外清洁机器人的发展现状

下图

1

是一种叫

“三叶虫”

的吸尘机器人，

它是瑞典家电公司伊莱克斯经历

12< /p>

年，向市场推出的世界首台智能吸尘机器人。它被开启后，首先会依着墙角

进行清扫工作，与此同时对清扫的房间进行扫描获取房间信息。机器人工作时，

主要应用的是随机规划模式，

也就是工作中会使用超声波传感器探测行进方向前

方的障碍物，

当探测到有障碍物时会自动选择躲避障碍物，

然会自主选择新的清

扫路径。

工作过程中电量不足时 ，

它会停止工作移动到充电器进行自动充电，

充

电完毕后，

会返回到原来中断的清扫地点继续清扫工作。

为了避免机器人跑到危

险的区域，一般用磁条来限制机器人的移动空间，保护机器人上 的安全。

图

1

三叶虫吸尘机器人

图

2 Roomba

吸尘机器人

图

2

所示的机器人是美国

iRobot

公司研发的家庭清洁机器人。

“

Roomba

”

可以运行三种模式：

S

模式、清扫大约

3~4

平方米，工作

20

分钟；

M

模式、清扫

大约

6~7

平方米，

工作

30

分钟；

L

< br>模式、

清扫大约

8

平方米以上，

工作

40

分钟。

在设置清扫模式之后，

“

Roomba

”会执行螺旋清扫路线，通过碰撞探测障碍物。

当碰撞障碍物后，会顺着障碍物前行， 移动一定距离后，会自动转动

90

度，并

不断重复上面的过程。这样循环的进行，一直到清洁完成，然后停止工作。通过

“虚拟 墙”设置一个对机器人有阻隔作用的墙壁，一控制机器人的活动空间。

“

Roomba

”

的环境适应性比较强，

能够在家具的缝隙间自由移动，

动作灵巧快捷。

“

Roomba

”

的最大特点是吸尘构造，< /p>

不但有真空吸口，

还有底部的旋转滚刷以及

侧部的旋转毛刷，这些都强化了清洁去污能力，补偿了洗尘功率的不足。另外，

还能够 检测污垢情况，进行多次的清扫工作。

图

3

是

2003

年

< br>5

月日本的日立公司亮相的智能真空机器人，预定价格约

1.35

万人民币，其身长直径

25cmX

身高

13cm

，总重

4kg

，是世界上当时最小的

吸尘机器人。

移动最快 速度是

40cm/s,

清扫面积是

10

平方米，

大约耗时

10

分钟，

障碍物假定是

3

个，< /p>

通过遥控器或机身进行操作。

吸尘机器人装有

CCD

相机，

可

以经过手机连接家 用电脑查看房间清洁情况。

清扫工作结束后，

自动回到

“充电

/

垃圾回收站”

，

补充能量并处理垃圾。

在机身下部，

装有移动伸缩的自由洗尘口，

可深处

5cm

左右，

当移动到一些角落或者狭窄区域时，

可最大化清洁地 面，

不留

任何死角。

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