本實(shí)用新型涉及機(jī)器人，特別是一種新型的基于ATmega128單片機(jī)的家庭清潔機(jī)器人。

背景技術(shù)：

目前，國內(nèi)外很多單位都已經(jīng)研究出了清潔機(jī)器人，在一些發(fā)達(dá)國家，對(duì)辦公室、工廠、車站、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)合的清掃已經(jīng)開始采用清潔機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，人們希望更多的從繁瑣的日常事物中解脫出來，這就促使了清潔機(jī)器人進(jìn)入家庭，如果清潔機(jī)器人性價(jià)比足夠高，成本低，那么清潔機(jī)器人市場(chǎng)將會(huì)被看好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于單片機(jī)的家庭清潔機(jī)器人，通過ATmega128芯片控制各傳感器，實(shí)現(xiàn)家庭基本清潔。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括控制機(jī)構(gòu)、移動(dòng)系統(tǒng)和感知系統(tǒng)，其特征在于所述的移動(dòng)系統(tǒng)采用一個(gè)四輪的圓形移動(dòng)機(jī)構(gòu),中間的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪為整個(gè)移動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分,其由L298N驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，前后為配合調(diào)節(jié)家庭清潔機(jī)器人行駛方向的兩個(gè)萬向輪。

所述的控制機(jī)構(gòu)，采用ATmega128單片機(jī)作為對(duì)各個(gè)模塊控制的主要主控芯片，分別控制家庭清潔機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、清掃機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路、紅外避障電路、測(cè)速電路以及LCD顯示電路。

所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，采用一個(gè)用于改變兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速差來調(diào)節(jié)家庭清潔機(jī)器人行駛方向的L298N驅(qū)動(dòng)器。

所述的清掃機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路，采用一個(gè)三極管做開關(guān)控制的繼電器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)電機(jī)上的清掃刷進(jìn)行清掃。

所述的紅外避障電路，采用一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，在其上有一個(gè)能夠調(diào)節(jié)避障距離小電位器旋鈕；該光電傳感器有3個(gè)，其輸出端分別接控制機(jī)構(gòu)中的單片機(jī)的INT0，INT1，INT2，在家庭清潔機(jī)器人左前和右前方分別安裝一個(gè)光電傳感器，輸出接單片機(jī)中斷，另外一個(gè)光電傳感器布置在防止避障道路中的前方。

所述的測(cè)速電路，采用一個(gè)安裝在電機(jī)上的用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)輪速度的光電編碼盤，該光電編碼盤由增量式光電編碼器和發(fā)光元件、光敏元件組成，增量式光電編碼器在碼盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，當(dāng)碼盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖。

所述的LCD顯示電路，采用1602液晶顯示器，其8位并行數(shù)據(jù)端口與控制機(jī)構(gòu)中的單片機(jī)的一個(gè)并行端口相連，通過單片機(jī)I/O口來控制其讀/寫和使能。

所述的感知系統(tǒng)是由三個(gè)紅外傳感器和兩個(gè)碰撞傳感器組成，分別布置在用于對(duì)周圍障礙物的檢測(cè)以及避讓的位置上。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)：

1.采用四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，前后各用一個(gè)萬向輪，方便機(jī)器人的轉(zhuǎn)向，比三輪的機(jī)構(gòu)更穩(wěn)固；

2.控制方面采用高速低功耗、超強(qiáng)性能、精簡(jiǎn)指令、能夠同時(shí)讀、寫的ATmega128單片機(jī)作為主控芯片，能在滿足清潔機(jī)器人各個(gè)功能的同時(shí)降低成本，且其擁有優(yōu)化的功能消耗結(jié)構(gòu)，在功耗相對(duì)較少的情況下，可進(jìn)行復(fù)雜的處理。

總之，本實(shí)用新型由于采用了ATmega128單片機(jī)作為機(jī)器人核心控制芯片，使用了差速轉(zhuǎn)向式四輪機(jī)械結(jié)構(gòu)及紅外、碰撞傳感器，使得機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，并且成本相對(duì)較低，在功耗相對(duì)較少的情況下，實(shí)現(xiàn)家庭清潔。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型清潔機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型清潔機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型ATmega128單片機(jī)最小系統(tǒng)；

圖4是本實(shí)用新型清潔機(jī)器人驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路；

圖5是本實(shí)用新型清潔機(jī)器人清掃機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路。

圖中：1.紅外傳感器，2.碰撞傳感器，3.萬向輪，4.電機(jī)，5.驅(qū)動(dòng)輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不限定本實(shí)用新型。

本實(shí)用新型提供的家庭清潔機(jī)器人，如圖1和圖2所示，采用差速轉(zhuǎn)向式四輪的圓形移動(dòng)機(jī)構(gòu)，行走穩(wěn)定，能夠很好的控制機(jī)器人遍布每個(gè)角落。該家庭清潔機(jī)器人包括控制機(jī)構(gòu)、移動(dòng)系統(tǒng)和感知系統(tǒng)。

所述控制機(jī)構(gòu)主要由主控芯片ATmega128實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)模塊的控制，分別控制機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、清掃機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路、紅外避障電路、測(cè)速電路以及LCD顯示電路。采用ATmega128單片機(jī)作為機(jī)器人核心控制芯片，其是一種高性能、低功耗的AVR 8位微處理器，采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)，具有53個(gè)可編程IO口，并且接口功能豐富，能夠滿足本次機(jī)器人要求，實(shí)現(xiàn)家庭清潔。

所述的移動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)四輪的圓形移動(dòng)機(jī)構(gòu),中間的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪5為整個(gè)移動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部分,其由L298N驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)4來驅(qū)動(dòng)，前后為兩個(gè)萬向輪3。

所述的感知系統(tǒng)是由三個(gè)紅外傳感器1和兩個(gè)碰撞傳感器2組成，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍障礙物的檢測(cè)以及避讓。

請(qǐng)參見圖3，圖3是ATmega128單片機(jī)的最小系統(tǒng)，包括AVR單片機(jī)、復(fù)位電路和振蕩電路三部分，所述AVR單片機(jī)是系統(tǒng)的核心部件。復(fù)位電路給AVR單片機(jī)提供復(fù)位信號(hào)供AVR單片機(jī)進(jìn)行完整的復(fù)位操作，該復(fù)位電路由一個(gè)電阻直接接到VCC上構(gòu)成，當(dāng)AVR開始工作時(shí)，其復(fù)位引腳變?yōu)榈碗娖?，觸發(fā)芯片復(fù)位。振蕩電路為AVR單片機(jī)提供工作所必須的振蕩源，該振蕩電路由石英晶體和電容組成，接在ATmega128引腳XTAL1和XTAL2上，并配合片內(nèi)的OSC振蕩電路構(gòu)成的振蕩源作為系統(tǒng)的時(shí)鐘源。

請(qǐng)參見圖4，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括：L298N驅(qū)動(dòng)器，它是一款高集成度、雙橋結(jié)構(gòu)的直流/步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，L298N通過改變兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速差來調(diào)節(jié)行駛方向。這里采用ATmega128的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(OC1A和OC1B)來產(chǎn)生兩路PWM信號(hào)，分別接L298N的ENA和ENB，用于控制兩個(gè)電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)向和速度。清潔機(jī)器人的電機(jī)控制邏輯如下：以電機(jī)B1為例，當(dāng)使能端A為高電平時(shí)，如果輸入端PB2為高電平，三極管導(dǎo)通，輸入引腳1位低電平而輸入引腳2為高電平，電機(jī)B1反轉(zhuǎn)；如果輸入端PB2為低電平，三極管截止，輸入引腳1為高電平而輸入引腳2為低電平，電機(jī)B1正轉(zhuǎn)。

請(qǐng)參見圖5，所述的清掃機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路是由繼電器和電機(jī)組成的，繼電器是一種電子控制器件，它由控制系統(tǒng)(又稱輸入回路)和被控制系統(tǒng)(又稱輸出回路)組成，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，其實(shí)質(zhì)上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”，在應(yīng)用系統(tǒng)中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在這里ATmega128單片機(jī)的I/O口只需給一個(gè)信號(hào)，由三極管做開關(guān)驅(qū)動(dòng)繼電器，線圈通電，常開端口閉合，就可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)上的清掃刷進(jìn)行清掃。

所述的紅外避障電路，采用的是一種集發(fā)射與接收于一體的光電傳感器，檢測(cè)距離可以根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，在其上有一個(gè)小電位器旋鈕，可以調(diào)節(jié)避障距離，只要被測(cè)物體距離小于避障距離，其輸出端就會(huì)輸出一個(gè)低電平。左端、前方、右端的紅外避障傳感器1的輸出端分別接單片機(jī)的INT0，INT1，INT2。為了防止清潔機(jī)器人碰到一些不規(guī)則障礙物，在清潔機(jī)器人左前和右前方分別安裝一個(gè)碰撞傳感器2，輸出接單片機(jī)中斷。

所述的測(cè)速電路，用于檢測(cè)驅(qū)動(dòng)輪5的速度，通過在電機(jī)4上安裝光電編碼盤來實(shí)現(xiàn)，其由增量式光電編碼器和發(fā)光元件、光敏元件組成，增量式光電編碼器在碼盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，當(dāng)碼盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接收的光通量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變?yōu)槊}沖。

所述的LCD顯示電路，采用1602液晶顯示器，其8位并行數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)的一個(gè)并行端口相連，通過單片機(jī)I/O口來控制其讀/寫和使能。

本實(shí)用新型提供的家庭清潔機(jī)器人，其工作過程是：接通電源，機(jī)器人從墻邊開始按順時(shí)針繞房間一周后找到最近的墻角，然后按“回”字型內(nèi)旋方式進(jìn)行清掃，同時(shí)單片機(jī)通過傳感器采集周圍環(huán)境信息，當(dāng)前紅外傳感器檢測(cè)到障礙物，就減速前進(jìn)直到發(fā)生碰撞就停止并后退一小段距離，然后通過左右側(cè)紅外傳感器檢測(cè)兩邊環(huán)境，優(yōu)先右轉(zhuǎn)，不行左傳，再不行就后退，當(dāng)后退的路被移動(dòng)的障礙物擋住就延時(shí)一段時(shí)間再檢測(cè)周圍環(huán)境，到延時(shí)次數(shù)超過一定值，即總延時(shí)時(shí)間超過一定值(如5分鐘)后，仍然不行時(shí)就認(rèn)為機(jī)器人進(jìn)入了一個(gè)特殊狀況，啟動(dòng)報(bào)警。