基于计算机技术的智能家庭扫地机器人设计探讨

王玉洋

摘要：近几年，随着计算机技术、传感技术以及人工智能技术的发展，越来越多的智能系统应用到小家电中，极大的方便了人们的生活。智能家庭扫地机器人的应用就是在这种环境下发展起来的，本次研究主要对智能家庭扫地机器人的工作原理和设计进行分析，改进机器性能，促进智能家庭扫地机器人工作效率和质量的提高。

关键词：大数据；图书馆；信息服务

智能家庭扫地机器人的应用主要是利用超声波测距原理，利用超声波脉冲判断障碍物，并利用核心控制器实现对超声发射的控制，在处理脉冲信号的同时选择一个优化路径，通过驱动模式实现机器人的行走，从而完成清扫的工作。在对智能机器人设计进行分析的过程中必须对现如今很多机器人在清洁时产生的问题进行分析，比如大颗粒物质的清扫、清扫区域的划分等等。解决这些问题首先要合理设计智能家庭扫地机器人，下面我们利用计算机技术对其进行分析。

一、智能家庭扫地机器人设计原理

智能家庭扫地机器人实际上是一种智能吸尘器，拥有比较先进的GPS导航定位系统，而且能够通过走路的方式清洁地面，主动对房间实施清扫。这种机器人属于一种无线机器，机身一般为圆形，能够通过主机和遥控器来操作，能够实现定时扫除、自动充电，充电休眠等状态，而且清扫时能够躲避障碍物，自动完成清扫工作。

其工作原理是采用红外线传感原理对机器实施控制，红外线传感原理成本较低，但是对环境的要求比较高，如果遇到浅色障碍物无法躲避，导致碰撞的发生。超声波技术的应用能够解决这种问题，这种技术使用计算机控制，在底部配置3个清扫刷，配合吸尘区域的滚动。机器形态比较小，清扫范围较大，可以在手机碰撞后产生记忆，形成地图区域，下次碰撞之前形成缓冲，并通过红外扫射躲避障碍物。

二、智能家庭扫地机器人设计

1.单片机控制器。智能家庭扫地机器人设计中采用的单片机为AT89C51型号的低电压处理器，其性能比较高，这种型号的单片机使用的处理器为4k字节Flash处理器，能够反复擦除1000多次，AT89C51单片机排角见图1。这种单片机成本较低，利用嵌入式控制系统，实现对机身的有效控制，使机器运行更加合理，并带有记忆路线功能，有效避免重复劳动型清扫。

2.机器外科设计。传统的智能家庭扫地机器人在清扫的过程中容易对机器本身造成破坏，虽然有些机器已经安装了缓冲器件，但是仍然避免不了破损，主要是因为红外遥控射线对颜色的要求比较严格，导致机器容易发生碰撞。为了解决这个问题智能家庭扫地机器人外科设计过程中采用新型软性防撞板，这种材质具有加高的软碰撞性和可塑性。防撞板能够对机器人实施全包设计，而且能够在机器人底部红外遥感出流出一定的空隙，不妨碍射线的返回。

3.大口径清扫齿轮设计。智能家庭扫地机器人吸尘口径比较小，而且尺寸密度比较大，对大颗粒的清洁有一定的难度。基于此，采用大口径的清扫齿轮，在智能家庭扫地机器人低端设计配置一个大口径吸尘和齿轮，这种口径的齿轮占地面积大，所以在设计的过程中还需要配置一个短细疏通道直接插入存尘盒中，使大颗粒直接进入存尘盒，然后就可以正常的清理，

4.电源设计。智能家庭扫地机器人电源设计分为两部分，分别为吸尘和扫边电机需要提供的能量和控制电路、驱動电路的消耗。利用锂电池为装置电源，同时还设立了一个互顶的充电座，在处理器处将其固定在充电座上，装置如果检测到电池不足10%就会自动执行充电功能。

5.传感器设计。传感器的是机器人的“耳朵”和“眼睛”，主要功能是获取外部环境和自身运行状态的信息。传感器有光电编码器、红外传感器、湿度传感器等高科技技术构成。传感器电路简单，方便调试，而且对环境光线有较强的适应能力。红外线传感器感受到障碍物后可以将阻碍光线反射过来，并输出为低电平信号。处理器依据传感器传回的电平信号判斷前方是否有障碍物。机器人左右轮直流电机上装有光电编码器，主要记录两个轮子的速度，处理器计算装置经过的范围和转动的速度，实现定位和路径的规划。

6.电机驱动模块。电机驱动使用直流电机，容易控制、制动转矩较大，噪音小。本次研究的智能清扫器电动驱动模块包含清扫驱动和运动驱动，其中运动驱动主要功能是驱使装置在一定的范围内运动，这部分有左中右三个轮子构成，左右轮子上分别装上两个独立的直流电机，利用左右轮的差速实现机器人的转向。同时左右轮利用光转码器计算轮子的速度，实现定位和路径规划。清扫驱动主要是用来清扫垃圾，由小型涡轮风机和毛刷构成，在电动机的驱动下转动毛刷，并向不同方向旋转，产生一定的吸力，将垃圾和灰尘吸到垃圾盒中，保证地面的清洁。

三、结语

通过对智能家庭扫地机器人原理的分析，发现智能清扫级在工作过程中利用的技能和原理比较多，首先它是建立在计算机技术下的一种设计，其次他利用红外线和传感器技术进行设计，同时对机器的电机模块、电路和齿轮等进行设计分析，通过这些方面的设计分析，使我了解到智能家庭扫地机器人构造原理和工作原理，在以后的学习中应该对这方面的知识进行深入的了解和分析。