一、總體設(shè)計
安防清潔機器人的總體設(shè)計思緒：
總控制局部：采意圖法半導(dǎo)體公司的STM32芯片。具有高性能，低本錢，低功耗等特性。
驅(qū)動電機局部：采用BTS7960芯片驅(qū)動電機，具有較大過載電流，不易燒毀經(jīng)久耐用。
驅(qū)動渦流吸塵局部：渦流吸塵局部對PWM控制請求低，運用市面上常見的L298N模塊供電。價錢低廉運用便當(dāng)耐久。
傳感器局部：主要運用超聲波模塊停止避障，運用紅外對管避免高處跌落，并運用人體紅外模塊停止對家財富平安探測，運用GSM模塊對異常狀況停止報警，火焰報警模塊能有效探測家中某處小型火災(zāi)。
二、主控局部
一個性能優(yōu)秀的清潔機器人必然與它的主控芯片有關(guān)，安防清潔機器人在運轉(zhuǎn)時需求處置大量不同地形，并完成最優(yōu)化道路的既定，所以處置器需求極端強大的性能，并且還需求處置紅外防跌落，火焰報警等模塊信息，綜合以上請求選定意法半導(dǎo)體公司的STM32作為安防清潔機器人的主控板。
三、電機驅(qū)動局部
安防清潔機器人采用完整集成的大電流BTS7970芯片作為主驅(qū)動芯片，主要具有死區(qū)時間短，避免過熱，過壓，欠壓，過流和短路維護，低靜態(tài)電流等功用。
電機采用全橋MOS管驅(qū)動，使清潔機器人具有極快的的剎車和啟動，靈敏的轉(zhuǎn)向。、驅(qū)動電路采用芯片隔離，能避免因突發(fā)緣由而燒毀主控板。以下是電路圖和PCB規(guī)劃圖
四、避障采集局部
安防清潔機器人避障采用超聲波遠(yuǎn)程測距提早定位；紅外傳感器近間隔準(zhǔn)確定位；觸動開關(guān)防撞作為機器人的主要避障傳感器。
（一）超聲波遠(yuǎn)程提早測距定位
主要運用三個超聲波模塊對前方180°的障礙物停止全面提早掃描，相似于生物界中的蝙蝠捕食昆蟲的定位辦法，經(jīng)過發(fā)射器依次不時地發(fā)射超聲波，再由接納端接納反應(yīng)回來的超聲波，經(jīng)過芯片內(nèi)部自帶的時鐘計算時間差，再在芯片內(nèi)部繪制出前方障礙物的位置。運用超聲波模塊的優(yōu)勢在于非常的價錢低廉，固然存在一定的盲區(qū)，但是三個超聲波互相互補簡直能掩蓋一切盲區(qū)。
（二）紅外近間隔準(zhǔn)確丈量
安防清潔機器人采用的超聲波模塊關(guān)于近間隔的障礙物判別存在一定的誤差，所以采用紅外傳感器模塊對超聲波模塊停止一定的修正，該模塊是一種集發(fā)射和接納于一體的光電傳感器，當(dāng)發(fā)射管將調(diào)制過后的紅外線發(fā)射，接納管對接納的光停止解調(diào)接納，可以精確判別近間隔的障礙物，并且檢測障礙物的的間隔精度均能夠經(jīng)過電位計停止調(diào)理。
五、吸塵模塊局部
吸塵模塊作為吸塵機器人的主體局部，吸塵局部主要由吸塵風(fēng)扇和濾塵局部組成，吸塵風(fēng)扇采用離心蝸道吸塵，扇葉采用了阿基米德螺線，離心風(fēng)機極大的降低了噪音，離心蝸道吸塵相關(guān)于普通風(fēng)扇吸塵具有愈加優(yōu)越的性能，蝸道吸塵愈加的節(jié)能，增加了機器人的續(xù)航才能。濾塵局部主要由箱體和濾塵網(wǎng)構(gòu)成。
六、途徑規(guī)劃局部
途徑規(guī)劃是目前清潔機器人最主要所面臨的問題，依據(jù)市場調(diào)研得到的目前市面上人們關(guān)于清潔機器人最懊惱的就是每個家庭的環(huán)境不同，市面上的大多數(shù)清潔機器人容易在一個中央原地打轉(zhuǎn)。途徑規(guī)劃也是目前程序前沿的一個中心問題之一。目前途徑規(guī)劃關(guān)于系統(tǒng)的主要請求是：
1.在不同地圖中尋覓最適宜挪動間隔最短的途徑，盡量減少反復(fù)的地域。
2.保證不與地圖中的任何障礙物發(fā)作碰撞，并保證障礙物邊緣地段的打掃。
3.防止不同的家具對傳感器感知環(huán)境模型形成不可預(yù)知的影響。
4.經(jīng)過最優(yōu)算法，肯定最佳打掃道路，并保證不會在一些特殊角落墮入死循環(huán)狀態(tài)。
目前清潔機器人的提高化，遍歷途徑也呈現(xiàn)了越來越多的算法，遍歷途徑規(guī)劃是指機器人依據(jù)傳感器所探知的四周環(huán)境，依照最優(yōu)化途徑在起始點和終點之間規(guī)劃處一條可以掩蓋地圖上除去障礙物以外的一切地域。
以下是目前比擬前沿的幾種規(guī)劃道路的算法：
（1）人工勢場法。人工勢場法是機器人導(dǎo)航中提出的一種虛擬規(guī)劃法，原理是將清潔機器人假象成一種在勢場中的運動，這種算法運用在清潔機器人這里時能有效的進(jìn)步清潔機器人的清潔效率。但當(dāng)遇到復(fù)雜的地形時容易產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，目前市面上比擬高端的清潔機器人采用的就是這種算法。不過，該算法的確是目前效率較高的算法。
（2）柵格法。柵格法采用的是幾何的辦法來打掃，將機器人假象為一個點，將需求打掃的空間劃分為一格一格劃一的柵格。。此算法簡單易學(xué)，容易在很多單片機內(nèi)完成。但是此算法效率不高，且柵格大小確實定直接影響效率和掩蓋率。家庭的不同大小所需的柵格大小也不盡相同，形成了不同家庭運用效果的不同。
（3）人工智能法。人工智能法是目前最搶手的算法。該算法基于含糊邏輯，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，遺傳算法來處理目前清潔機器人的途徑規(guī)劃問題。該算法是最有可能成為以后清潔機器人規(guī)劃道路的主流算法。但是目前該算法任然具有很大的缺乏，而且系統(tǒng)過于復(fù)雜關(guān)于主控芯片的請求也比擬高，就目前的人工智能算法效率普遍也較低。
前面討論的幾種途徑規(guī)劃算法關(guān)于單片機而言照舊太過苛刻，經(jīng)過對單片機的實踐應(yīng)用，最后提出了以下四種遍歷方式：內(nèi)螺旋式，往復(fù)式，橢圓式，隨機式。經(jīng)過實驗，得出結(jié)論往復(fù)式是最合適本機器人的算法。
七、安防局部
安防清潔機器人相關(guān)于目前市面上的清潔機器人最大的優(yōu)勢就在于在普通清潔機器人的根底上添加了安防功用。應(yīng)用了清潔機器人的挪動不可預(yù)測性，為安防提供根底。目前普通安防都是固定于一個中央的，當(dāng)小偷或其它歹徒有認(rèn)識的避開裝置了防衛(wèi)的中央，普通的防衛(wèi)系統(tǒng)基本不能發(fā)現(xiàn)家中的偷竊等行為。而清潔機器人工作的最佳時間點正是主人家不在家或者睡覺這種小偷容易光臨的時分，行走著的機器人關(guān)于家庭不該呈現(xiàn)人時的監(jiān)控簡直沒死角。所以在安防清潔機器人相關(guān)于普通的安防愈加有優(yōu)勢。當(dāng)火災(zāi)才發(fā)作一點點苗頭時，就很容易被安防清潔機器人發(fā)現(xiàn)。從苗頭上就能發(fā)現(xiàn)風(fēng)險，防止過大的損失。所以清潔機器人相關(guān)于目前普通的安防設(shè)備火災(zāi)報警設(shè)備具有更大的優(yōu)勢，完成一機多功用。
八、結(jié)論和后期開展
在將來幾年中，全智能清潔機器人必將提高，將人們從大量的家庭清潔中解放出來，而且目前都是單一產(chǎn)品，一機多用的理念也不得人心，安防清潔機器人不只具備目前市面上清潔機器人的特性，更是應(yīng)用清潔機器人的不時挪動性將安防功用做得比普通安防愈加出色。將來清潔機器人的提高必將帶動途徑規(guī)劃算法的開展，而多功用性復(fù)合清潔機器人必將更有優(yōu)勢。并且本安防清潔機器人中心控制板還有很多閑暇資源尚未運用，置信在不久的未來還能夠在原有根底上開發(fā)出更多家庭適用型功用
