近年來，隨著計算機技術與人工智能科學的飛速發展，智能機器人技術逐漸成為現代機器人研究領域的熱點。其中，服務機器人開辟了機器人應用的新領域。

隨著人們生活水平的提高，健康、舒適的家居環境越來越被更多的人所關注。買房、裝修成為人們茶余飯后談論的熱點話題，但裝修后又臟又累的衛生清掃工作，成為困擾家庭主婦的又一大難題。對不少家庭而言，清潔機器人已成為清潔家庭的必備小家電。

自動進行房間地面清潔的自動掃地機器人，集機械學、電子技術、傳感器技術、計算機技術、控制技術、機器人技術、人工智能等諸多學科為一體。自動掃地作為智能移動機器人實用化發展的先行者。

掃地機器人，又稱自動打掃機、智能吸塵、機器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動在房間內完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。本設計掃地機器人采用刷掃吸塵方式，機身為無線機器，以圓盤型為主，使用充電電池運作，操作方式使用遙控器、或是按機器上的操作面板相應按鈕。本次設計的掃地機器人可設定時間預約打掃，自行充電。前方設置超聲破測距傳感器，可偵測障礙物，如碰到墻壁或其他障礙物，會自行轉彎，從室內邊沿開始走矩形路線，有規劃清掃地區。

掃地機器人的工作原理及特點

掃地機器人由微電腦控制，可實現自動導航并對地面進行清掃和吸塵，通過碰撞頭實現對前方障礙物的躲避和繞過可以使所到角落得到清潔，同時兩個超大邊掃輪的設計，可使角落和地面掃的更徹底，更干凈，兩個清掃輪的相對旋轉，更使得垃圾不會從機體底部溜掉，清潔更完善，同時清掃吸塵一體的雙重作用，使掃起來的塵土更有規律和順暢的進入垃圾收集盒內，并且通過在前輪和清掃輪動力箱內上安裝光電傳感器，可以使該機器人擁有自動防機體卡死和掃輪卡死的功能，當被卡住使其自動后退或關機，并在碰撞頭上裝有紅外反射探測器，可自動判斷前方是否懸崖，并自動繞開。

特點：

1、掃地省時、省力、提高工作效率、能源利用率：整個清潔過程不需要人控制，減輕人的操作負擔，人們可以利用節省的時間做其他有意義的事。

2、低噪音：小于50分貝，清潔房間的過程免受噪音之苦。

3、凈化空氣：內置活性碳、吸附空氣中有害物質。

4、輕便小巧：輕松打掃普通吸塵器清理不到的死角。

掃地機器人的關鍵技術

掃地機器人系統通常由四個部分組成：移動機構、感知系統、控制系統和吸塵系統。

移動機構是掃地機器人的主體，決定了機器人的運動空間，一般采用輪式機構。

感知系統一般采用超聲波測距儀、接觸和接近覺傳感器、紅外線傳感器和CCD攝像機等。

隨著近年來計算機技術、人工智能技術、傳感技術以及移動機器人技術的迅速發展，掃地機器人控制系統的研究和開發已具備了堅實的基礎和良好的發展前景。掃地機器人的控制與工作環境往往是不確定的或多變的，因此必須兼顧安全可靠性、抗干擾性以及清潔度。用傳感器探測環境、分析信號，以及通過適當的建模方法來理解環境，具有特別重要的意義。近年來對智能機器人的研究表明，對于工作在復雜非結構環境中的自主式移動機器人，要進一步提高其自動化程度，主要依靠模式識別及障礙物識別、實時數據傳輸及適當人工智能方法，還需要進一步開發全局模型，從而為機器人獲取全局信息。

目前發展較快、對掃地機器人發展影響較大的關鍵技術是:傳感技術、智能控制技術、路徑規劃技術、掃地技術、電源技術等。

掃地機器人的機械結構

掃地機器人主要包括以下幾部分：

1、個行走驅動輪及驅動電機。該部分主要保證機器人能夠在平面內移動。殼體前端和側面裝有紅外開關，作為碰撞檢測傳感器。底面的3個紅外開關作為臺階檢測傳感器，防止跌落。驅動輪上裝有光電編碼盤，可以對輪速進行檢測和控制，實現定位和路徑規劃。同時還擴展了超聲波傳感器，用于精確定位的需要；

2、清掃機構。用電機帶動兩個清掃刷，使左面清掃刷順時針轉動，右面逆時針轉動，這樣就可以在清掃灰塵時將灰塵集中于吸風口處，為掃地機構的工作做準備；

3、掃地機構。制造強大的吸力，將灰塵吸入灰塵存儲箱中；

4、擦地機構。在清掃、掃地之后，利用安裝在殼體下面的清潔布擦除殘留在 地面上的細小灰塵，保證清潔工作的質量。

掃地機器人的工作流程

1、首先可以通過鍵盤或者遙控器啟動清潔機器人，讓它開始清掃工作。

2、機器人一旦開始工作，便控制清掃機構進行清掃、掃地機構開始掃地、擦地機構開始擦地。

3、機器人開始工作，傳感探測模塊就開始不斷地采集外部信息，送到CPU進行分析和決策產生機器人行走的路徑。

4、當路徑規劃需要機器人實現轉向的時候。CPU就分別改變左右輪的速度，通過差速來實現轉向。

5、工作期間機器人可以通過LCD顯示一些相關信息(比如工作模式、工作計時或溫度)。

6、遙控器除了可以控制清潔機器人的啟停，還可以對機器人進行定時，讓機器人在一定時間后開始工作或者工作一定時間后停止工作。

機器人利用安裝的各類傳感器來獲取室內環境以及自身的基本信息，如障礙物的位置、自身走過的距離等;然后根據獲得的信息，選定相應的控制策略;通過以單片機為核心的控制系統進行障礙物判斷、避障策略選擇和運動行走實施。機器人面板上有控制其開始/停止工作的按鍵。同時也可以通過遙控來控制，遙控還可以用來對機器人進行定時，LCD實時的顯示定時的倒記時和當前的溫度值。

掃地機器人傳感器系統

任何機器人都離不開傳感器，機器人要具備智能行為必須不斷感知外界環境，從而做出相應的決策行為。

超聲波傳感器

超聲波是一種一定頻率范圍的聲波它具有在同種媒質中以恒定速率傳播的特性，而在不同媒質的界面處，會產生反射現象利用這一特性，就可以根據測量發射波與反射波之間的時間間隔，從而達到測量距離的作用其具體的計算公式如下：

s＝v×t／2

注：s：為障礙物與吸塵器之間的距離；

t：為發射到接收經歷的時間；

v：為聲波在空氣中傳播的速度

在掃地機器人中，避障功能的實現正是利用了這一超聲波測距的原理它的傳感器部分由三對（每對包括一個發射探頭和一個接收探頭）共六個超聲波傳感頭組成

由單獨的振蕩電路產生頻率固定為40kHz，幅值為5V的超聲波信號在控制器送來的路選信號的作用下，40kHz的振蕩信號被加在超聲發射探頭的兩端，從而產生超聲信號向外發射；該信號遇到障礙物時，產生反射波，當這一反射波被接收器接收后，根據前述測距的原理，就可以精確地判斷障礙物的遠近；同時，根據信號的幅值大小，也可以初步確定障礙物的大小。

超聲波傳感器采用直接反射式的檢測模式。位于傳感器前面的被檢測物通過將發射的聲波部分地發射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測到被測物，經單片機系統處理判斷前方物體的大小、遠近及大體屬性。

紅外測距傳感器

紅外測距傳感器利用紅外信號遇到障礙物距離的不同反射的強度也不同的原理，進行障礙物遠近的檢測。紅外測距傳感器具有一對紅外信號發射與接收二極管，發射管發射特定頻率的紅外信號，接收管接收這種頻率的紅外信號，當紅外的檢測方向遇到障礙物時，紅外信號反射回來被接收管接收，經過處理之后，即可利用紅外線的返回信號來識別周圍環境的變化。

接觸式傳感器

接觸式厚度傳感器，通常采用電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、電位器式位移傳感器、霍耳式位移傳感器等（見位移傳感器）進行接觸式厚度測量。為了連續測量移動著的物體的厚度，常在位移傳感器的可動端頭上安裝滾動觸頭，以減少磨損。接觸式厚度傳感器可測量物體高度，空間大小。全能清潔機器人可利用這一點探測障礙物的高度，進一步做出判斷發揮它的功能.

紅外光電傳感器

把渾濁度傳感器的外殼固定在被測箱體內，采用一定波長的紅外發光二極管作為檢測光源，穿透被測溶液，檢測其透射光強來檢測溶液渾濁度的程度。紅外發光二極管發射的紅外光穿透被測溶液的介質，被接收端的光電三極管接受，產生光電流。由于溶液含有的介質、灰塵的顆粒大小、密度不同，光電三極管的光電流近似為線性變化。經濾波后輸出，即得到與渾濁度相關的檢測信號。

防碰撞傳感器

因各種因素的影響，掃地機器人難免會有撞上障礙物的可能。為了處理這種情況，我們利用光電開關傳感器來感應車體受到的碰撞，及碰撞的大概位置，以使掃地機器人做出相應的決策。

在掃地機器人的前端設計了約180°的碰撞板，在碰撞板左右兩側各裝有一個光電開關。光電開關由一對紅外發射對管組成。