一、項目概述

1.1 項目摘要

樓道清潔機器人將移動機器人技術和吸塵器技術有機融合起來, 實現室內環境自主清潔, 它集機械學、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。是一種環保、健康、智能型的服務機器人, 具有良好的應用前景和廣泛的市場需求。近年來室內地面清潔機器人已受到國內外的重視, 成為服務機器人行業一個新的研究方向。我們的團隊既有動手能力強，善于二維和三維軟件的的成員，也有具備創造性思維，精通傳感器的能手，更重要的是我們都有很強的責任心。基于上述項目的研究現狀以及項目成員的情況，再加上張磊老師的虛心指導。無論在專業技能和能力方面，還是在團隊協作方面，我們都有顯著的優勢。

1.2 項目背景/選題動機

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樓道清潔機器人控制系統的研制與開發已具備了堅實的基礎和良好的發展前景，因此本項目具有很高的可實施性；同時，樓道清潔機器人是一種環保、健康、智能型的服務機器人,切合當今時代綠色環保的時代背景；而且，目前國內的樓道清潔機器人還有多方面（如：爬坡的穩定性，清潔的全面性等）有待完善，有研制的必要性；我們的團隊成員都敢于探索、創新，對傳感器控制有一定的興趣和基礎，在加上教師指導的虛心指導，我們決定研究一款樓道清潔機器人。

二、需求分析

2.1 功能要求

①在模擬場景下，能夠完成樓梯攀爬，并且有足夠的穩定性和可靠性；

②能夠自行識別標志物，并能及時繞障行走；

③能有自動判別垃圾并對其進行清理。

2.2 性能標準

①在樓梯攀爬時，不會突然停止運行，有足夠的穩定性和可靠性；

②識別標志物時，不會誤認為垃圾進行清理；

③遇到標志物時總能順利繞障，不會出現制動現象；

④能有自動判別1cm2及以下大小的垃圾并對其進行清理。

方案設計

3.1 系統功能實現原理

圖1?硬件架構圖

結構組成

①smt32???????????????????????????????? ②電源

③轉向電動機??????????????????????????? ④穩壓模塊??

⑤碰撞傳感器??????????????????????????? ⑥光電開關???

⑦超聲波傳感器????????????????????????? ⑧爬樓電動機??

⑨上車體相對運動電動機????????????????? ⑩下車體相對運動電動機

3.2 硬件資源配置

硬件資源配置

①碰撞傳感器???? ??????????????????????②爬樓電動機???

③超聲波傳感器???????????????????????? ④光電傳感器

⑤上下車體相對運動電動機?????????????? ⑥轉向電機

⑦齒條???????????????????????????????? ⑧輪子

⑨聯軸器?????????????????????????????? ⑩車體

圖2?系統硬件結構框圖

3.3系統軟件架構

結構組成

①4個傳感器。分別是：光電開關信號傳感器、超聲波測距信號傳感器、碰撞開關信號傳感器，攝像頭信號傳感器。

②Stm32處理器有4種判斷結果：是否在本臺階、是否直線行走、是否有障礙、是否有垃圾。

③電機若干、齒輪、齒條、輪子、聯軸器、車體等。

工作原理

樓道清潔機器人通過傳感器把信號給送給Stm32處理器，處理器通過判斷使電機做出相應反應。具體得說：光電開關信號傳感器把信號傳給Stm32處理器，從而決定電機是否讓小車爬樓梯；超聲波測距信號傳感器把信號傳給Stm32處理器，從而決定電機是否讓小車直線行走；碰撞開關信號傳感器，從而決定電機是否讓小車識別是否有障礙物；攝像頭信號傳感器把信號傳給Stm32處理器，從而決定電機讓小車是被是否有垃圾。

圖3?軟件架構圖

3.4 系統軟件流程

圖4?程序運行流程圖

運行流程

當樓道清潔機器人撞到樓梯，碰撞傳感器反饋信息給處理器。碰撞傳感器產生中斷，升降電動機開始工作。在豎直方向的在齒輪、齒條的傳動下，下車體相對于地面靜止，上車體向上運行。到達一定高度后，在水平方向的齒輪、齒條的傳動下，下車體相對于地面靜止。上車體向前方運行。類似地，當上車體平穩在新的一個臺階上，上車體相對于地面靜止，下車體上升，然后向前方運行。

在平面移動（非爬樓階段）時，超聲波傳感器把周圍環境反饋信息給處理器，從而控制電機，是小車順利運行。同時，攝像頭傳感器對圖像進行采集并進行圖像處理，進而清理垃圾。