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  • 蛇形机器人的主体部分由约 30 个相同的类似于铰链的模块一起链接而成。这些模块由一个中心脊骨连接在一起,共同实现不同的功能。
  • 文章目录扫地机器人的关键技术扫地机器人传感器系统超声波传感器红外测距传感器接触式传感器红外光电传感器防碰撞传感器防跌落传感器防过热...方案扫地机器人构成与原理吸尘器部分行走驱动部分清扫路线传感器部分...

    扫地机器人的关键技术

    扫地机器人系统通常由四个部分组成:移动机构、感知系统、控制系统和吸尘系统。
    移动机构是扫地机器人的主体,决定了机器人的运动空间,一般采用轮式机构。
    感知系统一般采用超声波测距仪、接触和接近觉传感器、红外线传感器和CCD摄像机等。

    随着近年来计算机技术、人工智能技术、传感技术以及移动机器人技术的迅速发展,扫地机器人控制系统的研究和开发已具备了坚实的基础和良好的发展前景。扫地机器人的控制与工作环境往往是不确定的或多变的,因此必须兼顾安全可靠性、抗干扰性以及清洁度。用传感器探测环境、分析信号,以及通过适当的建模方法来理解环境,具有特别重要的意义。近年来对智能机器人的研究表明,对于工作在复杂非结构环境中的自主式移动机器人,要进一步提高其自动化程度,主要依靠模式识别及障碍物识别、实时数据传输及适当人工智能方法,还需要进一步开发全局模型,从而为机器人获取全局信息。

    目前发展较快、对扫地机器人发展影响较大的关键技术是:传感技术、智能控制技术、路径规划技术、扫地技术、电源技术等。

    扫地机器人传感器系统

    任何机器人都离不开传感器,机器人要具备智能行为必须不断感知外界环境,从而做出相应的决策行为。

    超声波传感器

    超声波是一种一定频率范围的声波它具有在同种媒质中以恒定速率传播的特性,而在不同媒质的界面处,会产生反射现象利用这一特性,就可以根据测量发射波与反射波之间的时间间隔,从而达到测量距离的作用其具体的计算公式如下:

    s=v×t/2

    注:s:为障碍物与吸尘器之间的距离;

    t:为发射到接收经历的时间;

    v:为声波在空气中传播的速度

    在扫地机器人中,避障功能的实现正是利用了这一超声波测距的原理它的传感器部分由三对(每对包括一个发射探头和一个接收探头)共六个超声波传感头组成由单独的振荡电路产生频率固定为40kHz,幅值为5V的超声波信号在控制器送来的路选信号的作用下,40kHz的振荡信号被加在超声发射探头的两端,从而产生超声信号向外发射;该信号遇到障碍物时,产生反射波,当这一反射波被接收器接收后,根据前述测距的原理,就可以精确地判断障碍物的远近;同时,根据信号的幅值大小,也可以初步确定障碍物的大小。

    超声波传感器采用直接反射式的检测模式。位于传感器前面的被检测物通过将发射的声波部分地发射回传感器的接收器,从而使传感器检测到被测物,经单片机系统处理判断前方物体的大小、远近及大体属性。

    红外测距传感器

    红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理,进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管,发射管发射特定频率的红外信号,接收管接收这种频率的红外信号,当红外的检测方向遇到障碍物时,红外信号反射回来被接收管接收,经过处理之后,即可利用红外线的返回信号来识别周围环境的变化。

    接触式传感器

    接触式厚度传感器,通常采用电感式位移传感器、电容式位移传感器、电位器式位移传感器、霍耳式位移传感器等(见位移传感器)进行接触式厚度测量。为了连续测量移动着的物体的厚度,常在位移传感器的可动端头上安装滚动触头,以减少磨损。接触式厚度传感器可测量物体高度,空间大小。全能清洁机器人可利用这一点探测障碍物的高度,进一步做出判断发挥它的功能。

    红外光电传感器

    把浑浊度传感器的外壳固定在被测箱体内,采用一定波长的红外发光二极管作为检测光源,穿透被测溶液,检测其透射光强来检测溶液浑浊度的程度。红外发光二极管发射的红外光穿透被测溶液的介质,被接收端的光电三极管接受,产生光电流。由于溶液含有的介质、灰尘的颗粒大小、密度不同,光电三极管的光电流近似为线性变化。经滤波后输出,即得到与浑浊度相关的检测信号。

    防碰撞传感器

    因各种因素的影响,扫地机器人难免会有撞上障碍物的可能。为了处理这种情况,我们利用光电开关传感器来感应车体受到的碰撞,及碰撞的大概位置,以使扫地机器人做出相应的决策。

    在扫地机器人的前端设计了约180°的碰撞板,在碰撞板左右两侧各装有一个光电开关。光电开关由一对红外发射对管组成,发光二极管发射的红外光线通过扫地机器人机身特制的小孔被光敏二极管接受,当机身碰撞板受到碰撞时,碰撞板就会挡住机身特制小孔,阻碍红外线的接受从而向控制系统传达信息。光电开关工作原理如图所示。此结构可避免测量盲区带来的误差。扫地机器人在任何方向上的碰撞,都会引起左右光电开关的响应,从而根据碰撞的方向做出相应的反应。

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    防跌落传感器

    为了防止扫地机器人遇到台阶时跌落,在扫地机器人背面安装3个防跌落传感器。防跌落传感器安装位置如图所示。
    在这里插入图片描述
    防跌落传感器也是利用超声波进行测距。当扫地机器人行进至台阶边缘时,防跌落传感器利用超声波测得扫地机器人与地面之间的距离,当超过限定值时,向控制器发送信号,控制器控制扫地机器人进行转向,改变扫地机器人前进方向,从而实现防止跌落的目的。扫地机器人防止跌落示意图如图所示。

    在这里插入图片描述

    防过热传感器

    为了防止扫地机器人持续工作导致电机过热,从而导致电路的烧毁,在扫地机器人电路板上安装两个温度传感器。当扫地机器人工作一段时间电机温度达到一定限度后一个温度传感器发送信号给控制器,控制器再控制扫地机器人停止工作,并运行散热风扇进行散热。当温度降到一定程度后,另一个温度传感器发送信号给控制器,控制器在控制扫地机器人继续工作。
    在这里插入图片描述

    床底深度清扫

    床底、沙发底、柜子底等地方相对较脏,因此这些地方需要重点清扫,以保证清洁度。为实现此功能,在扫地机器人正面安装8个光敏传感器。

    扫地机器人在床底或柜子底开始工作后,光敏传感器接收的光强较弱。当扫地机器人运行离开床底或柜子底时,光敏传感器接收到的光强发生变化,向控制器发送信号,控制器发出控制信号,使扫地机器人转向,重新回到暗处,继续进行清扫。
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    灰尘盒防满传感器

    为了检查扫地机器人灰尘盒中的灰尘是否装满,在灰尘盒两侧安装变介质型电容传感器。当灰尘盒中灰尘高度到达电容传感器高度时,电容传感器中的介质发生改变,由于灰尘的介电常数与空气的介电常数不同,从而引起传感器电容变化,传感器将信号传给控制器,控制器控制扫地机器人发出报警信号,提醒主人应该清理灰尘盒了。
    在这里插入图片描述

    低电量自动返回充电功能

    扫地机器人所带电池容量有限,所以就需要在电量低时自动返回充电基座进行充电再返回原位置继续打扫。当电量低于限定值时,控制器会向红外线发射器发送信号,红外线发射器向四周发射红外线。充电基座安装有红外线传感器,感受到来自扫地机器人发射来的红外线后,会向扫地机器人发射红外线。扫地机器人内部的红外线传感器接收到后会向控制器发送信号,控制器就会控制扫地机器人按照接受到红外线的方向找到充电基座,并自动返回进行充电。

    边缘检测传感器

    边缘检测传感器是一个机械开关,开关的触发端设计成一个滑轮结构,在机器人的两侧各装有一个,用于保证机器人可以始终贴着墙的边缘走。这样就可以对墙壁边缘死角部分进行更好的清扫。

    光电编码器

    光电编码器是扫地机器人上的位置和速度检测的传感器,扫地机器人上的光电编码器通过减速器和驱动轮的驱动电机同轴相连,并以增量式编码的方式记录驱动电机旋转角度对应的脉冲。由于光电编码器和驱动轮同步旋转,利用码盘、减速器、电机和驱动轮之间的物理参数,可将检测到的脉冲数转换成驱动轮旋转的角度,即机器人相对于某一参考点的瞬时位置,这就是所谓的里程计。光电编码器已经成为在电机驱动内部、轮轴,或在操纵机构上测量角速度和位置的最普遍的装置。因为光电编码器是本体感受式的传感器,在机器人参考框架中,它的位置估计是最佳的。

    电子罗盘

    电子罗盘是利用地磁场,检测电子罗盘模块相对于地磁场方向的偏转角度的传感器。电子罗盘模块是由高可靠性的磁性传感器及驱动芯片组成,集成度非常高,实现了高可靠性、高精度、强抗磁场干扰的数码电子罗盘功能。电子罗盘模块有两个磁性传感器和一个驱动芯片构成。磁性传感器里面包含一个LR振荡电路,当磁性传感器与地球磁感线平行方向夹角发生变化时,LR振荡电路的磁感应系数也会发生变化。驱动芯片通过磁性传感器磁感应系数的变化可以计算出磁性传感器与地球磁感线之间的夹角,驱动芯片可以连接三个磁性传感器,这三个磁性传感器方向互为垂直,这样就可以测量在三维方向上与地球磁感线的夹角,从而得到当前的三维方向。电子指南针模组只要得到水平方向上与地球磁感线的夹角就可以测得方向。

    陀螺仪

    针对电子罗盘容易受到电磁干扰以及光电编码器会受到轮子打滑等不确定因素造成的角度测量不准的特点,确定物体的运动方向还需要一个传感器,在上述情况发生时能够精确测量运动物体运动的角度。陀螺仪是用来测量运动物体的角度、角速度和角加速度的传感器,它能够有效解决上述问题。

    扫地机器人路径规划技术

    扫地机器人的路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息,按照某种优化指标,在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径,并且实现所需清扫区域的合理完全路径覆盖。

    根据机器人对环境信息知道的程度不同,可以分为两种类型:环境信息完全知道的全局路径规划和环境信息完全未知或部分未知,通过传感器在线地对机器人的工作环境进行探测,以获取障碍物的位置、形状和尺寸等信息的局部路径规划。

    对未知区域的边沿学习

    由于扫地器人采用的是红外线传感器,考虑到红外线的探测范围和清扫环境的未知性,采用了一种沿边学习的方式,即让清洁机器人从指定位置沿墙壁及其靠近墙壁的障碍物外缘按逆时针(或顺时针)方向绕房行走一周,行走过程中实时记录清洁机器人中心点的位置坐标,这样就可以大致描述出清扫环境的轮廓及靠墙障碍物的分布情况。并记录下当y坐标达到最大值ymax时,x能达到的最大值xmax(考虑到障碍物可能存在于墙壁的右下角)。

    8c7354c406115688fc40e65506eb26c4.jpg在机器人的整个运动过程中,采用角度测量系统对当前的自身角度进行检测并由光电编码器得到在该方向上运行的位移,通过实时记录,并对运动路线进行积分,得到当前位置。如下图所示:
    在这里插入图片描述

    全区域覆盖路径规划方案

    为了使清洁机器人能按照我们所要求的工作模式进行清扫,首先要规定其运动规律,如下图所示:
    在这里插入图片描述若该区域内无任何障碍物出现,则主要是控制程序驱动扫地机器人在该区域内做直线带状往复运动,当机器人前方的红外传感器检测到其运动到x方向最大位置,则机器人绕右侧轮子转180°,在机器人转角时,只驱动一个驱动轮,以另一个驱动轮为支点向左或向右转,这样做能够使得机器人在转过180°后正好移过一个车位,保证机器人在往返清扫过程中不留下清扫死区。

    若在运动过程中遇到障碍物,则机器人能够智能越障。障碍物主要分三种情况,一种是靠最远处墙壁的障碍物,如障碍物D,第二种是不靠墙障碍物,第三种是其他靠墙障碍物。由于在清扫前,机器人进行了边沿学习,获得了空间的边缘信息,因此可自动将第三种障碍物作为墙壁处理。若障碍物不是靠墙障碍物,则机器人能利用红外测距传感器沿障碍物边沿行走,直到其在y轴方向的位置移动一个车位,然后转180°运动。同时系统内的存储单元可以记录该障碍物的y轴最大坐标和最小坐标,即记录障碍物在y轴方向的尺寸,当机器人超高障碍物运动到x轴最大或者最小位置处时,需要沿y轴反方向走一个障碍物尺寸的距离,然后继续清洁障碍物另一侧的区域。若障碍物靠最远处墙壁时,若y轴达到最大值,且x轴方向未达到xmax,且前方传感器检测到障碍物,则机器人绕过障碍物运动y轴方向最远处,清扫剩余区域,当y轴方向和x轴方向同时达到边沿检测时得到的最大位置值时,停止检测。

    扫地机器人的运动规律如下表:
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    扫地机器人构成与原理

    家用智能扫地机器人主要由吸尘器部分、行走驱动部分,检测传感器部分、单片机控制部分和电源充电器五部分组成,结构框图如图所示

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    吸尘器部分

    吸尘器部分具有起尘、吸尘和滤尘三段式清洁功能。在机身底部中区有一个旋转滚刷用来卷起地面较大的碎屑脏污;底部前方左右两侧装有两个相对旋转的边刷,用来提高每次清扫地面的有效面积,并将墙边角与家俱底下的灰尘垃圾扫入吸尘器内。机器正常工作时,吸尘器内的直流电动机驱动风机叶轮高速旋转,使空气高速排出,吸尘器内部产生瞬时真空,与外界大气压形成负压差,在压差的作用下,风机前端吸尘口的空气不断地补充风机中的空气,吸尘器吸入含灰尘的空气,经过滤尘器过滤后排出洁净的空气,过滤出的垃圾被收在集尘盒内。

    行走驱动部分


    行走驱动部分是智能吸尘器的主体,一般采用轮式机构,在机身底部的后端装有两个悬浮式驱动滾轮,机身底前端用一个万向轮与后轮组成三角形支撑,如图所示
    在这里插入图片描述

    工作时两个步进电机驱动两个后轮,从而推动吸尘器机身行走移动,这种结构既简单又提高了转弯的灵活性。由于智能吸尘器是在行走中工作的,移动的速度要求比较低,一般在3m/min左右,因为步进电机不宜在低速状态运行,为了避免步进电机低速爬行,所以在电机轴与轮轴之间加装了一组减速齿轮来实现吸尘器的低速爬行。通过机内单片智能控制改变作用于步进电机的驱动脉冲信号频率和相序,实现对两个驱动轮的高精度调速、停转和调向。同时对两电机分别施加相同或不同脉冲信号时,通过差速方式可以方便地实现吸尘器前进、左转、右转、后退和调头转弯等功能,甚致当两后轮相互反向运动时,可绕轴中点原地旋转。电机转向与吸尘器的运动方式的关系如表所示。
    电机转向与吸尘器的运动方式
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    清扫路线

    清扫路线是智能吸尘器的重要指标之一,目前清扫路线分为规划式和随机式两种。随机式清扫模式是在智能吸尘器感知四周的环境后,随机行走清扫各个区域;规划式清扫模式是在智能吸尘器感知四周的环境后,然后依照予置的规划路径行走,有效地遍历各个区域完成各个区域的清扫。清扫行走路径模式通常有:螺旋式行走模式、 弓字形行走模式、沿边行走模式、五边形行走模式、随机行走(自动行走)五种,如图4所示。为了适应不同地面环境,能更彻底的清扫,智能吸尘器设有多种清扫模式(行走路径),可按需选用。而模式可预置的多少随不同产品型号而异,以下四种清扫模式较为常用:
    在这里插入图片描述
    ①AUTO(自动清扫)模式:该模式清扫覆盖面积最大,是最常使用的一种。其特点是主机直线行进清扫,遇到障碍物后改变方向,主机在清扫中,若感知灰尘量较多,它将自动以“扇形”或“螺旋形”路线清扫地面后,再转为直线清扫。该清扫模式是指主机自动进行清扫,遇到障碍物后自动改变方向。该清扫模式下,机器根据自带的传感器识别周边环境复杂程度,自动切换内置清扫路经进行清扫工作,它是一种具有多种清扫路径的模式。
    ②重点清扫模式:按遥控器的“重点”清扫按键,机器会进入重点清扫模式,重点清扫模式适合在垃圾相对较多区域小范围清扫,它以渐开式螺旋线的方式从中心向外圈扩散,到最外圈时反方向慢慢缩小,直到回到原点完成清扫,清扫半经约1m,时间约2~3min。
    ③定点清扫模式:适用于处理地面上较为集中的垃圾,主机以“弓”字形路径自左向右,对你所指定的区域进行一次集中清扫。清扫完成后,主机回到清扫起始点并发出提示声。
    ④自动拖地模式:具有扫、吸、拖功能三合一的智能吸尘器,可按遙控器的“拖地”键,或按机器面板上的相应键,进入自动拖地模式工作,这时边刷及吸尘风机都停止工作,只有机器带动拖板,按“弓形式”和“自由式”进行拖地。

    传感器部分

    智能吸尘器工作时,机器做出前进、转弯、停留等动作都需要由多种传感器测知自身与周围环境的关系后决定,例如判别前方有无障碍物,是否需要避开;机身下方有无凹槽类或台阶类可能导致机身碰撞翻转等的地面状况。扫地机器人不仅需要知道这些信息,并且这些信息量还要转换成电脑能夠判断的电信号,从而控制吸尘器自动进行清扫工作。家用智能吸尘器大都采用多组红外传感器监测,因为红外传感器成本较低,高档机才选用性能较好的超声波传感器。
    (1)红外测距传感器
    红外测距传感器是机器人常用的非接触式传感器,红外线具有沿直线传播和反射、折射、散射、干涉及吸收等特性。红外线在真空中传播速度C=3×108m/s,而在介质中传播时,由于介质的吸收和散射作用,使它产生衰減。一般金属材料基本上不能透过红外线,塑料能透过红外线,智能吸尘器红外传感器的工作原理是‘三角测距法’,红外发射器按照一定的角度发射红外光束,当遇到物体以后,光束会反射回来。机器人利用红外测距传感器自带运算电路会自动完成计算工作,输出一个和检测距离相关的电参数,即可得知距离值。图2所示在吸尘器机器前方的挡板上装有三个红外避障传感器,分别位于挡板左、中、右三处,这样主机前进过程中在其前方偏左、偏右或居中方位,能夠检测前方一定距离内是否存在障碍物。每个传感器各有一个发射端和一个接收端,发射端发送红外光束,如果前方有障碍物,光束会反射回来,此时若接收到的红外信号强度超过阈值,那么传感器被触发。机器人会感知到前方有障碍物,随即调整两个步进电机驱动轮的前进速度和方向,带动驱动轮转向,脱开障碍物,实现避障功能。
    (2)碰撞检测传感器
    红外传感器的主要缺点是探测视角小,很难探测前方狭小障碍物,若障碍物(反射面)较小,接收端得到的红外线则不会超过阈值,或者障碍物颜色为黑色和深色时,红外线会被吸收一部分,以及处于暖光源(如白炽灯、太阳光)照射下,传感器无法正确接收到红外反射信号,为了弥补这一缺陷,几乎所有智能吸尘器都用红外传感器与碰撞传感器融合方式实现避障。碰撞传感器用于红外传感器未探测到障碍物时,吸尘器和障碍物发生碰撞后的避障。因此,在半圆形挡板上还分区安装了防碰撞检测单元(如微动开关等),通过读取每个碰撞执行单元信息,可准确具体识别碰撞方位,为机器人的智能判断提供可靠的物理依据。
    (3)下视传感器
    在吸尘器机体前方底盘边沿下方另外还有3路红外传感器,其功能用于探测路面状况,如遇到台阶类或凹槽类地面,当传感器感知高度大于8cm的地面落差信号后,经过信号处理电路初步处理之后,送至微处理控制器,发出动作指令,吸尘器停止移动,使主机在有高度落差的边缘不会掉下。
    (4)灰尘传感器
    位于主机尘盒进灰口前部装有两个灰尘传感器,用来感知吸入灰尘量的多少,从而使主机决定采用何种清扫方式更为有效。智能吸尘器灰尘传感器原理是:微粒子和分子在光的照射下会产生光的散射现象,与此同时还吸收部分照射光的能量,当一朿平行单色光入射到被测颗粒物时,会受到颗粒周围散射和吸收的影响,光强将被衰减,如此一来便可求得入射光通过待测浓度物的相对衰减率。而相对衰减率的大小,基本上能线性反映待测物灰尘的相对浓度,光强的大小与经光电转换为电信号强弱成正比,通过测得的电信号就可以求得相对衰減率。
    (5)电子陀螺仪和加速度传感器
    电子陀螺仪与加速度传感器是机器人领域用于运动状态测量的必备部件,电子陀螺仪是一种能夠精确地确定运动物体的转动角速度的电子器件。按照惯性原理一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时是不会改变的,根据这个原理扫地机人用它来保持方向,导航更为精准,直线清扫不偏航,清扫高覆盖低重复。加速度传感器件的基本原理是压电晶体受力产生的电量与加速度带来的惯性力成正比,将测力问题转化为测电问题。实际应用中,加速度传感器和陀螺仪传感器封装在同一个IC中,在IC内部还集成有前端处理电路,然后以一定的数据信号传给控制系统,实现陀螺仪精确导航。
    4.单片机控制部分
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    智能扫地机器人的控制系统主要是以单片机作为核心,辅助其外围电路。各功能模块在单片机的控制下相互协调工作,保证扫地机器人各种功能的实现,控制系统框图如图5所示。它主要完成以下任务:
    ① 向各传感器分别发出选通信号,通过路选信号控制,顺序与各个传感器通信,实时完成信息数据采集功能。
    ② 作为控制器的核心,它要根据接收到的数据信息,计算并判断障碍物的相对位置、
    体积大小,结合机内预先设定的规则,确定相应的避障措施(前进、左转、右转、后退、调头)。
    ③ 在确定避障措施后,再向步进电机输出相应的控制脉冲,具体实现避障方案。
    ④ 接受遥控器的指令,调整机器人的工作状态。检测电池剩余电量,及时指挥智能吸尘器自动返回充电,进行充电管理等。

    扫地机器人行走路径,完全是根据前端的红外传感器识别障碍物并随机转向,
    IROBOT、科沃斯、福玛特、地贝、卫博士、吸刷刷
    清洁系统、路径规划系统、操控系统
    双滚刷+真空吸产品线、单滚刷+真空吸产品线、单真空吸口产品线

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    单真空吸:能清洁灰尘、毛发、纸屑类垃圾、颗粒状垃圾清洁能力极差,优势是不缠毛发。

    单滚刷+真空吸:能清洁灰尘、毛发、纸屑类垃圾,颗粒状垃圾清洁能力一般,劣势是缠毛发。

    双滚刷+真空吸:除了灰尘、毛发、纸屑类垃圾、大颗粒状垃圾清洁能力非常好,劣势是缠毛发。
    综合考虑中国人住房的地板多为瓷砖、木地板、大理石,(毛毯对清洁效果影响较大)因此如果把双滚刷系统清洁能力定义为100%,则单滚刷系统的清洁能力约为60%,真空吸的清洁能力仅约10%了。
    是否扫的干净”最重要取决于清洁系统,
    “怎么去扫”最重要取决于路径规划系统,
    N种智能路径,包括沿边、螺旋、折线、Z字、直线、弓字、等等。其实基于产品的硬件实现原理,真正的路径只有沿边、螺旋、随机,其他的路径均是基于此三种衍生出来!
    1:前置的六组障碍物传感器95%以上的产品都采用红外感应,盲区角度大,于是遇到纤细型障碍物就像碰碰车那样了。更有低端产品连此传感器都取消,标准一台碰碰车。解决方案可以采用超声波传感器,但市场只有极小一部分的产品,或许是成本所限吧。2:行走步数、方向、角度无法精确执行,99%产品两个动力轮均采用普通DC电机,靠行走时间记录着路径,天生的不足!当然了,步进电机成本或许不适合该类产品。
    红外遥控方式:遥控指向线强、盲区大,意思是你想准确遥控必须发射器与接收头对上才行,当然优势就是成本低。

    2.4G 遥控方式:360度覆盖、无盲区,还能穿墙!意思是你坐在客厅随意操控家里任何角落的扫地机器人。(你想想,这是多美的用户使用场景啊)
    自动清扫、定点清扫、自动回充”三个功能最常用

    双滚刷+真空吸清洁系统、能模拟人的拖地路径、2.4G 操控系统+整机三功能按键

    1:产品配置及主要清洁能力指标媲美于美国IROBOT产品,但价格符合用户期望的1000-1500元区间。
    2:清洁系统的定义针对中国家庭居住地板环境我坚持了采用双滚刷系统
    3:路径规划系统,坚持以模仿人拖地路径为主再集成了一些智能体验感好的路径4:产品的ID坚持了一些圆角的元素,主要考虑家具安全与婴童的安全隐患
    4:电池坚持选用镉镍、镍氢电池,在家里移动的产品如果选锂电池那可相当于一个移动的炸弹在你家到处跑!
    5:一键呼叫功能,市场所有的产品都构思了用户下班后能看见产品自动在回冲座上充电美好的使用场景,但实际使用体验非常扯淡!成功率不足70%。
    6:一键智能路线,市场所有产品都构思产品多么智能,能根据障碍物走出不同的智能路线,但实际使用体验会让你非常抓狂!此功能可以让你一键呼出智能路线
    7:开机软起动,市场99%的产品都是一按启动键机器就跑了,对于小白用户与家居有3岁以下小孩的用户来说这是一个意外的惊吓,此功能是让机器先启动清洁系统再启动动力系统以缓冲惊吓。
    8:高底盘、强越野能力,能轻松跨越家里的毛毯、阳台地脚线等
    9:面板简约“自动清扫、定点清扫、自动回充”三功能按键;便携提手设计等等

    有干货的图例
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  • 很多人一听到“机器人”这三个字脑中就会浮现“外形酷炫”、“功能强大”、“高端”等这些词,认为机器人就和科幻电影里的“终结者”一样高端炫酷。其实不然,在本文中,我们将探讨机器人学的基本概念,并了解机器人...

      很多人一听到“机器人”这三个字脑中就会浮现“外形酷炫”、“功能强大”、“高端”等这些词,认为机器人就和科幻电影里的“终结者”一样高端炫酷。其实不然,在本文中,我们将探讨机器人学的基本概念,并了解机器人是如何完成它们的任务的。

      

     

      一、机器人的组成部分

      从最基本的层面来看,人体包括五个主要组成部分:

      身体结构

      肌肉系统,用来移动身体结构

      感官系统,用来接收有关身体和周围环境的信息

      能量源,用来给肌肉和感官提供能量

      大脑系统,用来处理感官信息和指挥肌肉运动

      当然,人类还有一些无形的特征,如智能和道德,但在纯粹的物理层面上,此列表已经相当完备了。

      机器人的组成部分与人类极为类似。一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源和一个用来控制所有这些要素的计算机“大脑”。从本质上讲,机器人是由人类制造的“动物”,它们是模仿人类和动物行为的机器。

      

     

      仿生袋鼠机器人

      机器人的定义范围很广,大到工厂服务的工业机器人,小到居家打扫机器人。按照目前最宽泛的定义,如果某样东西被许多人认为是机器人,那么它就是机器人。许多机器人专家(制造机器人的人)使用的是一种更为精确的定义。他们规定,机器人应具有可重新编程的大脑(一台计算机),用来移动身体。

      根据这一定义,机器人与其他可移动的机器(如汽车)的不同之处在于它们的计算机要素。许多新型汽车都有一台车载计算机,但只是用它来做微小的调整。驾驶员通过各种机械装置直接控制车辆的大多数部件。而机器人在物理特性方面与普通的计算机不同,它们各自连接着一个身体,而普通的计算机则不然。

      大多数机器人确实拥有一些共同的特性

      首先,几乎所有机器人都有一个可以移动的身体。有些拥有的只是机动化的轮子,而有些则拥有大量可移动的部件,这些部件一般是由金属或塑料制成的。与人体骨骼类似,这些独立的部件是用关节连接起来的。

      机器人的轮与轴是用某种传动装置连接起来的。有些机器人使用马达和螺线管作为传动装置;另一些则使用液压系统;还有一些使用气动系统(由压缩气体驱动的系统)。机器人可以使用上述任何类型的传动装置。

      其次,机器人需要一个能量源来驱动这些传动装置。大多数机器人会使用电池或墙上的电源插座来供电。此外,液压机器人还需要一个泵来为液体加压,而气动机器人则需要气体压缩机或压缩气罐。

      所有传动装置都通过导线与一块电路相连。该电路直接为电动马达和螺线圈供电,并操纵电子阀门来启动液压系统。阀门可以控制承压流体在机器内流动的路径。比如说,如果机器人要移动一只由液压驱动的腿,它的控制器会打开一只阀门,这只阀门由液压泵通向腿上的活塞筒。承压流体将推动活塞,使腿部向前旋转。通常,机器人使用可提供双向推力的活塞,以使部件能向两个方向活动。

      机器人的计算机可以控制与电路相连的所有部件。为了使机器人动起来,计算机会打开所有需要的马达和阀门。大多数机器人是可重新编程的。如果要改变某部机器人的行为,您只需将一个新的程序写入它的计算机即可。

      并非所有的机器人都有传感系统。很少有机器人具有视觉、听觉、嗅觉或味觉。机器人拥有的最常见的一种感觉是运动感,也就是它监控自身运动的能力。在标准设计中,机器人的关节处安装着刻有凹槽的轮子。在轮子的一侧有一个发光二极管,它发出一道光束,穿过凹槽,照在位于轮子另一侧的光传感器上。当机器人移动某个特定的关节时,有凹槽的轮子会转动。在此过程中,凹槽将挡住光束。

      光学传感器读取光束闪动的模式,并将数据传送给计算机。计算机可以根据这一模式准确地计算出关节已经旋转的距离。计算机鼠标中使用的基本系统与此相同。

      以上这些是机器人的基本组成部分。机器人专家有无数种方法可以将这些元素组合起来,从而制造出无限复杂的机器人。机器臂是最常见的设计之一。

      二、机器人是如何工作的

      英语里“机器人”(Robot)这个术语来自于捷克语单词robota,通常译作“强制劳动者”。用它来描述大多数机器人是十分贴切的。世界上的机器人大多用来从事繁重的重复性制造工作。它们负责那些对人类来说非常困难、危险或枯燥的任务。

      最常见的制造类机器人是机器臂。

      一部典型的机器臂由七个金属部件构成,它们是用六个关节接起来的。计算机将旋转与每个关节分别相连的步进式马达,以便控制机器人(某些大型机器臂使用液压或气动系统)。

      与普通马达不同,步进式马达会以增量方式精确移动。这使计算机可以精确地移动机器臂,使机器臂不断重复完全相同的动作。机器人利用运动传感器来确保自己完全按正确的量移动。

      这种带有六个关节的工业机器人与人类的手臂极为相似,它具有相当于肩膀、肘部和腕部的部位。它的“肩膀”通常安装在一个固定的基座结构(而不是移动的身体)上。这种类型的机器人有六个自由度,也就是说,它能向六个不同的方向转动。与之相比,人的手臂有七个自由度。

      

     

      一个六轴工业机器人的关节

      人类手臂的作用是将手移动到不同的位置。类似地,机器臂的作用则是移动末端执行器。您可以在机器臂上安装适用于特定应用场景的各种末端执行器。有一种常见的末端执行器能抓握并移动不同的物品,它是人手的简化版本。

      机器手往往有内置的压力传感器,用来将机器人抓握某一特定物体时的力度告诉计算机。这使机器人手中的物体不致掉落或被挤破。其他末端执行器还包括喷灯、钻头和喷漆器。

      

     

      工业机器人专门用来在受控环境下反复执行完全相同的工作。例如,某部机器人可能会负责给装配线上传送的花生酱罐子拧上盖子。为了教机器人如何做这项工作,程序员会用一只手持控制器来引导机器臂完成整套动作。机器人将动作序列准确地存储在内存中,此后每当装配线上有新的罐子传送过来时,它就会反复地做这套动作。

      

     

      大多数工业机器人在汽车装配线上工作,负责组装汽车。在进行大量的此类工作时,机器人的效率比人类高得多,因为它们非常精确。无论它们已经工作了多少小时,它们仍能在相同的位置钻孔,用相同的力度拧螺钉。制造类机器人在计算机产业中也发挥着十分重要的作用。它们无比精确的巧手可以将一块极小的微型芯片组装起来。

      机器臂的制造和编程难度相对较低,因为它们只在一个有限的区域内工作。如果您要把机器人送到广阔的外部世界,事情就变得有些复杂了。

      首要的难题是为机器人提供一个可行的运动系统。如果机器人只需要在平地上移动,轮子或轨道往往是最好的选择。如果轮子和轨道足够宽,它们还适用于较为崎岖的地形。但是机器人的设计者往往希望使用腿状结构,因为它们的适应性更强。制造有腿的机器人还有助于使研究人员了解自然运动学的知识,这在生物研究领域是有益的实践。

      机器人的腿通常是在液压或气动活塞的驱动下前后移动的。各个活塞连接在不同的腿部部件上,就像不同骨骼上附着的肌肉。若要使所有这些活塞都能以正确的方式协同工作,这无疑是一个难题。在婴儿阶段,人的大脑必须弄清哪些肌肉需要同时收缩才能使得在直立行走时不致摔倒。同理,机器人的设计师必须弄清与行走有关的正确活塞运动组合,并将这一信息编入机器人的计算机中。许多移动型机器人都有一个内置平衡系统(如一组陀螺仪),该系统会告诉计算机何时需要校正机器人的动作。

      

     

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      两足行走的运动方式本身是不稳定的,因此在机器人的制造中实现难度极大。为了设计出行走更稳的机器人,设计师们常会将眼光投向动物界,尤其是昆虫。昆虫有六条腿,它们往往具有超凡的平衡能力,对许多不同的地形都能适应自如。

      某些移动型机器人是远程控制的,人类可以指挥它们在特定的时间从事特定的工作。遥控装置可以使用连接线、无线电或红外信号与机器人通信。远程机器人常被称为傀儡机器人,它们在探索充满危险或人类无法进入的环境(如深海或火山内部)时非常有用。有些机器人只是部分受到遥控。例如,操作人员可能会指示机器人到达某个特定的地点,但不会为它指引路线,而是任由它找到自己的路。

    转载于:https://www.cnblogs.com/sushine1/p/11264345.html

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