导言
跟着人们生活水平的日益进步，我国人口的老龄化也越来越显着，吸尘机器人作为服务机器人的一种，能够代替人进行打扫房间、车间、墙面等一些简略劳动。
使服务机器人有宽广的商场，已成为一些企业和科研院所研讨的焦点。现在商场上的吸尘机器人尽管也具有智能性，但大多因为结构不尽合理、通用性差、集成度高而导致本钱高，不利于遍及。在研讨总结商场上相对老练产品的基础上，依据ARM Cortex-M3处理器规划一款具有自我导航功用的室内吸尘机器人。外形紧凑、结构简略、运转平稳、噪音小，而且本钱低，操作便利，还具有可扩展接口，用户能够依据实际需要对其功用做进一步开发。
1 吸尘机器人整体构成
运用ARM Cortex-M3 处理器规划一款应用于室内的移动清洁机器人，首要使命是能够自主打扫房间，因而应该具有以下功用：
(1)能正确判别机器人所在的房间和在房间中所在的方位;
(2)能正确检测出房间内的墙面、家具等障碍物;
(3)在游历完一切房间完结打扫使命后能自主回到起点，关机。
为了避免机器人在作业时呈现堵转现象，而且能自在进入一些家具比方沙发、桌子等的底下，吸尘机器人不能太高，外形选用半圆柱形。底盘由四个轮子一起支撑，其间左右两边为驱动轮，别离由两个微型直流电机直接驱动，前后两个万向轮起到支撑和导向的效果。选用磕碰、红外传感器、超声波等组成多传感器体系。在机器人的上方装有红外接纳传感器，底盘边际均匀分布装有挨近传感器，用来检测障碍物;在机器人的前方装有磕碰传感器;前方和左右装有超声波测距传感器，用来检测周围环境。
2 硬件主体规划
硬件体系首要由ARM Cortex-M3处理器、传感器模块、电机驱动模块、人机交互模块、无线遥控发射模块组成。
2.1 ARM Cortex-M3处理
机器人操控体系的首要使命是依据传感器和编码器等反应回来的数据，进行打扫途径规划，操控打扫、吸尘组织，完结各种操控动作。规划适宜的人机接口，在 LCD上显现机器人状况和运转时刻。因而，机器人操控体系包含传感器模块，电机驱动模块，红外遥控接纳模块、LED 指示灯和液晶显现模块。选用ARM Cortex-M3处理器作为机器人操控体系的中心，首要是低本钱、小管脚数和低功耗，而且具有极高的运算才能和极强的中止呼应才能，作业电流仅为50 mA.
2.2 电机模块
分红小电机驱动电路和两路大功率驱动板，包含用于行走的两个小直流电机和用于吸尘的大功率无刷直流电机、扫地的直流滚刷电机、扫边角的直流边刷电机。因为电机别离决议机器人的行走途径和吸尘功率，所以规划了专门的驱动板，如图2所示。行走模块的规划对吸尘机器人避障规划有着至关重要的效果，咱们将吸尘机器人规划成一个闭环操控，首要包含驱动电路和光电编码反应电路。光电编码反应电路经过核算反应回来的脉冲数量和相位而得到当时的电机速度。芯片最高能够驱动25 V 的电机，吸尘机器人里行走电机的作业电压为24 V，芯片的电压为5 V，芯片输出的PWM 波转化成大电压PWM波操控电机。其极限参数如表1所示。
2.3 传感器模块
首要包含3部分：用于丈量和感知障碍物的超声模块、红外和磕碰传感器，用于状况检测的传感器(检测电池电量、尘桶、电机堵转悬空)。传感器模块使机器人对周围环境做出正确判别，为顺畅完结使命供给智能决议计划。
(1)超声波测距传感器模块
室内吸尘机器人因为作业环境的原因，有必要具有检测各种巨细、凹凸、色彩的障碍物，超声波是一种非触摸式的检测技能，在空气中传达不受光线、烟雾、电磁场等外界要素的搅扰，与红外传感器比较，超声传感器感应间隔更远，牢靠性高，且本钱低。因而，运用高精度的超声波测距体系能够有效地完结障碍物的检测。
本文选用的是US-100 超声波测距模块可完成0~4.5 m的非触摸测距功用，具有2.4~5.5 V的宽电压输入规模，静态功耗低于2 mA，自带温度传感器对测距成果进行校对，一起具有GPIO，串口等多种通讯方法，作业安稳牢靠。在机器人的前后各装置两个超声波传感器，处理器发生40 kHz的脉冲经I/O口输出，再经过与非门以及三极管扩大构成极性相反的两路脉冲输入超声波发射头的两个引脚，探头便可宣布一连串40 kHz的超声波，遇障碍物后回来给接纳电路，处理器一起操控门电路，以完成发射波的连续如图3所示。超声波接纳端经过压电转化的原理，把经障碍物反射回的信号转化为电信号经过低噪声扩大和带通滤波，再比较发生中止给处理器进行时刻丈量，然后做出障碍物的间隔判别，如图4所示。
(2)红外和磕碰传感器模块
本吸尘机器人在作业时关于远间隔障碍物首要运用超声波测距，可是超声波对近间隔障碍物不灵敏，所以增设红外模块进行近间隔检测，依据能量反射法规划红外丈量模块。机器人前后装置两组红外传感器，每组由多达14组红外发射接纳管组成，在机器人的上面和底盘各装置14个，每上位和下位的2个红外发射和接纳管并联而且指向同一个方向构成一组，每一组电路可分为高频脉冲信号发生、红外发射调理与操控、红外发射驱动、红外接纳等几个部分。经过38 kHz晶振和非门电路得到一个38 kHz的调制脉冲信号;运用三极管驱动红外发射管(TSAL6200)的发射。发射管宣布的红外光经物体反射后被红外接纳模块接纳，经过接纳头 (HS0038B)内部自带的集成电路处理后回来一个数字信号，输入到微操控器的I/O口，如图5所示。
