Desarrollo y diseño del programa de robot de barrido

Con el desarrollo continuo de la tecnología, continúan surgiendo varios tipos nuevos de equipos, y también han aparecido robots de barrido. Inicialmente, los robots de barrido inteligentes fueron ampliamente utilizados en países europeos y americanos. En los últimos años, con el desarrollo de la economía, el alcance del uso de robots de barrido inteligentes en China también se ha expandido. El llamado robot de barrido inteligente también se puede llamar una máquina de barrido automático, una aspiradora inteligente, una aspiradora robot, etc., que también es una parte importante de los electrodomésticos inteligentes actuales. Utiliza principalmente inteligencia artificial para limpiar automáticamente el piso de la habitación. Los robots de barrido inteligentes adoptan principalmente la forma de barrido con cepillo y aspiradora, y primero colocan los artículos diversos en el suelo en la caja de almacenamiento de basura a través de la succión de la máquina para limpiar el suelo.

1. Funciones y tipos de robots de barrido.

El cuerpo del robot de barrido inteligente es una máquina inalámbrica, que tiene forma de disco. Usando su propia batería, el robot de barrido inteligente puede controlarse usando un control remoto o un panel de control. El usuario puede programar una limpieza antes de usarla. La parte frontal del robot de barrido inteligente está equipada con sensores, que pueden detectar de forma rápida y precisa los obstáculos en el frente. La línea del robot de barrido inteligente ha sido establecida por el fabricante, y puede girar por sí sola cuando se encuentra con obstáculos, y realizar trabajos de limpieza de interiores de manera planificada.

Por ahora, los robots de barrido inteligentes son principalmente de los siguientes tipos: robots Robots de barrido de succión simple. Este robot de barrido puede manejar eficazmente el polvo flotante en el suelo, pero para los polvos adsorbidos electrostáticamente, el efecto de limpieza no es bueno. ②Brush robot de barrido con cepillo central. Este tipo de robot puede eliminar eficazmente partículas grandes, y el efecto de eliminar las mantas también es bueno, pero no es ideal para el tratamiento del polvo del suelo. La limpieza de este tipo de robot se realiza principalmente con cepillo y cepillo de pegamento. System Sistema de limpieza con cepillo de elevación V, este sistema puede adaptarse mejor al suelo, para recoger el polvo absorbido por la electricidad estática. Por supuesto, cuanto mejor sea el rendimiento, mayor será el precio.

Segundo, el principio técnico del programa de robot de barrido inteligente.

La razón por la cual el robot de barrido inteligente del hogar puede funcionar de manera tan conveniente es la siguiente: el robot inteligente utiliza el principio del sensor infrarrojo para el control de la dirección. Por supuesto, algunos robots de gama baja también usan tecnología ultrasónica biónica. En comparación, el costo de la tecnología de detección de infrarrojos es menor, pero la aplicación de esta tecnología tiene mayores requisitos ambientales. En otras palabras, la retroalimentación de esta tecnología sobre esos objetos de colores claros no es lo suficientemente flexible. En el uso a largo plazo, los rayos infrarrojos del robot también tendrán un cierto impacto en los muebles de la casa, y los muebles pueden pintarse. La tecnología biónica ultrasónica no tiene estos problemas. La sensibilidad de esta tecnología es relativamente alta, lo que puede detectar efectivamente la posición. Sin embargo, el alto costo de aplicación de esta tecnología también hace que el precio del robot de limpieza sea alto, lo que es difícil de circular en el mercado a gran escala .

En términos generales, el robot de barrido inteligente está controlado por un microordenador. Hay tres cepillos de barrido en la parte inferior del robot de barrido, que limpian principalmente la casa haciendo rodar el área. En términos generales, el cuerpo del robot de limpieza es relativamente pequeño, por lo que puede pasar de manera flexible a través de varias áreas, incluidas las áreas que son difíciles de limpiar debajo de la cama y debajo del sofá. El robot de barrido también tiene la función de evitar obstáculos de forma inteligente. Una vez que se produce una colisión, el robot de barrido puede generar memoria, formando así un área de mapa interior. Durante el siguiente proceso de limpieza, el robot de barrido puede recordar de acuerdo con el mapa anterior para evitar otra colisión.

Bajo la nueva situación, los robots de barrido inteligentes han ingresado en familias comunes. El robot de barrido inteligente no solo puede realizar el control por voz, sino también el control remoto por infrarrojos, brindando a los usuarios una experiencia de limpieza más fácil de usar.

3. La idea de diseño del programa de robot de barrido.

El robot de limpieza se puede dividir en dos partes de trabajo: limpieza y carga de acuerdo con el contenido de la tarea completada, por lo que de acuerdo con la idea de diseño del hardware, debe tener dos partes de hardware: un cuerpo de robot móvil con un dispositivo de limpieza y un dispositivo de carga. Antes de realizar la tarea de limpieza interior, el robot debe determinar el estado general del ambiente interior a través del sensor y planificar automáticamente la ruta. Durante el proceso de limpieza, es necesario controlar los obstáculos y el rango de limpieza en tiempo real. Recibe automáticamente la carga, y el equipo de carga está conectado a la fuente de alimentación de 220V del hogar para proporcionar energía al robot de limpieza. Según el análisis anterior, los principales equipos de hardware requeridos por el robot de limpieza son la fuente de alimentación, el equipo de carga, el motor, la estructura mecánica, el equipo de detección, etc. El diseño de hardware del robot de barrido es el siguiente.

1. Diseño de fuente de alimentación

Cualquier operación de cualquier robot requiere un suministro continuo de energía, y el sistema de energía es la fuente de energía para el robot de limpieza, que es la garantía básica para el funcionamiento normal de todos los demás componentes de hardware. El modo de trabajo móvil del robot de barrido determina que su sistema de alimentación está alimentado básicamente por baterías recargables. La capacidad de la batería está relacionada positivamente con el tiempo de limpieza y la potencia. El modo de trabajo frecuente del robot de barrido también tiene un gran efecto en la cantidad de carga y descarga de la batería y la vida útil. Altas demandas. Elegir la batería correcta requiere una consideración exhaustiva de factores como el peso, el volumen, la capacidad, la corriente de carga y descarga y el entorno de uso.

En la selección de la batería de los robots móviles, es necesario tener en cuenta el modo de trabajo real y las características del robot, así como las condiciones objetivas como el costo y la vida útil. La batería de hidruro de níquel-metal tiene un bajo costo, el circuito auxiliar de la batería es simple y la contaminación del medio ambiente es baja, pero las desventajas Es fácil producir un efecto de memoria; el mismo problema también existe en las baterías de litio; el volumen de las baterías de plomo-ácido es demasiado grande, lo que es un desperdicio de demasiado volumen para el robot de barrido compacto, que obviamente está fuera de lugar. Las baterías de iones de litio tienen ventajas específicas sobre otros tipos de baterías. La primera es la alta densidad de energía. La batería de alta energía específica de la batería de plomo y ácido es de solo aproximadamente 100 Wh / kg, pero la batería de iones de litio general puede alcanzar 600 Wh / kg. El segundo es su alto voltaje nominal. Una batería de iones de litio de una sola célula puede alcanzar un voltaje de aproximadamente 3.8V, excediendo por mucho los 2V de una batería de hidruro de níquel-metal. Al construir un paquete de baterías de iones de litio, puede cumplir completamente con la fuente de alimentación de múltiples robots robóticos que se ejecutan simultáneamente. suministro. El tercero es que la adaptabilidad de la temperatura es muy fuerte, puede funcionar normalmente entre -20 ℃ y 60 ℃, y la temperatura interior de los hogares comunes es entre 0 ℃ y 40 ℃, lo que cumple con los requisitos; el cuarto es que la batería de iones de litio no contiene metales pesados. Y las sustancias peligrosas, no traerán demasiado daño en el proceso de uso, chatarra y reciclaje. Sin embargo, las baterías de iones de litio tienen sus propios problemas, como propiedades químicas activas y fácil explosión, que requieren especial atención cuando se usan. Las baterías de iones de litio se usan ampliamente en dispositivos electrónicos móviles, como teléfonos móviles, computadoras portátiles y tabletas. Por lo tanto, para combinar las ventajas de las baterías de iones de litio, los robots deben elegir este tipo de batería como fuente de energía. Teniendo en cuenta el contenido de trabajo real y la duración del robot de limpieza, se utilizan 6 baterías de iones de litio de 1.2V 3 000mAh.

2. Equipo de carga para barredora

El dispositivo de carga también se denomina base de carga en el sistema del robot de barrido. Es similar a la pila de carga de un automóvil eléctrico. Debido a que la ubicación del dispositivo de carga es fija, el robot de barrido debe cargarse de un lado a otro cíclicamente. Al igual que la mayoría de los electrodomésticos en el hogar, la base de carga del robot de barrido también utiliza el voltaje de 220 V CA y el estándar actual.El dispositivo de carga puede obtener energía del enchufe de pared ordinario, que es simple y conveniente. La corriente requerida para cargar la batería del robot de barrido es corriente continua de bajo voltaje, por lo que debe seguir los pasos de reducción de voltaje, rectificación y filtrado en el medio.

Si el dispositivo de carga carga directamente la batería sin una conversión de voltaje razonable, es probable que cause un daño irreversible a la batería e incluso provoque peligros como la combustión y la explosión. Este proceso también puede ser reemplazado por un adaptador de corriente que cumpla con las especificaciones. En forma de carga, actualmente se divide en dos formas principales de carga por cable y carga inalámbrica. La carga por cable es similar a la carga de un equipo electrónico ordinario. Cuando el robot de barrido llega a la línea de advertencia de carga, enviará automáticamente una advertencia temprana. Después de que el usuario la encuentre, conéctela al dispositivo de carga a través del cable a tiempo. La ventaja de la carga por cable es que el dispositivo es relativamente simple, el costo es bajo, el impacto en la vida útil de la batería es pequeño y la desventaja es que la operación es complicada. La carga inalámbrica es un modo de carga popular que solo ha sido popular en los últimos años. El robot de limpieza puede volver a una base de carga fija por sí mismo. Después de que la base de carga detecta el robot, puede cargarlo por inducción. Después de completar la carga, el robot abandona la base de carga y continúa trabajando. . En comparación con la carga por cable, la carga inalámbrica es más conveniente e inteligente, pero también tiene las características de baja eficiencia de carga y la rápida caída de la vida útil de la batería. En resumen, para construir un sistema de robot de barrido más inteligente y conveniente y realizar plenamente las características de su funcionamiento autónomo, la mejor opción es el modo de carga inalámbrica.

3. Motor de accionamiento

La razón por la cual el robot de barrido puede caminar libremente en el interior es que la energía mecánica proviene de la conversión de energía eléctrica por el motor. El motor es el dispositivo de salida directa del sistema de control. El eje de salida está conectado directamente al equipo de transmisión de movimiento del robot. La energía mecánica generada por la rotación del motor acciona el actuador del robot. Al ajustar la velocidad, el robot también puede completar una serie de movimientos operados por humanos. En términos de selección del motor, el motor de CA tiene una estructura simple y un precio bajo, pero su precisión de control es baja, y es difícil lograr condiciones de trabajo de alta precisión y baja velocidad del robot de barrido, y tiene la desventaja de autodirección bajo ciertas circunstancias; motores de CC ordinarios Puede superar las deficiencias de la autobiografía y tiene una buena garantía de estabilidad, pero existe el problema de la fricción del cepillo, que no es adecuado para robots de barrido de larga duración; los motores paso a paso pueden completar movimientos precisos, pero su par y carga son pequeños, por lo que son grandes La mayoría de ellos se usan en el instrumento; el motor de CC sin escobillas tiene un volumen y una masa pequeños, tiene un buen rango de velocidad, linealidad, costo de reemplazo de vida y mantenimiento, y tiene poco ruido durante la operación, no hay desventaja del cepillo, después de agregar un imán permanente, Su rendimiento se ha mejorado aún más. En combinación con los requisitos del robot de barrido para el tamaño del motor y el entorno silencioso del hogar, la mejor opción para el motor es un motor síncrono de CC de imán permanente sin escobillas.

4. Actuador del robot de barrido

Como se señaló anteriormente, el eje de salida del motor acciona directamente el actuador para completar la acción. El actuador es el dispositivo que barre el robot y la fuerza externa. Es una parte clave que determina la precisión, flexibilidad y estabilidad de todo el sistema. Para los robots de barrido, hay tres tipos de actuadores que pueden seleccionarse: pata-pie, oruga y rueda. El robot pata-pie imita el modo de caminar de las arañas, y todavía está en la etapa experimental, y la velocidad de caminata es muy lenta, lo que no es adecuado para uso doméstico; los robots de oruga son más maduros, pero se usan principalmente en terrenos fangosos, arenosos y otros terrenos irregulares La velocidad de conducción también es lenta. Teniendo en cuenta el entorno liso de la superficie de la carretera para el trabajo en interiores, lo más adecuado es un dispositivo de tracción simple. Este actuador está compuesto por varios discos de rueda. El método de control es simple, la tasa de utilización de energía es alta, el radio de giro es pequeño y la velocidad de respuesta es rápida. El número y el tipo de ruedas también afectarán el modo de conducción del robot. Combinado con los requisitos del rango de movimiento y la velocidad de conducción, el modo de cuatro ruedas es el más adecuado para trabajos de limpieza en interiores, y también es propicio para la realización conveniente de la planificación posterior de la trayectoria.

5. Sensor

Cuando se trabaja en interiores, los robots de barrido son inseparables de varios sensores, que son equivalentes a varios órganos sensoriales de robots, similares a los rasgos faciales humanos. Los robots de barrido necesitan juzgar su posición durante el trabajo, medir la distancia, la velocidad, la aceleración, la postura, etc., detectar obstáculos a su alrededor y, a veces, necesitan obtener información como la temperatura ambiente y la humedad. Los siguientes sensores son necesarios para los robots de barrido.

1) Acelerómetro y giroscopio. El acelerómetro y el giroscopio son los dispositivos para medir el desplazamiento y el ángulo del robot. El acelerómetro mide la aceleración del robot, y el giroscopio mide la aceleración angular. El desplazamiento y el desplazamiento angular del robot se pueden obtener mediante integración cuadrática. Posicionamiento preciso.

2) Sensor ultrasónico. Los sensores ultrasónicos son un tipo de sensores ampliamente utilizados, utilizados principalmente para detectar obstáculos y medir. El transmisor ultrasónico ubicado en el extremo frontal puede enviar y recibir ondas ultrasónicas.

3) Sensor de proximidad infrarrojo. Literalmente, este tipo de sensor genera una señal específica cuando se acerca a un obstáculo. Después de que la señal infrarroja emitida rebota cuando encuentra un obstáculo, si el tiempo y la intensidad de la luz cumplen los requisitos establecidos de antemano en este momento, se juzga que se encuentra el frente. Cuando se alcanza un obstáculo, esta información se envía a la agencia de control para que el robot pueda evitar los obstáculos a tiempo.

Además de los sensores anteriores, también hay sensores importantes como telémetros láser, telémetros de radar, odómetros, sensores de visión, sensores de temperatura / humedad, etc.

En resumen, con la mejora continua de los ingresos disponibles de los residentes, los robots de barrido domésticos se han convertido en un importante electrodoméstico inteligente que la mayoría de las familias han comprado o están considerando comprar. Muchas compañías de electrodomésticos también se han centrado en desarrollar robots autónomos de barrido, tratando de compartir esto. Un gran mercado La selección y el diseño del hardware del robot de barrido es extremadamente crítico, lo que afecta directamente el modo de trabajo y el efecto del robot. Un diseño razonable de la estructura del hardware puede mejorar el rendimiento de limpieza del robot. Explorar un sistema de hardware más liviano, eficiente, que ahorre energía y de larga vida es el futuro. Dirección de desarrollo.

4. Problemas a resolver en el programa de robot de barrido

Aunque las ventajas de la aplicación del robot de barrido inteligente son obvias, resuelve eficazmente la carga de limpieza del usuario. Sin embargo, por ahora, hay ciertos problemas en el proceso de aplicación del robot de barrido inteligente.

(1) El área de barrido del robot de barrido inteligente no es lo suficientemente completa. En la actualidad, todos los robots de barrido inteligentes se han configurado para tener una función de limpieza de área específica. Esta es la tecnología de sensores infrarrojos mencionada anteriormente. El costo de aplicación de esta tecnología es bajo, pero los defectos son obvios durante la aplicación de la tecnología. Durante el uso del robot, su puerto de divergencia específico emitirá rayos y durante el movimiento, cuando los rayos golpeen algunos objetos oscuros, se enviarán de vuelta al microordenador dentro del sistema. Después de eso, se formará una cierta memoria en el panel de memoria del robot, y elegirá girar para limpiar otras áreas. Sin embargo, en lo que respecta a la vida familiar real, la colocación de muchos objetos puede parecer desordenada, y el color de los muebles es diferente, y la forma de los objetos interiores es diferente, y los rayos infrarrojos son difíciles de reflejar de manera científica y razonable. De esta forma, el área de limpieza del robot puede agruparse y algunas áreas serán difíciles de limpiar.

(2) El robot inteligente tendrá un cierto efecto destructivo en objetos irregulares y cilíndricos. En el proceso de limpieza real, el robot de barrido inteligente evita automáticamente cuando encuentra un obstáculo. El trabajo de evitación se puede dividir en dos partes: evitación completa y evitación de amortiguación. Si el robot de barrido inteligente utiliza tecnología biónica ultrasónica, puede evitar efectivamente varios obstáculos. Sin embargo, como se mencionó en la discusión anterior, el costo de la aplicación de la tecnología ultrasónica biónica no es alto y el rango general de la aplicación no es lo suficientemente amplio. Por lo tanto, la mayoría de los robots de barrido que se usan actualmente en los hogares usan tecnología infrarroja, que se limita a varios obstáculos sólidos e irregulares; para esos objetos no sólidos, como varios objetos irregulares, la identificación del sistema es relativamente difícil. Por lo tanto, es fácil para el robot de barrido golpear la esquina de la mesa durante su trabajo, causando algún daño.

(3) El robot de barrido inteligente no es lo suficientemente fuerte como para limpiar varias partículas grandes. La capacidad de succión del robot de barrido inteligente es relativamente fuerte y puede limpiar eficazmente todo tipo de polvo ordinario. Sin embargo, el robot tiene ciertas limitaciones, el diámetro de succión es relativamente pequeño y el pelo del cepillo del robot de barrido también es espiral. De esta manera, algunas partículas grandes son difíciles de inhalar, lo que afectará la limpieza de la limpieza.