Thiết kế và phát triển chương trình robot quét

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, nhiều loại thiết bị mới tiếp tục xuất hiện và robot quét cũng đã xuất hiện. Ban đầu, robot quét thông minh được sử dụng rộng rãi ở các nước châu Âu và châu Mỹ. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của nền kinh tế, phạm vi sử dụng robot quét thông minh ở Trung Quốc cũng được mở rộng. Cái gọi là robot quét thông minh cũng có thể được gọi là máy quét tự động, máy hút bụi thông minh, máy hút bụi robot, v.v., đây cũng là một phần quan trọng của các thiết bị gia dụng thông minh hiện nay. Nó chủ yếu sử dụng trí thông minh nhân tạo để tự động làm sạch sàn trong phòng. Robot quét thông minh chủ yếu áp dụng hình thức quét bàn chải và hút bụi, và trước tiên, đặt các vật lặt vặt trên mặt đất vào hộp lưu trữ rác thông qua lực hút của máy để làm sạch mặt đất.

1. Chức năng và loại robot quét

Cơ thể của robot quét thông minh là một cỗ máy không dây, có hình đĩa. Sử dụng pin riêng, robot quét thông minh có thể được điều khiển bằng điều khiển từ xa hoặc bảng điều khiển. Người dùng có thể lên lịch làm sạch trước khi sử dụng. Phần trước của robot quét thông minh được trang bị cảm biến, có thể phát hiện nhanh chóng và chính xác các chướng ngại vật phía trước. Dòng robot quét thông minh đã được nhà sản xuất đặt ra và nó có thể tự quay khi gặp chướng ngại vật và thực hiện công việc vệ sinh trong nhà theo kế hoạch.

Cho đến nay, robot quét thông minh chủ yếu thuộc các loại sau: Robot quét hút đơn. Robot quét này có thể đối phó hiệu quả với bụi trôi nổi trên mặt đất, nhưng đối với những bụi bị hấp phụ tĩnh điện, hiệu quả làm sạch là không tốt. Robot quét rác với bàn chải giữa. Loại robot này có thể loại bỏ các hạt lớn một cách hiệu quả, và hiệu quả của việc loại bỏ chăn cũng tốt, nhưng nó không lý tưởng để xử lý bụi đất. Việc làm sạch loại robot này hầu hết được thực hiện bằng bàn chải keo và bàn chải. Hệ thống làm sạch bàn chải V nâng, hệ thống này có thể phù hợp hơn với mặt đất, để thu thập bụi hấp thụ bởi tĩnh điện. Tất nhiên, hiệu suất càng tốt, giá càng cao.

Thứ hai, nguyên lý kỹ thuật của chương trình robot quét thông minh

Lý do tại sao robot quét thông minh gia đình có thể hoạt động thuận tiện như sau: robot thông minh sử dụng nguyên lý cảm biến hồng ngoại để điều khiển hướng. Tất nhiên, một số robot cấp thấp cũng sử dụng công nghệ siêu âm bionic. So sánh, chi phí của công nghệ cảm biến hồng ngoại thấp hơn, nhưng ứng dụng của công nghệ này có yêu cầu môi trường cao hơn. Nói cách khác, phản hồi của công nghệ này trên các vật thể sáng màu đó không đủ linh hoạt. Trong quá trình sử dụng lâu dài, các tia hồng ngoại của robot cũng sẽ có tác động nhất định đến đồ nội thất trong nhà và đồ nội thất có thể bị mất đi. Công nghệ siêu âm bionic không có những vấn đề này. Độ nhạy của công nghệ này tương đối cao, có thể phát hiện vị trí một cách hiệu quả. Tuy nhiên, chi phí ứng dụng cao của công nghệ này cũng khiến giá của robot làm sạch cao, rất khó lưu hành trên thị trường trên quy mô lớn. .

Nói chung, robot quét thông minh được điều khiển bởi một máy vi tính. Có ba bàn chải quét dưới đáy của robot quét, chủ yếu làm sạch nhà bằng cách lăn khu vực. Nói chung, cơ thể của robot làm sạch tương đối nhỏ, vì vậy nó có thể linh hoạt đi qua các khu vực khác nhau, bao gồm cả những khu vực khó làm sạch dưới giường và dưới ghế sofa. Robot quét cũng có chức năng thông minh tránh chướng ngại vật. Khi xảy ra va chạm, robot quét có thể tạo bộ nhớ, từ đó hình thành một khu vực bản đồ trong nhà. Trong quá trình làm sạch tiếp theo, robot quét có thể nhớ theo bản đồ trước để ngăn va chạm khác.

Trong tình hình mới, robot quét thông minh đã vào các gia đình bình thường. Robot quét thông minh không chỉ có thể nhận ra điều khiển bằng giọng nói mà còn nhận ra điều khiển hồng ngoại từ xa, mang đến cho người dùng trải nghiệm làm sạch thân thiện hơn với người dùng.

3. Ý tưởng thiết kế chương trình robot quét

Robot làm sạch có thể được chia thành hai phần làm việc: làm sạch và sạc theo nội dung của nhiệm vụ đã hoàn thành, vì vậy theo ý tưởng thiết kế phần cứng, cần có hai phần cứng: thân robot di động với thiết bị làm sạch và thiết bị sạc. Trước khi thực hiện nhiệm vụ vệ sinh trong nhà, robot cần xác định tình trạng chung của môi trường trong nhà thông qua cảm biến và tự động lập kế hoạch đường đi. Trong quá trình vệ sinh, cần theo dõi các chướng ngại vật và phạm vi làm sạch trong thời gian thực. Khi điện năng thấp hơn giá trị cài đặt, nó cần phải tự quay về thiết bị sạc. Tự động nhận sạc và thiết bị sạc được kết nối với nguồn điện 220 V của nhà để cung cấp năng lượng cho robot làm sạch. Theo phân tích trên, các thiết bị phần cứng chính mà robot làm sạch yêu cầu là nguồn điện, thiết bị sạc, động cơ, cấu trúc cơ khí, thiết bị cảm biến, v.v. Thiết kế phần cứng của robot quét như sau.

1. Thiết kế cung cấp điện

Bất kỳ hoạt động nào của robot đều cần nguồn cung cấp năng lượng liên tục và hệ thống năng lượng là nguồn năng lượng cho robot làm sạch, đây là sự đảm bảo cơ bản cho hoạt động bình thường của tất cả các thành phần phần cứng khác. Chế độ làm việc di động của robot quét xác định rằng hệ thống năng lượng của nó cơ bản được cung cấp năng lượng từ pin sạc. Dung lượng của pin có liên quan tích cực đến thời gian làm sạch và năng lượng. Chế độ làm việc thường xuyên của robot quét cũng có ảnh hưởng lớn đến số lần sạc và xả pin và tuổi thọ của pin. Nhu cầu cao. Chọn pin phù hợp đòi hỏi phải xem xét toàn diện các yếu tố như trọng lượng, thể tích, công suất, dòng sạc và dòng xả, và môi trường sử dụng.

Trong việc lựa chọn pin của robot di động, cần xem xét chế độ làm việc thực tế và đặc điểm của robot, cũng như các điều kiện khách quan như giá thành và tuổi thọ. Pin hydride kim loại niken có chi phí thấp, mạch phụ trợ pin đơn giản và ô nhiễm môi trường thấp, nhưng nhược điểm Rất dễ tạo ra hiệu ứng bộ nhớ, vấn đề tương tự cũng tồn tại ở pin lithium, khối lượng pin chì-axit quá lớn, gây lãng phí quá nhiều âm lượng cho robot quét nhỏ gọn, rõ ràng là không phù hợp. Pin lithium-ion có lợi thế cụ thể so với các loại pin khác. Đầu tiên là mật độ năng lượng cao. Pin năng lượng riêng cao của pin axit chì chỉ khoảng 100Wh / kg, nhưng pin lithium ion thông thường có thể đạt tới 600Wh / kg. Thứ hai là điện áp được đánh giá cao. Pin lithium-ion đơn bào có thể đạt điện áp khoảng 3,8V, vượt xa mức 2V của pin hydride kim loại niken. Bằng cách chế tạo một bộ pin lithium-ion, nó có thể đáp ứng đầy đủ nguồn cung cấp năng lượng cho nhiều robot quét robot chạy cùng lúc cung cấp. Thứ ba là khả năng thích ứng nhiệt độ rất mạnh, nó có thể hoạt động bình thường trong khoảng từ -20oC đến 60oC và nhiệt độ trong nhà của các hộ gia đình bình thường là từ 0oC đến 40oC, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu, thứ tư là pin lithium-ion không chứa kim loại nặng Và các chất độc hại, sẽ không mang lại quá nhiều tác hại trong quá trình sử dụng, phế liệu và tái chế. Tuy nhiên, pin lithium-ion có vấn đề riêng của họ, chẳng hạn như tính chất hóa học hoạt động và dễ nổ, đòi hỏi sự chú ý đặc biệt khi sử dụng. Pin lithium-ion được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử di động, như điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng. Do đó, để kết hợp những lợi thế của pin lithium-ion, robot nên chọn loại pin này làm nguồn năng lượng. Có tính đến nội dung công việc thực tế và thời lượng của robot làm sạch, 6 pin lithium ion 1,2V 3 000mAh được sử dụng.

2. Thiết bị sạc cho máy quét

Thiết bị sạc còn được gọi là đế sạc trong hệ thống của robot quét. Nó tương tự như cọc sạc của xe điện. Vì vị trí của thiết bị sạc được cố định, nên robot quét phải được sạc qua lại theo chu kỳ. Tương tự như hầu hết các thiết bị gia dụng trong gia đình, đế sạc robot quét cũng sử dụng điện áp xoay chiều 220 V và tiêu chuẩn hiện tại. Thiết bị sạc có thể lấy nguồn điện từ phích cắm tường thông thường, rất đơn giản và thuận tiện. Dòng điện cần thiết để sạc pin cho robot quét là dòng điện trực tiếp điện áp thấp, do đó, nó phải trải qua các bước giảm điện áp, chỉnh lưu và lọc ở giữa.

Nếu thiết bị sạc trực tiếp sạc pin mà không có chuyển đổi điện áp hợp lý, nó có khả năng gây ra thiệt hại không thể khắc phục cho pin, và thậm chí dẫn đến các nguy hiểm như cháy và nổ. Quá trình này cũng có thể được thay thế bằng một bộ chuyển đổi nguồn tuân thủ các thông số kỹ thuật. Ở dạng sạc, hiện tại nó được chia thành hai dạng chính là sạc có dây và sạc không dây. Sạc có dây tương tự như sạc của thiết bị điện tử thông thường. Khi robot quét đến đường cảnh báo sạc, nó sẽ tự động gửi cảnh báo sớm. Sau khi người dùng tìm thấy, hãy kết nối thiết bị với thiết bị sạc qua cáp kịp thời. Ưu điểm của sạc có dây là thiết bị tương đối đơn giản, chi phí thấp, ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin nhỏ và nhược điểm là hoạt động phức tạp. Sạc không dây là chế độ sạc phổ biến chỉ mới trở nên phổ biến trong những năm gần đây. Robot quét có thể tự quay trở lại đế sạc cố định. Sau khi đế sạc phát hiện robot, nó có thể sạc bằng cảm ứng. Sau khi sạc xong, robot rời khỏi đế sạc và tiếp tục hoạt động. . So với sạc có dây, sạc không dây thuận tiện và thông minh hơn, nhưng nó cũng có các đặc tính là hiệu quả sạc thấp và giảm tuổi thọ pin nhanh. Tóm lại, để xây dựng một hệ thống robot quét thông minh và tiện lợi hơn và nhận thức đầy đủ các đặc điểm của hoạt động tự trị của nó, sự lựa chọn tốt nhất là chế độ sạc không dây.

3. Lái xe máy

Lý do tại sao robot quét có thể đi lại tự do trong nhà là năng lượng cơ học đến từ sự chuyển đổi năng lượng điện của động cơ. Động cơ là thiết bị đầu ra trực tiếp của hệ thống điều khiển. Trục đầu ra được kết nối trực tiếp với thiết bị truyền động của robot. Bằng cách điều chỉnh tốc độ, robot cũng có thể hoàn thành một loạt các chuyển động do con người điều khiển. Về mặt lựa chọn động cơ, động cơ điện xoay chiều có cấu trúc đơn giản và giá thành thấp, nhưng độ chính xác điều khiển của nó thấp và khó đạt được điều kiện làm việc chính xác và tốc độ thấp của robot quét và nó có nhược điểm là tự lái trong một số trường hợp nhất định; Nó có thể khắc phục những thiếu sót của tự truyện và đảm bảo sự ổn định tốt, nhưng có vấn đề về ma sát bàn chải, không phù hợp với robot quét đời dài, động cơ bước có thể hoàn thành các chuyển động chính xác, nhưng mô-men xoắn và tải của chúng nhỏ, vì vậy chúng lớn Hầu hết chúng được sử dụng trong thiết bị, động cơ DC không chổi than có khối lượng và khối lượng nhỏ, phạm vi tốc độ tốt, tuyến tính, tuổi thọ và chi phí thay thế bảo trì và có tiếng ồn thấp trong quá trình vận hành, không có bất lợi nào của bàn chải, sau khi thêm nam châm vĩnh cửu, Hiệu suất của nó đã được cải thiện hơn nữa. Kết hợp với các yêu cầu của robot quét cho kích thước của động cơ và môi trường yên tĩnh trong nhà, sự lựa chọn tốt nhất cho động cơ là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu DC không chổi than.

4. Thiết bị truyền động của robot quét

Như đã chỉ ra trước đó, trục đầu ra của động cơ trực tiếp điều khiển bộ truyền động để hoàn thành hành động. Bộ chấp hành là thiết bị quét robot và ngoại lực. Đây là bộ phận chính quyết định độ chính xác, linh hoạt và ổn định của toàn bộ hệ thống. Để quét robot, có ba loại thiết bị truyền động có thể được chọn: chân-chân, bánh xích và bánh xe. Robot chân-chân bắt chước chế độ đi bộ của nhện, và nó vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, và tốc độ đi bộ rất chậm, không phù hợp để sử dụng tại nhà, robot bánh xích trưởng thành hơn, nhưng chúng chủ yếu được sử dụng trong bùn, cát và mặt đất không bằng phẳng khác. Tốc độ lái xe cũng chậm. Xem xét môi trường mặt đường trơn tru cho công việc trong nhà, một thiết bị truyền động bánh xe đơn giản là phù hợp nhất. Thiết bị truyền động này bao gồm nhiều đĩa bánh xe. Phương pháp điều khiển đơn giản, tốc độ sử dụng năng lượng cao, bán kính quay vòng nhỏ và tốc độ phản hồi nhanh. Số lượng và loại bánh xe cũng sẽ ảnh hưởng đến chế độ lái của robot. Kết hợp với các yêu cầu về phạm vi di chuyển và tốc độ lái xe, chế độ bốn bánh phù hợp nhất cho công việc vệ sinh trong nhà, và nó cũng thuận lợi cho việc thực hiện quy hoạch quỹ đạo sau này.

5. Cảm biến

Khi làm việc trong nhà, robot quét không thể tách rời khỏi các cảm biến khác nhau. Các cảm biến tương đương với các cơ quan cảm giác khác nhau của robot, tương tự như các đặc điểm trên khuôn mặt của con người. Robot quét cần đánh giá vị trí của chúng trong quá trình làm việc, đo khoảng cách, tốc độ, gia tốc, tư thế, v.v., phát hiện chướng ngại vật xung quanh và đôi khi cần lấy thông tin như nhiệt độ và độ ẩm môi trường.

1) Gia tốc kế và con quay hồi chuyển. Gia tốc kế và con quay hồi chuyển là các thiết bị để đo chuyển vị và góc của robot. Gia tốc kế đo gia tốc của robot, và con quay hồi chuyển đo gia tốc góc. Sự dịch chuyển và dịch chuyển góc của robot có thể thu được bằng cách tích hợp bậc hai. Định vị chính xác.

2) Cảm biến siêu âm. Cảm biến siêu âm là một loại cảm biến được sử dụng rộng rãi, chủ yếu được sử dụng để phát hiện chướng ngại vật và phạm vi. Máy phát siêu âm đặt ở đầu trước có thể gửi và nhận sóng siêu âm.

3) Cảm biến tiệm cận hồng ngoại. Theo nghĩa đen, loại cảm biến này tạo ra tín hiệu cụ thể khi đến gần chướng ngại vật. Sau khi tín hiệu hồng ngoại phát ra bị dội ngược lại khi gặp chướng ngại vật, nếu thời gian và cường độ ánh sáng đáp ứng các yêu cầu đặt ra trước đó, thì nó sẽ được đánh giá. Khi đạt được chướng ngại vật, thông tin này được gửi đến cơ quan kiểm soát để robot có thể tránh chướng ngại vật kịp thời.

Ngoài các cảm biến trên, còn có các cảm biến quan trọng như máy đo khoảng cách laser, máy đo khoảng cách radar, máy đo đường, cảm biến tầm nhìn, cảm biến nhiệt độ / độ ẩm, v.v.

Tóm lại, với sự cải thiện liên tục thu nhập khả dụng của người dân, robot quét nhà đã trở thành một thiết bị nhà thông minh quan trọng mà hầu hết các gia đình đã mua hoặc đang cân nhắc mua. Nhiều công ty thiết bị gia dụng cũng tập trung vào phát triển robot quét tự trị, cố gắng chia sẻ điều này. Một thị trường khổng lồ. Việc lựa chọn và thiết kế phần cứng của robot quét là vô cùng quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ làm việc và hiệu quả của robot. Thiết kế hợp lý của cấu trúc phần cứng có thể cải thiện hiệu suất làm sạch của robot. Khám phá hệ thống phần cứng nhẹ, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và lâu dài hơn là tương lai. Hướng phát triển.

4. Các vấn đề cần giải quyết trong chương trình robot quét

Mặc dù những lợi thế ứng dụng của robot quét thông minh là rõ ràng, nhưng nó giải quyết hiệu quả gánh nặng làm sạch của người dùng. Tuy nhiên, hiện tại, có một số vấn đề nhất định trong quá trình ứng dụng của robot quét thông minh.

(1) Khu vực quét của robot quét thông minh không đủ toàn diện. Hiện tại, tất cả các robot quét thông minh đã được thiết lập để có chức năng làm sạch khu vực cụ thể. Đây là công nghệ cảm biến hồng ngoại được đề cập ở trên. Chi phí ứng dụng của công nghệ này thấp, nhưng các khiếm khuyết là rõ ràng trong quá trình ứng dụng công nghệ. Trong quá trình sử dụng robot, cổng phân kỳ cụ thể của nó sẽ phát ra các tia. Trong quá trình di chuyển, khi các tia chạm vào một số vật thể tối, chúng sẽ được đưa trở lại máy vi tính bên trong hệ thống. Sau đó, một bộ nhớ nhất định sẽ được hình thành trên bảng nhớ của robot và nó sẽ chọn chuyển sang làm sạch các khu vực khác. Tuy nhiên, theo như cuộc sống gia đình thực tế, vị trí của nhiều đồ vật có thể trông lộn xộn, và màu sắc của đồ nội thất khác nhau, và hình dạng của các vật thể trong nhà là khác nhau, và các tia hồng ngoại rất khó phản xạ lại một cách khoa học và hợp lý. Bằng cách này, khu vực làm sạch của robot có thể được nhóm lại với nhau và một số khu vực sẽ khó làm sạch.

(2) Robot thông minh sẽ có tác động phá hủy nhất định đối với các vật thể không đều và hình trụ. Trong quá trình làm sạch thực tế, robot quét thông minh sẽ tự động tránh khi gặp chướng ngại vật. Công việc tránh né có thể được chia thành hai phần: tránh hoàn toàn và tránh đệm. Nếu robot quét thông minh sử dụng công nghệ siêu âm bionic, nó có thể tránh được các chướng ngại vật khác nhau một cách hiệu quả. Tuy nhiên, như đã đề cập trong các cuộc thảo luận trước đây, chi phí ứng dụng của công nghệ siêu âm bionic không cao, và phạm vi ứng dụng tổng thể không đủ rộng. Do đó, hầu hết các robot quét hiện đang được sử dụng trong gia đình đều sử dụng công nghệ hồng ngoại, giới hạn ở các chướng ngại vật rắn và không đều khác nhau, đối với các vật thể không rắn này, chẳng hạn như các vật thể không đều khác nhau, việc xác định hệ thống tương đối khó khăn. Do đó, rất dễ để robot quét vào góc bàn trong quá trình làm việc, gây ra một số thiệt hại.

(3) Robot quét thông minh không đủ mạnh để làm sạch các hạt lớn khác nhau. Khả năng hút của robot quét thông minh tương đối mạnh, và nó có thể làm sạch hiệu quả tất cả các loại bụi thông thường. Tuy nhiên, robot có một số hạn chế nhất định, đường kính hút tương đối nhỏ và lông bàn chải của robot quét cũng có hình xoắn ốc. Bằng cách này, một số hạt lớn khó hít vào, sẽ ảnh hưởng đến sự sạch sẽ của việc làm sạch.