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吸尘机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有机地融合起来,实现室内环境(地面)的半自动或全自动清洁,替代传统繁重的人工清洁工作,近年来已受到国内外的研究重视。作为智能移动机器人的一个特殊应用,从技术层面上讲,智能化自主式吸尘器比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术,具有较强的代表性。从市场前景角度讲,自主吸尘器将大大降低劳动强度、提高劳动效率,适用于家庭和公共场馆的室内清洁。因此开发自主智能吸尘器既具有科研上的挑战性,又具有广阔的市场前景。 文中首先以移动机器人为例,对一个含有障碍物的房间进行环境建模,在此环境模型上,提出具有一定优化能力的全覆盖路径规划的设计目标,从算法设计到计算机仿真进行了相关研究。在回顾并总结国内外移动机器人全覆盖路径规划研究成果的基础上,本文提出了一种面向实用型的具有一定优化能力的全覆盖路径规划算法,并对该算法进行了计算机仿真。用Visual C++编写的程序运行结果以图形动画的形式表明了该算法的可行性和有效性。 在算法仿真实现的基础上,设计研制了智能吸尘器测控系统实验模型,该模型采用左右两轮步进电机独立驱动,前后两轮万向随动;采用红外传感器阵列探测障碍物和吸尘器导航定位,以实现无碰撞探测障碍物;使用碰撞传感器配合红外线传感器的使用,用于吸尘器和障碍物碰撞后的避障;利用霍尔传感器检测安装在墙壁上的磁铁,用于把障碍物和墙壁做出区分,从而识别出墙壁;系统采用主从式多级单片机控制结构实现测量与控制。根据环境模型对吸尘机器人的测控要求,对实验模型的测控系统进行相应的研究和设计,基本达到设计要求。 本文是对智能吸尘机器人的基础性研究,所作研究仅仅是该领域的一个开始和入门,内容主要涉及吸尘机器人的传感器系统、控制系统和运动规划等几个问题。在第三章,介绍了全覆盖算法以及仿真实现;在第二、四章,介绍了吸尘机器人的整体结构方案和测控系统的设计,重点讨论了移动结构的实现、驱动系统设计、控制系统的组成以及动态路径规划等方面所采用的技术方案。