项目详情：
1．国内外研究概况
目前，在一些发达国家，对办公室,工厂,车站,机场,等场合的清扫已开始采取清洁机器人来工作。随着科学技术的进步和社会的发展，人们希望更多地从繁忙的日常事务中解脱出来，这就使得清洁机器人是未来科技发展的一个重要方向。现在清洁机器人（如图1-1，1-2）大部分为户内清洁，仅限于吸附尘埃，对户外工作无能为力。
图1-1 图1-2
对于当今日益繁华的社会，人们对生活质量的要求越来越高，旅游业的高速发展，旅游人数的增加导致景区的环境被破坏，景区垃圾成堆，普通清洁机器人在人员较多的旅游景点使用价值几乎为零，为弥补普通清洁机器人的不足，设计此款机器人（如图1-3所示）。在满足清洁工作的需要的同时提高其观赏价值，以适应旅游业的高速发展。
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图1-3
2设计灵感及设计目的
2.1设计灵感：
本款产品的设计灵感来自于《机器人总动员》。《机器人总动员》是2008年一部由安德鲁ⷦ𝦩ῧＧ瑥ꨧ¥釧娧𐃧娦迧🇵.3亿美元，曾获得第81届奥斯卡最佳动画长片奖。地球上的最后一个机器人，用于收集和压缩地球上的垃圾。瓦力是一款太阳能机器人，双眼之间装有激光切割仪。当出现故障时，他会从其他报废机器人身上获取替换零件。当感知到危险时，比如猛烈撞击时机体就会缩成一个正方体。所以本款产品产自电影中的虚拟物体，保留了其设计理念和基本外观，但在内部的机械结构完全来自于现实生活的可实现的高效的构思想法。
2.2设计目的：
家用清洁机器人虽然现在已经实现，但比较中规中矩，局限性较大。人为操控因素太多，机体过于古板。对于当今日益繁华的社会，人们对生活质量的要求越来越高，旅游业的高速发展，普通清洁机器人在人员较多的旅游景点使用价值几乎为零，随着社会经济的发展，人们生活水平的提高，人们对生活质量要求越来越高，旅游业高速发展，但景区的环境遭到破坏，对于景区（中央公园等漏天野外场所），尤其是节假日期间，游客的流量非常大，对其游赏场所带来大量垃圾，污染环境与加大工作人员的工作量，尤其是在具有一定危险系数的山区景点（如图2-1，2-2），为弥补普通清洁机器人的不足，设计此款机器人。在满足清洁工作的需要的同时提高其观赏价值，以适应旅游业的高速发展。
图2-1
图2-2
3．机械结构设计
3.1头部结构
头部结构（如图3-1）主要包括眼睛和脖子两大部分。其中眼睛通过连接轴与脖子相连，采用高像素摄像头和人脸识别系统，定位工作场景内的工作目标，通过编码程序将易拉罐，塑料袋等图像编入识别，且能够对非垃圾物品自动躲避。
图3-1
脖子处（如图3-2）采用五连杆机构，每个机构之间利用转动副连接，步进电动机驱动，将步进电动机与编码器集成，使其能够精确地向左右两方向各进行0-180度的旋转和前后进行移动观察。
图3-2
3.2身体结构
身体结构（如图3-3，3-4）主要包括太阳板，前、后挡板，超声波传感器，电源显示器，LED灯，控制系统和蓄电池等装置。身体内部嵌入左右两块内挡板，将身体内部划分为工作区与系统放置区，内挡板前后两侧设有沟槽，与前、后挡板槽口配合控制前、后挡板的开启与关闭。身体前部设有电源显示器，在电量不足或充满时，通过内置传感器反馈电路进行自动充电与断电。在身体四周设有LED灯与太阳板装置，通过对太阳能与电能的转换，增强其续航能力，LED灯装置的目的主要为是光线不足时提醒行人其存在性，并增加了其夜晚的观赏价值。身体工作区上方设有接触开关，当垃圾容量设定值，接触到接触开关时前挡板开启进行清理工作区垃圾。身体底部设有控制系统与可移动芯片，控制系统相当于人的大脑，对整个机器人装置进行控制，可移动芯片主要用于对其跟踪定位，以便于工作维修人员及时更好地发现其位置。
图3-3
图3-4
3.3手臂结构
手臂结构（如图3-5）模拟人的手臂，分为两个关节，为四连杆机构，包括箱臂连接轴，手臂旋转轴，手臂伸缩轴与手指等结构。箱臂连接轴与身体部位利用滑槽配合，使其沿“身体”两侧的滑槽前后移动，在手臂始端设有手臂旋转轴，使手臂可以近270度的旋转，手臂伸缩轴可以使手臂长短收缩，以适应不同距离与高度的工作位置。手掌部分有三根手指，能够更稳的夹取目标。
图3-5
3.4腿部结构
腿部结构（如图3-6）采用不同于一般的清洁机器的轮式结构，本产品腿部驱动部分采用双驱动履带，通过机器人的双驱动履带保持它的重心，达到一种动态平衡。机器人装备了测速仪和陀螺仪，以监控身体移动，并探测身体是否失去平衡。由单片机控制的电动机能够随机调整下肢动作，防止它跌倒。双驱动履带可以自由调整各种角度，具有较强的越障能力，使其更好地适应不同地形和在同一地形内的不同高度的工作环境。
图3-6
4.控制系统设计
系统电路采用12V聚合物电池组供电，以STC89c52单片机为控制芯片，头部设有高清摄像机，头部与手臂结构由步进电机与机械结构协调作用实现，腿部结构采用直流电机与机械结构协调作用实现。选用L298N驱动模块驱动各部位电机，对电机的速度、位置、运行状况的实时测量，并将测量数据传送至单片机进行处理，然后由单片机根据所检测的各种数据实现对机器人各部分的智能控制。
4.1电池选取
图4-1
12V聚合物电池(如图4-1）是电子产品中比较常用的锂电池。具有重量轻、容量大、无记忆效应、安全性能高优点。单节标称电压一般为：3.7V，充电电压一般为：4.20V-4.3V/4.35V，最小放电终止电压一般为：2.75V。在不同环境下放电性能相对稳定，可靠性高。其放电曲线如图4-2所示。
图4-2
4.2 STC89c52单片机
89C52（如图4-3）是51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统。
89C52内置8位中央处理单元、512字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能，完全可以满足本产品的控制要求。
图4-3
4.3 L298N驱动模块
L298N（如图4-4所示）是一种双H桥电机驱动芯片，其中每个H桥可以提供2A的电流，功率部分的供电电压范围是2.5-48v，逻辑部分5v供电，接受5vTTL电平,模块使用大容量滤波电容，续流保护二极管，可以提高可靠性。
图4-4
4.4 步进电机
步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。
采用计算机软件利用查表或计算方法来进行脉冲的环行分配，简称软件法，下表是三相六拍分配状态，电机正向运转通电顺序是：A、AB、B、BC、C、CA、Aⷂ𗂷那么通电代码就是01H、03H、02H、06H、04H、05H、01Hⷂ𗂷通过软件顺序依次在数据表中提取数据并通过输出接口输出即可。通过控制时间间隔即可控制电机转速。软件法的优点是控制灵活。不需要再增加硬件。
4.5高清摄像机
高清摄像机（如图4-6所示)可以高质量、高清晰影像，拍摄出来的画面可以达到720线逐行扫描方式、分辨率1280*720，或到达1080线隔行扫描方式、分辨率 1920 *1080的数码摄像机。有利于机器人对易拉罐与塑料袋等垃圾进行辨别，同时可以帮助机器人对路线进行扫描与记忆。
图4-6
