基于PLC的家用清扫机器人控制系统设计__开题报告
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融合现代传感器以及机器人领域的关键技术，本课题旨在开发一款价格便宜，全区域 覆盖，能够充分满足家庭需求且方便适用的智能家庭清洁机器人。使它可以替代传统的家 庭人工拖地方式，使家庭生活电气化、智能化，使科技更好地为人类服务。
3、课题研究进展或突破及可能达到的水平的方面
随着现代生产技术的提高，机器人设计生产能力将得到进一步的加强，因此，当前家 庭清洁机器人应当发展的方面有：
3）增设空气净化功能，在 PM2.5 严重超标的情况下，能够吸附空气中的固体颗粒并对 空气进行加湿或祛湿功能显得尤为重要。
4）研发更多种类的传感器以及检测元器件，利用传感器获得工作对象周围的环境位置 信息，以便对运动方式实现自动控制，做到真正的解放双手。
5）尽可能的减小家庭清洁机器人的工作噪音，以便实现家庭清洁机器人的人工智能 化。
在国内，第一台具有自主知识产权的家用清洁机器人于 2006 年 1 月 16 日诞生，它是 由浙江大学流体传动及控制国家重点实验是研制成功的。浙江大学提出了由超声发射电路 在单片机时序和多路选择电路的控制下，发射出固定频率的超声波，其超声频率由超声脉 冲电路所决定，经过反射后，被机器人所接受处理，作出相应的直走、左转或右转的动作， 为了使用方便及安全，制作方简化了电源电路，减小了功耗，并着重了人性化和智能化的 设计。
2002 年 10 月 1 日，日本东芝公司与瑞典的拉克斯电子公司共同研发的清洁机器人“特 里洛巴伊特”上市销售，“特里洛巴伊特”主要是由拖地机械部件和超声波传感器所构成 的，在工作时可避开室内摆放的所有家具用品。同时，最为出众的部分是只要清洁机器人 被带领完成一次清洁工作后，它便可以按行走过的拖地线路进行自动拖地。
20 世纪 90 年代，美国推出了清洁机器人 RoboScrub，这一款机器人配备有激光导航 系统，采用的是超声波来进行测距和避障，用光码条实现定位。2002 年 9 月清洁机器人 “Roomba”在美国正式面市，它重约 2kg，直径为 30 英寸，具有极高的自主能力，可以在 房间的任何角落进行游走，灵巧地完成清洁工作。Roomba 的动作虽说有点迟缓，但它却具 有更高的稳定性和安全性。由于能够在完成清洁工作后自动切断电源，所以可以在外出期 间让 Roomba 在家进行拖地。
1）提高运动速度及精度，减小机身的重量即占用空间，使家庭清洁机器人的机身功能 部件实现标准化以及模块化，即可以将机器人的各个功能部件进行拆分进行更换，甚至可 以组装成具有不同功能机器人。
2）想法设法解决杂物收集后应该如何处理的问题，随着杂物收集得越多，反而会为家 庭清洁机器人增重负担，从而增大它的工作功耗。
三、研究计划及进度安排：
起止时间
主要内容
预期目标
2015 年 12 月 14 日-2015 年 12 月 28 日
查阅文献资料，文献 综述开题报告。
两周时间内，在查阅文献、 现场考察、广泛调研后，独立完 成开题报告确定课题。
2016 年 12 月 29 日-2016 完成 PLC 对清扫机器人的
年 1 月 19 日
要具有人性化的接口，便于操作和控制。
3.本论文（设计）预期取得的成果 ①绘制单片机外围电路原理图； ②按控制要求，以三菱 PLC 为控制核心，给出该控制系统详细的软、硬件设计方法； ③利用 PROTUES 软件进行仿真。 2．拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 （1）研究方法
研究方法是利用创意之星模块化机器人套件，在搭建一个家用清洁机器人的基础上， 先根据实际情况进行各个舵机的 ID 和属性，再通过 Northstar 软件进行前进、转向步态编 程，并将这些独立的方程块组合完成程序流程图的建立，最后对程序进行编译并下载到控 制器中，根据距离传感器采集的数据进行相应的前进或转向，并完成房间的清洁工作，这 里主要研究机器人的运动，对机器人如何清洁杂物不做详细研究。
完善程序、利 PROTUES
年 4 月 21 日
软件，整理仿真结果和论文
文档。
完成论文初稿的书写。
2016 年 4 月 22 日 -2016 年 5 月 6 日
修改论文，继续完善， 准备答辩。
完成论文、顺利通过答辩。
四、主要参考文献：
[1]董爱华.可编程控制器原理及应用（第二版）[M].北京：中国电力出版社,2014.12. [2]张鹤鸣.可编程控制器原理及应用教程[M].北京:北京大学出版社, 2011. [3]罗伟，陶艳.PLC 与电气控制[M].北京：中国电力出版社,2012. [4]陈苏波等.三菱 PLC 快速入门与实例提高[M].北京:人民邮电出版社,2008. [5]廖常初.FX 系列 PLC 编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2013. [6]赵淼，赵群飞，杨汝清等.基于 PLC 的防爆机器人控制系统设计[J].机械，2004,31 （01）：37-39. [7]周大威，高学山，王炎等.全方位移动清扫机器人控制技术的研究[J].高技术通讯， 2010,10（06）：65-67. [8]Ren Sheng-le. Development of PLC-based Tension Control System[J]. Chinese Journal of Aeronautics20，2007：266-271. [9]宋章军，陈恳，杨向东. 基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法 研究[J]，制造业自动化，2006,28(05)：44-47. [10]邓韶斌，栾迪. 基于 ARM 单片机的清扫机器人控制系统设计[J]，佳木斯大学学报： 自然科学版，2009,27(05)：657-660. [11]符秀辉，韦建辉，欧阳淑丽. 一类家用机器人的研究[C]，全国信息获取与处理学 术会议，2012. [12]张利霞，杨志成，张景胜等. 高层建筑外墙清扫机器人控制系统设计[J]，现代制 造工程，2015(03)：39-43.
2、论文的理论意义和应用价值
本文将以当前热门的家用清洁机器人为研究对象，将电子技术与信息技术相结合，利 用 PLC 控制机器人，使其完成他的工作。随着计算机技术的发展和人工智能的进步，大大 促进了机器人的发展，研发人员根据用途与工作环境的不同，将机器人设计成不同的结构 与外观，以便能够在不同的条件下出色的完成任务，由此可以看出，机器人在生产建设与 科研工作中发挥着至关重要的作用。
日本日立公司于 2003 年 5 月 29 日宣布，成功研发出了家用清洁机器人，它具有在房 间自由行走并打扫卫生的自律行走机器人。它的行走速度最快为 40cm/s，它受遥控器以及 机身按钮进行操作。它的主要特点是：在机身下设计了一个最大限度为 5cm 的可动吸尘孔， 以便能够将房间角落打扫干净。该机器人采用了螺旋式行走方式，从房间外围开始进行清 扫，以便使工作更有效率。该公司还计划在清洁机器人机身上安装 CCD 相机，以便远程监 控。
运动控制。
确定设计方案并画出系统框 图。
2016 年 1 月 20 日 -2016 年 2 月 2 日
学习掌握三菱 PLC 的基 本编程。
给出硬件设计框图。
2016 年 2 月 3 日-2016
编写出了该控制系统的
初步完成毕业设计相关内
年4月6日
程序。
容，并进行中期检查。
2016 年 4 月 7 日-2016
1、课题研究的背景及意义
清洁机器人是服务机器人的一种，所谓机器人是自动执行作业的机械装置。它既可以 听从人类指挥，也可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领 行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作。世界各国尤其是西方发达国家都在致力于 研发和广泛应用机器人。
目前，清洁机器人的普及度相当高。随着科学技术的发展与社会的进步，人们越来越 希望从繁琐的日常生活中腾出时间来，因此，一款性价比足够高的清洁机器人就显得尤其 重要。
家庭清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有效地融合起来，实现了室内环境（地 面）的半自动或全自动清洁，替代人们完成传统繁重的人工清洁工作，近年来已受到国内 外研究人员的高度重视。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面上来说，家庭 清洁机器人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，家庭清洁机器人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。
（2）技术路线、实施方案
①利用三维建模软件对家庭清洁机器人进行三维建模。 ②规划清洁机器人的运行路径，并利用 PROTUES 进行仿真。 ③设计清洁机器人内部清洁杂物结构，并仿真。
（3）可行性分析
能熟练的应用 Proe 三维建模软件对清洁机器人建模；根据 PLC 编程相关知识对清洁机 器人的路径进行规划，以及对避让障碍物问题进行分析，并且能利用 PROTUES 软件对各构 件进行仿真。
6）解决家庭清洁机器人的续航问题，尽可能的寻找到更好的能量来源。
二、研究内容 1．学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术） （1)重点解决的问题 ①清洁机器人路径规划问题； ②进行程序流程图的建立； ③单片机的组成、工作原理及其端口的应用。 （2）拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） ①距离传感器捕捉到信号的处理； ②单片机外围电路设计及端口应用； ③清洁机器人到达房间边界问题的处理。 ④能够走遍房间的大部分空间，可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电，同时
青岛黄海学院
毕 业 设 计（ 论 文 ）开 题 报 告
题目名称 基于 PLC 的家用清扫机器人控制系统设计
学院
机电工程学院
专业
机械设计制造及自动化
学生姓名
袁树林
学号
Biblioteka Baidu
1201111017
指导教师
朱青青
职称
讲师
2015 年 12 月 28 日
本科毕业设计（论文）开题报告
一、选题依据（包括：国内外目前对该论题的研究现状、水平及发展趋势简述； 论文选题及论题的理论意义、现实意义及应用价值；将在哪些方面有所进展或 突破及可能达到的水平等。）
指导教师意见
指导教师签字： 开题报告评审小组意见
年月日
评审小组负责人签字：
年月 日
3、课题研究进展或突破及可能达到的水平的方面
随着现代生产技术的提高，机器人设计生产能力将得到进一步的加强，因此，当前家 庭清洁机器人应当发展的方面有：
3）增设空气净化功能，在 PM2.5 严重超标的情况下，能够吸附空气中的固体颗粒并对 空气进行加湿或祛湿功能显得尤为重要。
4）研发更多种类的传感器以及检测元器件，利用传感器获得工作对象周围的环境位置 信息，以便对运动方式实现自动控制，做到真正的解放双手。
5）尽可能的减小家庭清洁机器人的工作噪音，以便实现家庭清洁机器人的人工智能 化。
在国内，第一台具有自主知识产权的家用清洁机器人于 2006 年 1 月 16 日诞生，它是 由浙江大学流体传动及控制国家重点实验是研制成功的。浙江大学提出了由超声发射电路 在单片机时序和多路选择电路的控制下，发射出固定频率的超声波，其超声频率由超声脉 冲电路所决定，经过反射后，被机器人所接受处理，作出相应的直走、左转或右转的动作， 为了使用方便及安全，制作方简化了电源电路，减小了功耗，并着重了人性化和智能化的 设计。
2002 年 10 月 1 日，日本东芝公司与瑞典的拉克斯电子公司共同研发的清洁机器人“特 里洛巴伊特”上市销售，“特里洛巴伊特”主要是由拖地机械部件和超声波传感器所构成 的，在工作时可避开室内摆放的所有家具用品。同时，最为出众的部分是只要清洁机器人 被带领完成一次清洁工作后，它便可以按行走过的拖地线路进行自动拖地。
20 世纪 90 年代，美国推出了清洁机器人 RoboScrub，这一款机器人配备有激光导航 系统，采用的是超声波来进行测距和避障，用光码条实现定位。2002 年 9 月清洁机器人 “Roomba”在美国正式面市，它重约 2kg，直径为 30 英寸，具有极高的自主能力，可以在 房间的任何角落进行游走，灵巧地完成清洁工作。Roomba 的动作虽说有点迟缓，但它却具 有更高的稳定性和安全性。由于能够在完成清洁工作后自动切断电源，所以可以在外出期 间让 Roomba 在家进行拖地。
1）提高运动速度及精度，减小机身的重量即占用空间，使家庭清洁机器人的机身功能 部件实现标准化以及模块化，即可以将机器人的各个功能部件进行拆分进行更换，甚至可 以组装成具有不同功能机器人。
2）想法设法解决杂物收集后应该如何处理的问题，随着杂物收集得越多，反而会为家 庭清洁机器人增重负担，从而增大它的工作功耗。
三、研究计划及进度安排：
起止时间
主要内容
预期目标
2015 年 12 月 14 日-2015 年 12 月 28 日
查阅文献资料，文献 综述开题报告。
两周时间内，在查阅文献、 现场考察、广泛调研后，独立完 成开题报告确定课题。
2016 年 12 月 29 日-2016 完成 PLC 对清扫机器人的
年 1 月 19 日
要具有人性化的接口，便于操作和控制。
3.本论文（设计）预期取得的成果 ①绘制单片机外围电路原理图； ②按控制要求，以三菱 PLC 为控制核心，给出该控制系统详细的软、硬件设计方法； ③利用 PROTUES 软件进行仿真。 2．拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析 （1）研究方法
研究方法是利用创意之星模块化机器人套件，在搭建一个家用清洁机器人的基础上， 先根据实际情况进行各个舵机的 ID 和属性，再通过 Northstar 软件进行前进、转向步态编 程，并将这些独立的方程块组合完成程序流程图的建立，最后对程序进行编译并下载到控 制器中，根据距离传感器采集的数据进行相应的前进或转向，并完成房间的清洁工作，这 里主要研究机器人的运动，对机器人如何清洁杂物不做详细研究。
完善程序、利 PROTUES
年 4 月 21 日
软件，整理仿真结果和论文
文档。
完成论文初稿的书写。
2016 年 4 月 22 日 -2016 年 5 月 6 日
修改论文，继续完善， 准备答辩。
完成论文、顺利通过答辩。
四、主要参考文献：
[1]董爱华.可编程控制器原理及应用（第二版）[M].北京：中国电力出版社,2014.12. [2]张鹤鸣.可编程控制器原理及应用教程[M].北京:北京大学出版社, 2011. [3]罗伟，陶艳.PLC 与电气控制[M].北京：中国电力出版社,2012. [4]陈苏波等.三菱 PLC 快速入门与实例提高[M].北京:人民邮电出版社,2008. [5]廖常初.FX 系列 PLC 编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2013. [6]赵淼，赵群飞，杨汝清等.基于 PLC 的防爆机器人控制系统设计[J].机械，2004,31 （01）：37-39. [7]周大威，高学山，王炎等.全方位移动清扫机器人控制技术的研究[J].高技术通讯， 2010,10（06）：65-67. [8]Ren Sheng-le. Development of PLC-based Tension Control System[J]. Chinese Journal of Aeronautics20，2007：266-271. [9]宋章军，陈恳，杨向东. 基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法 研究[J]，制造业自动化，2006,28(05)：44-47. [10]邓韶斌，栾迪. 基于 ARM 单片机的清扫机器人控制系统设计[J]，佳木斯大学学报： 自然科学版，2009,27(05)：657-660. [11]符秀辉，韦建辉，欧阳淑丽. 一类家用机器人的研究[C]，全国信息获取与处理学 术会议，2012. [12]张利霞，杨志成，张景胜等. 高层建筑外墙清扫机器人控制系统设计[J]，现代制 造工程，2015(03)：39-43.
2、论文的理论意义和应用价值
本文将以当前热门的家用清洁机器人为研究对象，将电子技术与信息技术相结合，利 用 PLC 控制机器人，使其完成他的工作。随着计算机技术的发展和人工智能的进步，大大 促进了机器人的发展，研发人员根据用途与工作环境的不同，将机器人设计成不同的结构 与外观，以便能够在不同的条件下出色的完成任务，由此可以看出，机器人在生产建设与 科研工作中发挥着至关重要的作用。
日本日立公司于 2003 年 5 月 29 日宣布，成功研发出了家用清洁机器人，它具有在房 间自由行走并打扫卫生的自律行走机器人。它的行走速度最快为 40cm/s，它受遥控器以及 机身按钮进行操作。它的主要特点是：在机身下设计了一个最大限度为 5cm 的可动吸尘孔， 以便能够将房间角落打扫干净。该机器人采用了螺旋式行走方式，从房间外围开始进行清 扫，以便使工作更有效率。该公司还计划在清洁机器人机身上安装 CCD 相机，以便远程监 控。
运动控制。
确定设计方案并画出系统框 图。
2016 年 1 月 20 日 -2016 年 2 月 2 日
学习掌握三菱 PLC 的基 本编程。
给出硬件设计框图。
2016 年 2 月 3 日-2016
编写出了该控制系统的
初步完成毕业设计相关内
年4月6日
程序。
容，并进行中期检查。
2016 年 4 月 7 日-2016
1、课题研究的背景及意义
清洁机器人是服务机器人的一种，所谓机器人是自动执行作业的机械装置。它既可以 听从人类指挥，也可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领 行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作。世界各国尤其是西方发达国家都在致力于 研发和广泛应用机器人。
目前，清洁机器人的普及度相当高。随着科学技术的发展与社会的进步，人们越来越 希望从繁琐的日常生活中腾出时间来，因此，一款性价比足够高的清洁机器人就显得尤其 重要。
家庭清洁机器人将移动机器人技术和吸尘器技术有效地融合起来，实现了室内环境（地 面）的半自动或全自动清洁，替代人们完成传统繁重的人工清洁工作，近年来已受到国内 外研究人员的高度重视。作为智能移动机器人的一个特殊应用，从技术方面上来说，家庭 清洁机器人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，家庭清洁机器人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。
（2）技术路线、实施方案
①利用三维建模软件对家庭清洁机器人进行三维建模。 ②规划清洁机器人的运行路径，并利用 PROTUES 进行仿真。 ③设计清洁机器人内部清洁杂物结构，并仿真。
（3）可行性分析
能熟练的应用 Proe 三维建模软件对清洁机器人建模；根据 PLC 编程相关知识对清洁机 器人的路径进行规划，以及对避让障碍物问题进行分析，并且能利用 PROTUES 软件对各构 件进行仿真。
6）解决家庭清洁机器人的续航问题，尽可能的寻找到更好的能量来源。
二、研究内容 1．学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术） （1)重点解决的问题 ①清洁机器人路径规划问题； ②进行程序流程图的建立； ③单片机的组成、工作原理及其端口的应用。 （2）拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） ①距离传感器捕捉到信号的处理； ②单片机外围电路设计及端口应用； ③清洁机器人到达房间边界问题的处理。 ④能够走遍房间的大部分空间，可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电，同时
青岛黄海学院
毕 业 设 计（ 论 文 ）开 题 报 告
题目名称 基于 PLC 的家用清扫机器人控制系统设计
学院
机电工程学院
专业
机械设计制造及自动化
学生姓名
袁树林
学号
Biblioteka Baidu
1201111017
指导教师
朱青青
职称
讲师
2015 年 12 月 28 日
本科毕业设计（论文）开题报告
一、选题依据（包括：国内外目前对该论题的研究现状、水平及发展趋势简述； 论文选题及论题的理论意义、现实意义及应用价值；将在哪些方面有所进展或 突破及可能达到的水平等。）
指导教师意见
指导教师签字： 开题报告评审小组意见
年月日
评审小组负责人签字：
年月 日