面向智能家居的机器人控制系统设计

摘要

机器人技术涉及领域众多，包括电子、机械学、自动控制、传感器技术等，是一门多技术集合的领域。随着工业自动化在世界的飞速发展，移动机器人在生产生活中的地位逐渐提高。文章主要讲述了家庭机器人的设计过程，以及机械手的设计方案。

以AT89C51 单片机作为本次设计核心，借助L298N电机控制芯片以完成对直流电机的控制，比如如何启停，如何改变方向，改变行驶速度。以应对移动机器人所需完成任务动作的要求。在如何选择合适的机器人设计中，采用了脉冲宽度调制技术对电机进行控制，为了达到期望值采用调节占空比大小来实现。

关键词：智能家居机器人；AT89C51 单片机；L298N电机控制芯片；PWM控制；电机控制。

ABSTRACT

Robot technology involves many fields, including electronics, mechanics, automatic control, sensor technology and so on. It is a field of multi technology collection. With the rapid development of industrial automation in the world, the position of mobile robots in production and life is gradually improving. This article mainly describes the design process of the family robot and the design plan of the manipulator.

With the AT89C51 MCU as the core of this design, the control chip of L298N motor is used to control the DC motor, such as how to start and stop, how to change direction and change the speed of driving. In order to meet the requirements of mobile robot for completing tasks. In how to choose the suitable robot design, the pulse width modulation technology is used to control the motor. In order to achieve the desired value, the size of the duty ratio is realized.

Key words：Screening manipulator；AT89C51 monolithic integrated circuit,；LN298 motor control chip,；PWM technology；motor control.

第一章绪论

1.1 智能家居机器人的发展现状

机器人大家都不陌生，我们首先来谈谈移动机器人。移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。[12]随着传感器技术和自动控制技术的不断发展，机器人的性能得到不断提高。机器人的应用也不再局限与工业生产以及军事领域，它同时还广泛于民用领域，如除草、灌溉、导航、室内清洗和安全防范等等。

那么什么样的机器人是服务型机器人呢？这里国际机器人联合会(International Federation of Robotics，IFR)给出了一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。[13]

国际机器人发展现状

首先，世界掀开全面研究室外移动机器人的序幕的起源，可以追溯到上世纪80年代左右。当时的美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了一份地面天人作战平台的战略计划。如著名的DARPA“战略计算机”计划，其中的Autonomous Land Vehicle计划(1983—1990),也就是我们所说的自主地面车辆或地面自主车辆计划。美国国家航空航天局（简称：NASA）于1994年在斯珀火山口用自己资助研制的“丹蒂II”八足行走机器人完成了一定的演示。虽然它回归途中出了点意外，但它却完成了一定探险任务，对以后移动机器人完成此类任务有重要的参考价值。

不仅如此，他们于1997年在火星上使用机器人探险的全球报道也是赫赫有名，机器人Rocky7克服重重困难，终于不负众望在Lavic湖那充满岩溶流和干枯的湖床上进行了成功的实验。证明了长距离外星球探险的可行性以及人类对外太空的浓厚兴趣。对以后再次的外空探索实验打下了坚实的基础。

德国的工业实力也不容小视，该国研制的轮椅机器人更是在有大量流动乘客的乌尔姆市中心和拥挤的汉诺威工业商品博览会的展厅内，凭借该国先进的技术成功的通过36个小时之久的漫长考验。该轮椅机器人所表现出来的优异性能，在当时的移动机器人领域独领风骚，让我们由衷的佩服德国工艺。

我国机器人发展现状

当然，我国也在马不停蹄地研制自己的机器人，1995年由清华大学自主开发的移动式护理机器人，以其七个自由度的功能，给高位截瘫人员带来了福音，其功能是在患者无人帮助的情况下，满足患者一定的取药，倒水以及查看书籍的目的。

中国科学院沈阳自动化研究所的AGV（Automated Guided Vehicle，“自动导引运输车”）以及防爆机器人。

虽然我国这方面起步比较晚，在1990年左右才开始服务机器人的研究工作，但是丝毫不影响我国对其的热爱和追求。我国服务机器人的市场的初步形成，那要从2005年起才开初具规模。

家用服务机器人市场潜力巨大，增速相对其他类型机器人产业稍稍领先。预计未来我国机器人市场会持续保持上升趋势，规模和技术将提高到一个新的层次，紧追欧美国家。

1-2智能家居机器人发展现状

要将移动机器人投入实际生活中,必需使其拥有良好的运动系统、可靠的导航