1、1编号：哈尔滨工业大学大学生创新创业训练计划项目中期检查报告哈尔滨工业大学本科生院填表日期： 2013 年 10 月 31 日项目名称： 智能吸尘器的研究项目级别： 国家级 （国家级、校级）执行时间： 2013 年 4 月至 2014 年 4 月负责人： 冯四兆 学号： 6110410429联系电话： 18345172391 电子邮箱： 院系及专业： 英才学院自动化指导教师： 王猛 职称： 工程师联系电话： 18645089559 电子邮箱： 院系及专业： 电气学院电气工程及自动化系2一、课题组成员： 二、指导教师意见：签 名： 年 月 日三、专家组意见：1是否达到中期目标（在内打）：达到中期
2、目标 基本达到中期目标 未达到中期目标2成绩评定（在内打）： 合格 改进后可继续执行不合格，项目实施意见： 提出警告、观察后再定继续执行或中止 中止实施3其它意见和建议：组长签名： （ 盖 章 ）年 月 日姓名 性别 所在院 年级 学号 身份证号 本人签名冯四兆 男 英才学院 大三 6110410429 371122199209093113刘剑 男 英才学院 大三 6110410428 230903199202211415刘小楷 男 英才学院 大三 6110420414 513822199305282830于人龙 男 英才学院 大三 6110410425 2323301992030802163
3、四、项目研究中期报告1、项目简介智能吸尘器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。本吸尘器利用了超声波传感器和红外线传感器实现自动控制的功能。通过以单片机为核心的控制器实现对超声发射和接收的选通控制，并在处理
4、返回脉冲信号的基础上加以判断，选定相应的控制策略，避开障碍物；利用红外线探测器，实现防跌落功能。通过驱动器驱动两路直流电机，带动驱动轮，从而实现行走转向等功能。在吸尘器行走的同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。2、立项背景1869 年美国一家公司生产了第一台电动吸尘器。从那时起吸尘器便与生活紧密连接。目前在欧美日等发达国家,智能吸尘器开发较早,应用范围也较广,近两年来,已经开发出多种面向市场的智能吸尘器。经过多年的发展，现在出现两个分支：一是以欧美品牌为主的“技术流” ，强调智能吸尘器的智能程度；二是以智能吸尘器新兴国家日韩为主的“实用流” ，强调智能吸尘器的实际
5、清扫效果。未来的吸尘机器人将向自主式和人工智能化发展,因此必须结合现有的基于自适应控制、预测控制、模糊逻辑、神经网络等移动机器人运动规划和控制技术,研究对环境障碍物具有安全可靠的防碰撞功能的智能运动规划与控制器及高效的传感器融合算法,是在现实环境中实现具有良好的自适应性和鲁棒性行为的机器人的关键。我们通过开发一种智能吸尘器，不但可以帮助人们减轻家务负担，而且能够加深理解课堂上所学到的东西并与实践相结合，锻炼自己的创新与动手能力，开拓视野。3、项目方案利用 51 单片机作为控制器的核心，实现对不同信号发射和接通的选通控制，并在返回的信号基础上加以处理和判断，从而选定相应的控制策略或行动路线，实现
6、自动避障和防跌落的功能。在吸尘器行走的同时，由其自身携带的小型吸尘部件，对经过的地面进行必要的吸尘清扫。控制器（51 单片机）电源测距模块 红外传感器运动装置吸尘装置4吸尘器的底部安装三个轮，其中前端为一个无动力的万向轮，后端两个轮子作为驱动轮，由两路直流电机驱动，通过左、右轮的转速不同实现吸尘器的转向和后退：吸尘器运动状态 左轮运动状态 右轮运动状态前进 正转 正转左转 反转 正转后退 反转 反转右转 正转 反转吸尘器的避障功能是通过超声波测距原理实现的。通过向前进方向发射超声波脉冲，并接收相应的返回声波脉冲，添加温度校正后，能够准确的判断出障碍物的位置，通过控制器的处理选择最佳路径，从而实
7、现自动避障的功能。为了实现吸尘器的防跌落功能，在吸尘器底部前端安装三路红外传感器。当吸尘器与地面距离超过一定的数值时，反馈给控制器一个信号，控制器做出判断并调整吸尘器的运动方向，从而实现防跌落的功能。吸尘器的能源由可重复充电的较大功率锂电池提供，为整个系统供电。 4、项目实施的进展情况及初步取得的成果 智能吸尘器的雏形已经基本搭建完毕，并实现了多数的功能。控制器所使用的 51 单片机为STC89C52，属于标准的 51 核的单片机。驱动轮由两路额定电压为 8V 的直流电机驱动，通过 L298N 驱动模块来控制电动机的运动，并且利用机械减速装置使吸尘器低速运动。吸尘部件是由一路直流电机、滤尘网、
8、吸尘盒等组成，能够实现较好的吸尘效果。自动避障功能所使用的超声波模块为 US-100 超声波测距模块，其自身带有温度校正的功能，使用起来更加方便、有效。并且为了有效的控制吸尘器的运动方向，我们将超声波模块装在了一个可控制旋转方向的舵机上，当探测到前方有障碍物时，吸尘器自动停止运动，舵机分别向左、向右转动，探测两侧距离，若一面有障碍物而另一面没有，吸尘器像没有障碍物的一边运动，如果两面都有障碍物，则向后退。经过半年的学习和制作，取得了以下成果：1、小组成员学习了单片机、C 语言、C+等知识；2、完成了吸尘器的功能、结构的总体设计；3、已经实现了吸尘器的大部分功能，其中包括：吸尘器的运动、自动避障
9、功能、吸尘功能，达到了开题时制定的中期目标。5、特色与创新1、全自动化的清扫，无需人为干预，节约人们的时间和精力。2、增加了防跌落功能，使智能吸尘器的应用更灵活，范围更广。6、项目实施过程中的收获与体会在这次高级电子实验的创新活动之中，我们的收获很大。首先，在项目的进行中，我们十分深刻地了解到了合作的重要性。一个人，无论他的能力有多大，知识面有多广，他都不可能独自一人将所有的工作完成。这将耗费巨大的时间和精力。而合作则解决了这样的问题。尺有所长，寸有所短。每个人的能力都不一样，通过合理的分工合作，将每个人的长处最大限度地发挥出来，可以最高效地完成任务，取得事半功倍的效果。其次，我们也感悟到了创新的意义。人类的告诉发展的源泉就来自于创新。这次实验的根本意义就在于此。前人没有的我们就发明出来，前人已经有了的我们就改良，有了创新我们的生活才会更加美好。只有在接触了之后我们才了解，创新原来不是那么神秘，哪怕只是生活之中的点点滴滴，都可能是创新的源泉。此外，动手实践也很重要。 “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行” 。此话不假。只有在亲自动手实践5之后我们才知道学知识不能光纸上谈兵，实践出真知。7、经费使用情况项目 金额（单位：元）单片机开发套件 300.00智能车开发套件 450.00吸尘器 699.00合计 1449.00
