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资料介绍

87 嵌入式系统在智能扫地机器人中的应用

一、引言

扫地机器人是消费级机器人中最成功的产品之一,集成了嵌入式系统、传感器融合、SLAM 定位和路径规划技术。扫地机器人对嵌入式系统的要求集中在实时性(运动控制 10ms 周期)、计算能力(SLAM 运算)和低功耗(续航 2 小时以上)。本文将从定位导航、传感器系统、清洁控制和路径规划四个方面系统阐述。

二、定位与导航

SLAM 建图:激光雷达 SLAM 使用旋转式激光雷达扫描室内环境,MCU MPU 运行 SLAM 算法,同时构建地图和定位机器人位置。激光雷达测距精度 ±2cm,扫描频率 10Hz 20Hz。视觉 SLAM 使用摄像头采集天花板特征,通过图像匹配定位。

陀螺仪导航:低成本方案使用陀螺仪和轮式里程计,通过航位推算估算位置。陀螺仪测量角速度,里程计测量行走距离,MCU 融合两者数据计算位置。陀螺仪导航精度较低,适合简单户型。

路径规划:使用全覆盖路径规划算法,机器人沿弓字形路径遍历整个房间,遇到障碍物时绕行。分区规划将房间划分为多个区域,逐个区域清扫。MCU 运行路径规划算法,控制电机驱动按规划路径行走。

三、传感器系统

激光雷达360° 旋转激光雷达测量距离,扫描半径 6m 12mMCU 读取激光雷达数据,传输到主控 MPU 运行 SLAM 算法。激光雷达需要防尘设计,保证在灰尘环境下正常工作。

碰撞传感器:机器人前方的保险杠在碰撞时触发微动开关,MCU 检测到碰撞后控制机器人后退并转向。碰撞传感器在激光雷达无法检测到的低矮障碍物(如拖鞋、电线)时发挥作用。

悬崖传感器:机器人底部的红外传感器检测地面是否存在,在楼梯边缘时检测到红外信号变化,MCU 控制机器人停止前进并转向,防止跌落。

跌落传感器:机器人在遇到门槛或地毯时,跌落传感器检测机身倾斜角度,MCU 控制机器人调整姿态。


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