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FreeRTOS多任务智能楼层清洁机器人系统.docx
资料介绍
基于FreeRTOS多任务的智能楼层清洁机器人系统
1. 实验概述
智能清洁机器人是服务机器人领域最成功的商业化产品之一，已广泛应用于家庭、办公室、商场和酒店等场所。清洁机器人需要在未知环境中实现自主导航、路径规划、避障、清洁执行和自动回充等功能，对嵌入式系统的多任务处理能力、实时性和功耗管理提出了较高要求。
本实验基于STM32F777NIH6微控制器，在FreeRTOS实时操作系统上设计并实现一套完整的智能楼层清洁机器人系统。系统集成多种传感器（激光雷达、IMU、编码器、碰撞传感器、悬崖传感器、灰尘传感器），通过SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）算法实现环境地图构建和自主定位，结合全覆盖路径规划算法实现高效清洁覆盖。FreeRTOS的多任务架构使得传感器数据采集、SLAM定位、路径规划、运动控制、清洁执行和通信等任务可以并行运行，实现自主清洁作业。
实验内容涵盖激光雷达驱动开发、基于Gmapping的SLAM算法实现、全覆盖路径规划（弓形+BFS）、差速驱动运动控制与轨迹跟踪、以及自动回充算法。通过本实验，开发者将掌握嵌入式清洁机器人系统的完整实现方法，理解SLAM定位、路径规划和FreeRTOS多任务调度技术。
2. 系统架构
2.1 硬件组成
· STM32F777NIH6主控芯片
· RPLIDAR A1单线激光雷达（UART接口，360°扫描）
· 直流减速电机×2（带编码器，差速驱动）
· ICM-20948 9轴IMU（SPI接口）
· 碰撞传感器×3（前方左中右，微动开关）
· 悬崖传感器×4（红外光电，底部四角）
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