本文旨在设计一个简易的机器人系统模型。本家庭服务机器人硬件模型是EasyARM2100单片机为控制核心，带减速装置的直流电机作为动力装置，普通直流伺服电机作为清扫电机。再加以红外光电传感器、超声波传感器和电源电路以及液晶显示电路构成。系统以EasyARM2100单片机为中央控制器，通过外设的GPIO接口接收传感器回传的数据并以此确定小车的位置状态，并输出脉宽调制波来控制小车的前进后退以及转向。寻迹电路由三路ST178P型光电对管传感器电路实现，再由光电对管结合黑白码盘实现速度测量，清扫电机以及机器人驱动电机都采用电机控制芯片L298N加以外围电路完成。利用URM37超声波传感器模块实现测距并配合软件计算实现避障功能。配合软件能够实现地面清扫，定时催醒等功能。

经过仿真和试验，自行研制的机器人硬件系统以及软件策略都得到了比较理想的效果，达到了最初的设计要求。

本课题主要研究内容

本课题主要研究机器人的硬件部分，包括功能分析，方案设计，硬件实现以及底层测试软件设计。机器人硬件部分按照功能主要分为5部分：主控器、传感器、执行电机、输入输出和电源部分。其中，传感器包括红外传感器、超声波传感器，用来实现障碍检测，里程计算，寻线行走检测等；执行电机为驱动电机和清扫电机；输入输出部分包括按键和显示。本课题完成的主要工作如下：

（1）分析系统功能需求，确定设计目标。

（2）综合考虑各种功能需求设计总体方案。

（3）设计整体硬件电路和部分模块的结构：包括硬件电路设计，芯片选择和可行性论证，并详细分析了部分单元电路的工作原理。

（4）设计系统的主框架以及底层驱动软件：包括主程序，键盘中断服务，各个传感器模块的检测程序以及电机驱动等。

（5）调试各个模块使其满足功能要求，联合所有模块进行调试。

机器人的组成部分

根据题目要求，本系统由5个部分组成：主控制系统部分、执行电机部分、传感器部分、输入输出部分和电源部分。结构框图如图 2-1 所示。主控系统使用单片机控制，包括对输入输出器件的操作，对执行电机的控制，以及对传感器的响应等。执行电机部分是服务机器人的主要构成部分，包括行走驱动系统它决定了服务机器人的运动轨迹。行走结构采用的是轮式结构，通过专用的直流电机驱动模块来控制电机的转动以此来控制小车的运动；传感器部分即检测子系统，主要为了保障机器人能够安全地工作，包括红外光电传感器、超声波传感器；输入输出部分包括键盘和显示子系统，能够较好地实现人机交互的功能；电源部分为机器人工作提供电能，保证机器人能够独立有效的工作。

机器人的总体设计

整个硬件系统由主控系统、驱动电机控制、清扫电机控制、传感器、输入输出模块和电源部分组成。主控系统负责接收外部传感器传回的数据，并以此作为判断依据输出控制信号。传感器包括红外光电传感器、超声波传感器。电机控制模块接收主控系统发出的控制信号去控制电机的转动从而控制小车的移动。以下详细讨论每个功能模块的设计思想和硬件电路的实现。