该模块包含基于微控制单元、基于运放芯片的TL074信号调理单元和基 于电平转换芯片MAX3232的发射驱动单元。FM8PS53单片机内部集成有定时器，带有一个4MHz的石英晶振，能够实现40KHz脉冲生成、记录超声波时差、实现模块的通信规则。超声波的产生是由周期性的对超声波发生振子头进行电压激励产生的，这个激励的功率与超声波的能量成正比，而单片机通过IO输出的电压是固定3.3V，最大驱动电流也只有3mA，功率约lOmW，通过电平转换可以抬升电压至13.2士0.3 V，最大驱动电流65mA(实际受到所选振子交流阻抗的限制，输出电流不会大于1OmA，最大驱动能力大幅提升。为了方便总控制对模块进行操作，单片机内有一段程序用于检测超声波启动发射命令和返回超声波测距结果。TL074构成的一系列电路与四向超声波检测原理相同，用于检测、调理超声波接收器接收的超声波返回信号。 4.6 路径规划模块
图4.9 路径规划示意图
如图4.9所示，路径规划模块实现的效果如下，沿墙边和角落清扫，不会损坏易碎物件，可以清扫家具四周，探测污垢后重点处理集中区域，而且不会从楼梯上跌落，彻底清扫每一个房间后，才会移动至下一个房间继续清扫，多次反复清扫地板每个区域，清扫家具底下，有效清扫各种地板表面。 4.7 外壳的有限元分析
由于扫地机器人不大，很容易被人或家里的宠物踩到，那么必须要考虑它能否承受得住这种压力，下面模拟扫地机器人局部被重物压住，做了有限元分析，验证机器人能否被压坏，如图4.10所示。
假设扫地机器人被30Kg的物体压中，用ansys对扫地机器人上壳进行了有限元仿真。根据呈现的数据发现面板中的最大应力为270，小于材料的屈服强度，扫地机器人不会被压坏。
图4.10 扫地机器人上壳应力分布图
5. 总结
世上无难事，只要肯登攀，历时两个周，早起晚睡加班加点终于完成了机械电子学大作业，此刻回想本次扫地机器人设计的整个过程，收获良多，受益匪浅。为了完成这次的设计，我给自己制定了计划，每天完成一定的设计任务，这样才保证了作业的按时完成。整个设计过程中不乏有困难，每一个模块都会遇到或大或小的问题，好在养成了积极解决问题的好习惯，那么我主要是通过查阅论文文献资料、去图书馆寻找相关书籍、和教研室小伙伴们讨论以及利用网络资源搜索等方式来排除障碍的，我很感谢这段宝贵的经历，因为它不仅让我对学术研究方面所必须的工具有所了解，而且再一次锻炼了解决实际问题的能力。
这次设计我是按照这样的步骤进行下去的，首先，根据对淘宝网上面在售的扫地机器人的仔细调研，和对用户需求的深刻分析，坚持经济性和先进性的原则，选定了一款扫地机器人，并确定了其各项技术指标。然后，进行了总体方案的设计，其中包括定位方案、路径规划方案和地图建立方案。最后，着重进行了机械结构设计和电路设计，采用SolidWorks进行了3维模型的绘制，其中机械结构设计详细介绍了本方案与市场上普通扫地机器人所不同的部分，并逐一分析了它的优势，电路设计也从四个方面分别进行了介绍。
在设计过程中遇到了哪些难题呢，下面我举两个小例子，比如在总体设计时定位方案的选取和机器人在实际工作过程中较易出现踩压问题。对于定位方案的选取，通过查阅资料了解到目前主流的定位方案有三种，包括航迹推算方法、信
标定位方法和视觉成像定位方法，通过对比各自优缺点选定航迹推算方法为最优定位方案，原因在于：该定位功能的实现不需要借助外部传感器，定位稳定性不引入外界因素；理论上不存在定位盲区，适合清扫任务的复杂地形；累进误差是在时间上的累加，清扫任务每次时间不会超过45分钟，误差控制在可以接受的范围内；节省硬件成本，有利于控制产品价格或者增厚利润。对于在实际工作过程中较易出现踩压问题，使用ansys对扫地机器人上面板进行了有限元仿真，从而保证了设计方案的可行性。
最后，要感谢***老师在课堂上讲授的电路方面的知识，对本次的电路设计方案有很大帮助，同时也感谢几位教研室的同学的帮助，自己能顺利的完成本次的作业也非常有成就感，在以后的学习和工作过程中我会不断进步，以求做到更好。
参考文献
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[2] 周天. 基于嵌入式系统的轮式机器人自主导航技术的研究与实现. 西安电子科技大学硕士学位论文. 2011.11
[3] 王鸿鹏. 复杂环境下轮式自主移动机器人定位与运动控制研究. 南开大学博士学位论文.2009.6
[4] 王惠南. GPS导航原理与应用. 北京:科学出版社. 2003
[5] 冉昕. 室外自主移动机器人导航系统及其仿真软件的设计与实现. 中国海洋大学硕士学位论文.2008.6
[6] 周华. 多传感器融合技术在移动机器人定位中的应用研究. 武汉理工大学硕士学位论文.2009.6
扫地机器人的设计方案
