基于WiFi的可移動空氣凈化機器人研究

張景雪 王鑫磊 王天鵬 邢瑞林 周博華 蔣鵬川 吳興利 梁帆

（天津市天津職業(yè)技術師范大學）

基于WiFi的可移動空氣凈化機器人研究

張景雪 王鑫磊 王天鵬 邢瑞林 周博華 蔣鵬川 吳興利 梁帆

（天津市天津職業(yè)技術師范大學）

該項目是在原來空氣凈化器的基礎上添加采用電機控制的空氣凈化機器人移動平臺、先進的無線網(wǎng)絡通信、傳感器檢測技術以及相應的硬件結構，可檢測周邊環(huán)境參數(shù)實現(xiàn)機器人智能定位模式及可實現(xiàn)對空氣的凈化、加濕功能裝置的研制三個方面來創(chuàng)新的制造空氣凈化機器人，以努力解決當前空氣凈化器的缺點，實現(xiàn)家居以及公共場所的自動及高效率凈化空氣的功能，有效地優(yōu)化了環(huán)境空氣質量，使人們獲得一個理想的生活環(huán)境。

移動平臺；無線網(wǎng)絡通信；定位模式；空氣凈化；加濕

1 引言

隨著生活水平的提高，空氣質量成了人們日益關注的重大問題之一。但現(xiàn)在的空氣凈化器大都只能定點工作，已不能滿足人們對室內環(huán)境的凈化需求，因此迫切需要可移動、智能化的空氣凈化器，提高室內環(huán)境的空氣凈化能力。

本文針對人們對室內環(huán)境的凈化需要，提出了可移動空氣凈化機器人，實現(xiàn)了機器人的移動式的對工作區(qū)域進行凈化和定點式的空氣進行集中凈化兩種工作模式。此機器人操作簡單，工作區(qū)域廣，更具平民化、現(xiàn)代化、規(guī)范化、具有很高的實用性。

2 總體設計方案

本系統(tǒng)主要有上位機手機Android系統(tǒng)構成的無線通信平臺和移動機器人組成，上位機手機Android系統(tǒng)主要分為對移動機器人自動和手動鍵的進行切換，當系統(tǒng)處于自動模式時，機器人中的控制器根據(jù)避障傳感器的信號做出相應的輸出控制，加大了機器人的工作區(qū)域。當用戶需對某一特定區(qū)域的空氣進行凈化時，可將機器人的工作模式設定為手動模式，通過操作手機界面上的方向控制鍵調整機器人的行進路線，到達指定區(qū)域并對該區(qū)域的空氣進行集中凈化。此機器人操作簡單，工作區(qū)域廣，具有很高的實用性。

3 可移動機器人

機器人方面主要由主控模塊、WiFi模塊、移動平臺、空氣凈化模塊、空氣加濕模塊、傳感器、電源模塊七部分組成。

（1）主控模塊：采用意法半導體推出的微控制器STM32F103ZET6，主控模塊主要工作負責通過Usart串口通信處理Android手機發(fā)出的指令信號、數(shù)據(jù)，計算任務路徑、規(guī)劃、運動平臺控制及數(shù)據(jù)交互工作。另外依托其強大的數(shù)據(jù)處理能力在系統(tǒng)中建立了智能算法，使它的工作更具目標性、更節(jié)能。

（2）WiFi模塊：負責移動平臺與Android手機終端的連接，實現(xiàn)Android手機與移動平臺的信息交互共享。

（3）傳感器：采用光電傳感器，用于檢測障礙物。

4 機器人智能路徑規(guī)劃

將移動機器人放置在某一空間中，使用Android手機發(fā)出指令令機器人置于工作狀態(tài)并在此位置實施空氣凈化加濕；在該區(qū)域空氣質量得到改善后，再次使用Android手機發(fā)出指令尋找新的工作目標。移動機器人與中心控制系統(tǒng)之間的通信，可以通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)。在此基礎上，要實現(xiàn)一個機器人的自動凈化、加濕空氣，機器人需要解決的關鍵問題主要有：①在收到工作任務后，移動機器人的智能調度；②在移動機器人運行的空間中，機器人移動路徑的規(guī)劃和碰撞的預測、檢測、防止；③機器人工作時對空氣的凈化加濕三個實現(xiàn)本作品的功能。（如圖1所示）

5 結論

智能化家居的的快速發(fā)展以及人們對生活水平質量要求的提高，定點工作的空氣凈化器已不能滿足人們的需求，可移動空氣凈化機器人成為了未來的發(fā)展方向，本文針對移動機器人技術在空氣凈化器中的應用進行了研究，通過無線網(wǎng)絡通信技術與智能路徑規(guī)劃算法，防止機器人在行走過程中碰撞問題的發(fā)生，較好的解決了傳統(tǒng)空氣凈化器定點工作，效率低等問題。

圖1 工作流程圖

本文利用Android手機發(fā)出指令令機器人置于工作狀態(tài)并在此位置實施空氣凈化加濕；在該區(qū)域空氣質量得到改善后，再次使用Android手機發(fā)出指令尋找新的工作目標。與以往的空氣凈化器相比，它的工作更具目標性、更節(jié)能，可以有效地優(yōu)化室內環(huán)境，并提高運行效率，且配備多種凈化方式，不僅可以對甲醛等有害氣體進行分解式凈化，也能夠對空氣中的浮塵、微塵進行攔截式過濾。這一點在實驗中也得到了進一步的驗證。

[1]王越超.多機器人協(xié)作系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，1999.

[2]柏藝琴，賀懷清.移動機器人路徑規(guī)劃方法簡介[J].中國民航學院學報，2003，21（2）：207～208.

[3]王玲芳，費嵐.移動無線傳感器網(wǎng)-原理、應用和發(fā)展方向[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[4]Donald A.Norman.未來產品的設計[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[5]鄒細勇.自主移動機器人的智能導航研究[D].浙江大學，2005.

[6]鄒小兵.移動機器人原型的控制系統(tǒng)設計與環(huán)境建模研究[D].中南大學，2005.

[7]王仲民.移動機器人路徑規(guī)劃及軌跡跟蹤問題研究[D].河北工業(yè)大學，2006.

[8]史恩秀.輪式移動機器人的運動控制及定位方法研究[D].西安理工大學，2006.

[9]于金霞.移動機器人定位的不確定性研究[D].中南大學，2007.

[10]李雯雯.基于多種傳感器的自動導航小車避障的研究[D].西安科技大學，2008.

TP242

A

1004-7344（2016）21-0277-01

“基于WiFi的可移動空氣凈化機器人研究大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目”（201510066002）。

2016-7-9

張景雪（1989-），女，河北邢臺人。