工程名称：扫地机器人自动充电系统
工程作者：玻尔能级
前言
我设计了一个扫地机器人自动充电系统！
主打一个高精度回充！
回充成功率实测达90%！
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它具体有啥功能？
”
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支持回充。
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回充成功率高：扫地机器人可以沿着充电座前的黑色轨迹线行走，以提高扫地机器人与充电座二者之间的对接成功率。
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支持智能化测距与定位：能扫描墙壁轮廓，实现定位打扫。
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支持避障：能判断障碍物位置，做出固定角度的躲避决策。
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支持高准确度电压检测：能尽量延长电池寿命。
避障&回充
功能演示
说明：
本项目主要是提供一个低成本的扫地机器人回充验证方案。低成本方案也带来了它的“局限”。
目前该项目仅支持——相对规则的矩形房间、根黑色引导线行走、测试场地约为113cm × 168cm、避障策略主要是固定角度绕行。
下面咱们就研究看看，这个方案有哪些可借鉴之处~
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硬件设计方案
”
项目以STM32F103C8T6单片机为主控，结合多种基础传感器，研究出了一个低成本的扫地机器人回充方案。
01
设计图
电路采用嘉立创EDA设计，共3块PCB，有2块尺寸都支持免费打样。
主体PCB
充电座PCB
充电触点
实物图
02
分析这个方案的2个亮点
亮点1
作者用简单的传感器验证了一套低成本、可复刻的自主定位与回充方案。
它没有使用激光雷达、摄像头或复杂SLAM，而是把回充过程拆成两个阶段：
第一阶段：超声波粗定位
机器人前后各布置超声波传感器，通过旋转扫描房间轮廓，并对多组距离数据进行缩放、排序和频次统计，估算结构化房间的长边、短边以及自身所处位置。作者强调，这种方式不需要预先人工输入房间长宽。
第二阶段：黑线精确引导
定位到大致方向后，机器人寻找预先铺设的黑色轨迹线，再通过红外传感器沿线驶向充电座。轨迹线旁还设置了方向标志：发现方向相反时，机器人会停止并旋转180度，以减少“找到线却往反方向行驶”的问题。
这种设计的聪明之处在于：
它没有让一种传感器承担所有任务，而是通过传感器分工，降低算法复杂度和硬件成本。
当然，这个方案的第二阶段更适合用于实验室研究学习。那怎么用于产品级设计？下面咱们探讨！
亮点2
扫地机器人不是单纯固定时间“左转几秒、前进几秒”，而是利用电机编码器反馈控制机器人运动。
这样做的好处是：
能提升转向角度、直线行驶和循迹对接过程的可控性，避免完全依赖“电机运行几秒”这种开环控制方式。
03
那可能就有人好奇了
这个低成本方案，如何复用于成熟的扫地机器人中？让扫地机器人真的能用，真的能精准避障、回充、打扫？
可复用的：
——保留编码器反馈控制、电量检测和自动充电框架。
可增加的：
——增加边刷、浮动主滚刷、离心风机与风道、可拆尘盒、滤网、保险杠、悬崖传感器、红外充电座、机械导向和宽触点。
——重新设计清扫机构、导航系统、充电座和安全传感器。要用来扫地肯定不能用黑线辅助，需要修改为远距离地图导航到充电座附近，近距离红外信标完成对准。充电座也可以改成V形或喇叭形导向面增加回充成功率。
……
这样做，你获得了一个干式扫吸机器人的原型。
如果还希望加入拖地、自动洗拖布或自动集尘功能，则需要进一步考虑水路、额外电机、风道与密封、污水处理以及基站成本。但这样一来，基本就离“低成本”越来越远了。
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最后，具体的程序设计，作者也已开源。
并分析了——角度旋转、直线行驶、电池电压检测、超声波测距、避障、循迹的程序设计原理。
如果你对这个方案有感兴趣的地方，欢迎前往开源网址了解细节~
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