• 绪论

    1. 课题研究背景

目前，中国社会经济飞速发展，人们的生活水平日益提高，生活节奏不断加快，而家庭环境中的卫生清洁问题越来越严重。目前市场上扫地机器人产品种类繁多，质量参差不齐，消费者在选购时存在很大困惑。在此背景下，智能扫地机器人逐渐成为家庭清洁的理想伴侣。

本课题是基于 PLC控制的智能扫地机器人开发与设计。可根据不同的区域和环境进行优化设置。可进行自动清扫、分区清扫等各种操作。根据不同环境、不同区域进行设置，使智能扫地机工作更加高效。

本课题主要从路径规划算法和避障算法两个方面对扫地机进行改进，通过对比市面上现有的智能扫地机产品在吸尘路径规划和避障两个方面的性能。通过实验对比分析，选择一种智能扫地机结构合理且功能完善的吸尘路径规划算法。对避障算法进行分析与改进，使其能够适应不同环境条件下工作所需要的功能。

本课题采用 PLC控制和超声波传感器结合来实现自动导航和清扫等功能；在清扫时将吸尘路径规划和避障结合起来，完成对清扫任务的精确控制。

智能扫地机的路径规划算法和避障算法是智能扫地机的核心功能。其主要作用是将所要行走的路线规划成一条直线，且不能碰到任何障碍物。针对现有的智能扫地机在吸尘路径规划和避障算法上存在的不足，本课题将路径规划算法和避障算法进行改进，通过实验对比，选择一种结构合理且功能完善的吸尘路径规划算法和避障算法。智能扫地机具有自主导航功能、分区清扫功能以及虚拟墙功能。智能扫地机工作时，采用 PLC控制和超声波传感器相结合的方式来实现自动导航和清扫等各种操作。在实际应用中，针对不同的环境条件和不同的区域环境，为保证智能扫地机工作高效稳定，根据实际情况选用不同的路径规划算法和避障算法。本课题是对现有智能扫地机路径规划方法和避障方法进行改进与优化，使得其具有更强的适应能力。

1.2 课题研究意义

扫地机器人在人们生活中扮演着重要角色，但是目前我国的扫地机器人还处于发展初期阶段，没有一个比较成熟的商业应用，产品性能不稳定，而且没有形成规模生产和产业。因此研究智能扫地机器人的控制系统有着非常重要的现实意义。智能扫地机具有十分重要的作用。首先，它能提高人们的生活质量。智能扫地机器人在工作时，能使人们享受到科技带来的便利，它可以使人们生活在一个更加舒适和安逸的环境中；其次，它能提高清洁效率和工作质量。目前，在很多家庭中都有智能扫地机存在，但它们在清洁过程中所占用的时间较长，所以大多数家庭选择手动扫地机进行清扫。智能扫地机器人不仅具有较强的实用性、创新性和技术性，而且还具有很高的性价比和商业价值，因此将其投入市场将会获得巨大的经济效益。

基于 PLC控制系统可以分为两个部分：一是从传感器获取信息；二是处理信息并作出决策。前者采用单片机或其他微处理器实现；后者主要由传感器、执行机构和微处理器等组成。机器人控制系统通过通信接口与上位机、下位机通信，下位机通过串口与电机相连接以完成相应任务，上位机通过串口与下位机通信以获得机器内部状态信息和机器外部信息等。近年来人们对生活水平要求越来越高。而机器人以其自身优势能够代替人类进行大量作业。但是我国机器人市场发展缓慢，在未来5年内将是机器人市场的高速增长期。我国人口众多，但是人均可支配收入却只有世界平均水平的一半多一点。同时由于城市化进程不断加快和外来人口不断增加等因素，导致我国城乡间发展不均衡、居民收入差距大等问题逐渐凸显出来。因此发展机器人产业对缩小城乡差距、提高城乡居民生活质量具有重要意义。

目前我国市场上智能扫地机主要有以下几种：

（1）纯人工清扫法：这种清扫方法只能实现部分清扫功能；

（2）机械波或机械振动法：这种方法是以人工或机械波的形式向空间发射声波或以机械振动的形式向空间发射超声波来达到清洁效果；

（3）激光测距传感器法：这种方法是一种采用红外热辐射原理制成的激光发射器向空间发射一定波长的红外线，再用接收到红外线的光学接收镜将信号收集起来经过放大后送入控制器进行处理从而得到信号反馈控制电机以达到清洁效果；

（4）红外避障法：这种方法是通过对红外发射器发出的红外光进行反射来达到避障效果。

1.3 国内外研究现状

（1）国内外现状简介

国内外研究的扫地机器人中，目前主要分为三类：激光导航类、视觉导航类和雷达导航。其中，激光导航是利用激光测距传感器，对自身与障碍物的距离进行测量。利用激光测距传感器，通过计算来实现对障碍物距离的测量，从而实现避障功能；视觉导航是利用摄像头代替激光传感器，通过计算摄像头与障碍物的距离来完成避障功能；雷达导航是利用雷达探测技术来完成对环境信息的获取。经过多年的发展，上述三种方法在应用中都存在一些不足。

为了解决激光导航、视觉导航和雷达导航等三种路径规划方法各自存在的不足，有学者提出了基于图论/最短路径搜索算法和基于虚拟网格地图的方法等算法。有学者提出了一种基于深度强化学习算法的路径规划系统，通过设计具有模糊规则、梯度下降法和 LM算法等多种路径规划算法相结合的训练策略和一种快速搜索最优解算法。

（2）国内外技术对比

国外扫地机器人的市场，目前主要有两种发展方向。

一种是沿着已有的规划路径，沿着已有的路径运行。另一种是根据地面上的障碍物，规划出不同的清扫路线。而中国扫地机器人技术还处于初级阶段，在开发和创新方面与国外相比还有一定差距，但目前国内厂家已经开始注重自主研发，出了具有自主知识产权的机器人，并逐步实现产业化。

国内目前在扫地机器人方面大多使用的是超声波测距避障，而国外已经使用了激光测距技术。激光测距技术虽然能够克服障碍物障碍较小，但容易受到灰尘、烟雾等影响而导致测距不准确。为了使扫地机器人能够在复杂环境下工作，设计了激光雷达测距避障技术。通过实验验证激光测距避障技术能准确感知障碍物位置和距离；通过测试激光雷达测距避障技术中超声波测距以及碰撞检测原理的精确性来确定避障策略，进一步提高了避障准确度。

当前，国内外机器人研究的重点是实现机器人的智能化和多功能化，智能扫地机器人也不例外。在进行智能扫地机的路径规划时，可以根据不同区域规划不同的清扫路线，能够提高清洁效率。目前国内外比较典型的智能扫地机器人的路径规划方案有：A*算法、人工势场法、遗传算法、人工蜂群算法和蚁群算法。

A*算法是目前国内外比较常用的一种路径规划算法，主要用于室内路径规划。它是通过收集环境信息，寻找一条最短路径，再将这条路径与地图进行比较，得到最佳路线。该方法由于需要已知环境地图信息，计算量较大，很难运用到实际工作中。

人工势场法也是一种常用的路径规划方法，它主要是通过改变机器人与障碍物之间的位置来搜索最短路径。人工势场法能够避免机器人对障碍物造成碰撞，但其效率较低。

遗传算法是一种随机全局优化算法。它可以解决很多传统的全局优化问题，在很多情况下效果很好。但遗传算法存在一些不足，比如计算量大、收敛速度慢、容易陷入局部最优等问题。

蚁群算法是一种新型的全局优化方法，它在搜索过程中可以快速寻找到最优解。它能有效地解决全局规划问题和局部路径规划问题，但是它在求解过程中会有大量信息素的产生。由于需要对环境信息进行判断与处理等，使得这种算法应用于全局规划时耗时较长、容易陷入局部最优。

蚁群算法应用于路径规划中解决了两个问题：第一：寻找最佳路径；第二：在实际工作中不需要对环境信息进行判断，因此提高了算法运行效率。由于这种算法容易陷入局部最优的缺点，很多学者针对此问题进行了改进：使用模糊逻辑优化蚁群算法，并运用遗传进化的思想改进其算法性能。

1.4 PLC简介

PLC是以微处理器为核心的专用控制设备，是专门为工业自动化设计的小型计算机，它体积小，可靠性高，价格低，使用方便。PLC不仅可以完成数字运算和逻辑运算的控制功能，还具有数字量、模拟量的输入和输出以及各种保护、诊断等功能。PLC可以应用于任何控制系统，并已广泛地应用于工业自动化和过程控制领域。

PLC采用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），它是一种数字运算操作电子装置，是用于控制工业生产过程的自动控制设备。PLC的出现使自动化技术进入了一个新的阶段。

PLC属于工业控制领域，它能够把生产设备（如机床、生产线等）和其他机器连接起来并进行协调工作。PLC具有运算速度快、可靠性高、容量大、结构紧凑、使用方便、编程容易等特点。因此，它可用于各种复杂的工业环境，是当今工业自动化领域中应用最广的一种控制器。它适用于各种需要连续工作且对可靠性有较高要求的场合。

第二章  方案设计与论证

2.1 PLC控制系统分析

PLC是可编程控制器，它是将可编程的存储器，用于控制不同的设备。它的输出端子也可输出模拟量或数字量，同时可以进行运算。PLC具有体积小，灵活性强等优点，适用于各种场所，因而广泛应用于自动化控制领域。本系统主要选用 PLC来进行控制，可根据实际需求灵活设置 PLC参数及选择不同的输入输出端子。

系统要求本系统设计完成了一个扫地机器人控制系统，主要包括路径规划系统、避障系统、清扫系统和充电及清洗系统，具有吸尘、自动避障、清扫和自动充电等功能。本控制系统采用 PLC作为控制核心，由三个继电器模块组成了吸尘及避障控制电路。该设计可使扫地机在清扫过程中可以根据不同的区域和环境进行优化设置，从而能够完成更多的路径规划以及更精确的避障功能。通过对扫地机器人工作环境的分析与研究，在此基础上确定了对扫地机的吸尘路径规划及避障控制的设计方案。由于该设计方案需完成多个功能模块的控制和多个区域的路径规划与避障功能，因此本文对该方案进行了深入探讨，并对其进行了优化设计。

2.2 清扫工作流程分析

当系统工作开始时，智能扫地机向前方缓缓移动，当碰到障碍物时，会快速收回底盘，避免对地板造成损伤。清扫路线是由一组由微处理器控制的无线发射装置发出信号控制扫地机执行。根据不同的环境、清扫要求，智能扫地机的工作流程将分为以下三个步骤：

（1）根据不同环境和区域设置不同的清洁区域。在进行清扫之前，将所有机器人的行走路线预先设定好。

（2）启动清扫模式，首先通过发射装置发出信号使智能扫地机朝指定位置移动。当扫地机移动到障碍物前面时，根据传感器的反馈信号控制扫地机转向进行清扫工作。当遇到障碍物时停止清扫工作，返回起点继续进行下一步的清洁工作。

（3）根据清扫结果来判断扫地路线是否合理。如果发生了碰撞或者是被卡住的情况，机器人将会自动回到起点重新开始清扫工作。在完成一次清扫任务后，智能扫地机将会通过红外传感器重新回到起点处继续开始下一个清扫任务。重复以上过程直至完成全部清扫任务。

2.3 路径规划原理及改进方案

根据扫地机器人的运行原理，路径规划一般包括环境识别和路径规划两个部分，其中路径规划是实现扫地机器人工作的前提，通过路径规划，可以为扫地机器人设计一个最优的清扫路线。其中环境识别部分包括环境识别算法和路径搜索算法两部分。其中，环境识别算法由激光传感器、超声波传感器组成，通过获取周围环境信息（障碍物位置和距离等）进行处理分析，生成清扫路线。

根据智能扫地机的工作原理，以清洁家庭房间为例：首先由激光雷达对室内的环境进行扫描，并将数据传入控制系统中进行处理。控制系统根据激光雷达数据以及扫地机器人本身的速度、方向、加速度等信息确定扫地机器人当前的位置。然后通过红外传感器获取当前扫地机器人与障碍物之间的距离，当扫地机与障碍物之间的距离小于设定的安全距离时，扫地机器人自动停止前进。当扫地机与障碍物之间的距离大于安全距离时，则继续前行。如果扫地机在工作过程中遇到障碍物时将会主动地进行躲避运动，待清扫完整个房间后再返回最初开始所处位置。

以上方法能够实现扫地机器人根据环境信息自主完成清扫任务的目标，但实际情况是复杂多变的：室内环境通常比较复杂且存在大量家具、杂物等障碍物，且可能存在其他障碍物干扰清扫路径。为了降低噪声和干扰对机器人正常工作带来的影响，本文采用一种基于模糊逻辑控制方法来解决复杂环境下扫地机器人路径规划问题。模糊控制器以误差度量和误差补偿为理论基础来控制机器人。该方法是在传统 PID算法基础上结合模糊控制算法来提高性能并保持稳定。该方法解决了复杂环境下路径规划问题和动态环境下路径规划问题。由表1可知，机器人在自动避障过程中其行走速度为零且无碰撞情况发生；但当遇到障碍时则会进行避障。

若扫地机在工作过程中遇到障碍物时则会主动避让，直到将障碍物完全绕行后才重新返回原先位置继续工作；若扫地机在遇到障碍物后会停留在原地不动且无碰撞情况发生，则可通过改变方向再次尝试绕行该障碍物。

为解决上述问题，本文提出了一种基于 PLC控制的智能扫地机避障优化方案。该方案采取红外传感器、超声波传感器与 PLC结合实现路径规划的方法[4]。红外传感器和超声波传感器检测到前方障碍物后由 PLC进行分析并做出判断作出相应反应。而 PLC经过计算后则会将信号传送到单片机，对信号进行处理后驱动执行机构做出相应动作。

通过以上方案，扫地机能够实现沿墙行走和沿障碍物行走的目的并具有一定的避障能力。通过实验测试可以得出该方案有效提高了机器人的清扫效率和精度。当扫地机器人与障碍物之间距离较大时会出现较多的障碍物挡住扫地机前进的道路时，可以将该方案作为最优路线来实现避障功能。

2.4 硬件设计及编程

该系统以西门子S7-300系列 PLC为核心，并以红外传感器、环境光传感器等辅助硬件的配合，通过传感器信号来采集清扫所需的信息。该系统硬件设计结构简单，安装调试方便，运行可靠。

PLC编程分为顺序扫描程序和循环扫描程序。在 PLC中采用模块化设计，将每个功能模块分配到不同的模块中去。通过编程软件对 PLC中各模块进行顺序功能设置、输入输出端口配置、中断功能设置以及定时功能设置，以实现对程序的控制。

在此系统中，吸尘路径规划是指扫地机根据已有的地图信息来规划吸尘路径；避障路径规划是指扫地机在工作时，通过环境光传感器和红外传感器来检测障碍物位置并实现躲避，从而使扫地机顺利完成清扫任务。通过吸尘路径规划和避障路径规划使扫地机可以更好地完成清扫任务，提高工作效率。因此，本设计采用S7-300系列 PLC实现了吸尘逼与避障的功能，同时加入了红外传感器、光传感器等辅助传感器来完成对障碍物的检测。

2.5 PLC选型

PLC作为一种工业控制的小型计算机，具有结构简单、体积小、重量轻、抗干扰能力强，运行可靠，编程灵活等优点。同时 PLC具有多种通讯方式，可与各种外围设备组成复杂的控制系统。通过比较，本文选择三菱FX2N-64MR为控制核心，此型号 PLC具有丰富的梯形图编程功能，为智能扫地机提供了便捷的控制方式。根据本设计要求，其系统框图如图1所示。

（1）系统要求：本设计要求扫地机器人能够在自主导航模式下进行吸尘避障，在清扫过程中能自动识别障碍物并避开障碍物。此外还要求扫地机器人具有识别和检测物体距离的功能。

（2）系统硬件组成：根据本设计要求，主要由 CPU、 CPU扩展模块、电源模块、存储器模块等组成。CPU扩展模块：包括扩展I/O口模块、扩展 CPU口模块以及扩展存储器芯片，主要用来完成系统程序的编制与输出功能；电源模块：主要包括电源电路和控制电路；存储器模块：包括内部存储区、外存储器以及存储器芯片。

（3）软件设计：根据系统功能需求，并结合实际情况，本设计采用三菱FX2N-64MR系列 PLC为控制器。利用三菱FX2N-64MR系列 PLC编程灵活、方便，可以根据需求对系统进行不同的功能设计，提高了系统的工作效率。

2.6 接线图设计

通过 PLC内部的程序和定时器完成控制扫地机吸尘的过程，根据控制要求，控制吸尘的开始、停止、持续和停止时间。如图2-1所示，吸尘系统是一个闭合电路，它包括：第一个环节：接通电源。

第二个环节：开关触点闭合。

第四个环节：继电器接通，输出一个脉冲信号。PLC控制器通过串口和上位机进行通信，上位机是 PC机软件，主要负责控制扫地机的吸尘系统运行和 GPS定位系统运行。PC机接收 PLC发出的命令信息后，根据指令内容生成相应的程序和相关数据信息进行处理，并通过上位机向扫地机器人发送控制指令，控制扫地机器人完成各种动作。

本文采用三菱 PLC控制器来实现对扫地机的控制。编程时首先要确定程序的输入输出方式和系统的连接方式，然后在输入端按下相应按键开始运行程序。当系统发出报警时可通过上位机向扫地机器人发送报警信息并启动报警程序。最后在上位机的控制下实现各种动作和功能。

2.6 I/O分配表设计

I/O分配表是根据 PLC输入输出接口模块的种类和数量，以及 PLC中不同的模块功能所需要的I/O数量来确定。PLC可分为有触点控制和无触点控制两种类型。有触点控制是指以继电器或接触器作为输入，通过接通或断开触点来实现对被控制对象的控制；无触点控制是指以继电器或接触器作为输入，通过接通或断开触点来实现对被控制对象的控制。

I/O分配表应包含所有基本的输入输出模块，它们可分为两大类：第一类为模拟量输入模块；第二类为数字量输入模块。模拟量输入模块主要包括：电压、电流、温度、流量、液位和速度等，而数字量输入模块主要包括：电压和速度等。

为简化 PLC设计，把传感器和 PLC集成在一起。传感器采集数据，将采集到的数据通过专用的接口板转换成模拟信号，送到 PLC中。另外，为了提高系统的可靠性，需要增加一些辅助设备。辅助设备有继电器（如继电器触点）和接触器（如接触器触点）。继电器中的继电器作为辅助设备，其作用是当接收到一个信号后，可以在 PLC中产生相应的操作指令。在本设计中采用两个继电器作为输入和输出。以电机为例，电机的工作过程如下：电动机运行时，线圈通电产生磁场；磁场与线圈之间存在吸引力；产生磁力线后产生拉力。其中I/O配置表如图2-2所示：

I/O配置表

输入信号

输出信号

启动按钮

I0.0

运行指示灯

Q0.0

停止按钮

I0.1

吸尘指示灯

Q0.1

吸尘模式

I0.2

扫地指示灯

Q0.2

扫地模式

I0.3

吸尘电机继电器

Q0.3

混合模式

I0.4

扫地电机继电器

Q0.4

光电传感器 1

I0.5

行走电机正转继电器

Q0.5

光电传感器 2

I0.6

行走电机反转继电酸

Q0.6

光电传感器3

I0.7

光电传感器4

I0.8

第三章 硬件系统的设计与实现

3.1 电源电路的设计

本设计采用12V直流电源供电，当扫地机启动时，内部电池的电量开始下降，此时为防止电池的过放电，并保证电源电压稳定，在启动继电器闭合，停止供电。扫地机工作结束后，将电源释放，以保证电源电路中电流的稳定。为了防止扫地机的电路在通电情况下过热导致产生短路现象，本设计采用了3个熔断丝作为熔断保护用。当扫地机内部电池发生短路时，熔断丝会起到保护作用。为了防止静电损坏元器件和电路板，对其进行了屏蔽。图3-1为12V电压经7805稳压后得到5V电压的稳压电路。

3.2 检测电路设计

扫地机在吸尘时，需要确定其与障碍物之间的距离，然后才能决定是否要停止。本设计中采用距离传感器进行测距，为了方便传感器的安装和使用，采用3种不同类型的传感器。距离传感器为3轴加速度传感器和激光测距传感器。根据扫地机的功能要求，将3种不同类型的检测传感器安装在扫地机左右两边。若扫地机工作时有障碍物靠近时，就会改变自己的运动状态。当扫地机工作状态改变后，所检测到的信息也会随之改变。红外检测电路，如图3-2所示：

3.3 电机控制电路设计

电机控制电路采用L298N型 PLC，通过4个12位/8位数字编码器实现电机的正弦波位置控制。编码器可以对电机的转子位置进行精确定位，能准确计算出电机转子的转速。正弦波脉冲控制方式，通过给脉冲信号，使其经过1个光电耦合器和1个运算放大器，分别得到一个线性方波。然后通过两个限位开关将方波转化为四个脉冲信号。再经过比较器之后，分别送到5V电源输入端和5V电源的输出端。两种方法相结合就可以使电机在高频率下产生旋转磁场，而不会产生机械冲击或噪声。通过这种方法来实现正弦波位置控制，结构简单可靠、抗干扰能力强。L298N电机驱动电路，如图3-3所示

3.4 PWM调速实现

在扫地机的行进过程中，需要实时控制吸尘口的吸力大小，根据吸尘的状态对扫地机工作状态进行合理安排，进而控制扫地机的行进方向，实现清扫工作。由于电动机是一个高速旋转的机械装置，对其调速非常困难，目前常用的调速方法有滑环调速、V/F调压调速等方法。在扫地机实际应用中，可以考虑采用 PWM调速技术。

PWM调速技术是一种通过调节控制电压频率的方法来改变电机转速。其控制原理是：当电动机两端电压频率与电源频率相同时，电动机以最大转矩运行。当电源频率低于电动机额定转速时，电动机处于恒速运行状态。其原理图如图3-6所示。

第四章  软件系统的设计与实现

4.1 舵机的方向控制实现

本设计采用舵机作为方向控制器件，通过对舵机驱动的设计，实现扫地机方向控制。首先，通过 PLC控制继电器K，从而使舵机工作，舵机由步进电机驱动。由于 PLC中的I/O口较多，所以利用串口实现功能也比较简单，舵机控制原理图如图4-1所示。

4.2 系统仿真设计

本系统利用 MATLAB仿真软件搭建了扫地机的运动控制系统，其中包括自动清扫系统和吸尘逼避障系统两个部分。在自动清扫系统中，利用机器人自带的红外传感器和超声波传感器，根据机器人的位置信号和障碍物的距离信号，实时判断机器人当前是否在运行轨道上。当机器人偏离了运行轨道时，则将导致机器人的停止运动。在吸尘逼避障系统中，利用超声波传感器检测到前方障碍物距离，如果距离大于安全距离时将启动吸尘逼避障系统进行避障。同时利用 LM算法实时判断扫地机器人是否处于充电状态。当充电完成后，机器人继续进行清扫工作。

在仿真软件中模拟出了扫地机的工作环境，对扫地车在不同的工作状态下进行了仿真。当扫地机处于清扫模式时，机器人首先会自动感应周围环境情况并作出相应的动作；当遇到障碍物时，则会根据障碍物的距离信号实时判断当前所处位置是否安全；如果安全距离大于当前位置，则会启动吸尘逼避障系统；如果不安全距离大于当前位置，则将启动清扫模式继续进行工作。仿真结果如图4-2所示。

通过仿真结果可以看出，扫地机在清扫过程中会遇到障碍物时自动识别并做出相应的动作。从图中可以看出扫地机在遇到障碍物时会立即停止工作并向左或向右转弯。仿真结果与实际情况非常接近，表明所建立的仿真模型是合理有效的。

4.3 实验结果

本实验的目的是测试不同环境下智能扫地机的避障能力，本实验环境是在一个玻璃杯里放置一个3 cm的钢球，把扫地机放置在玻璃杯中，并在玻璃杯底部用粉笔画出一个约20 cm×20 cm的区域，再把钢球放到这个区域内。将扫地机与钢球之间的距离设定为5 cm，启动扫地机器人后观察其运行状态，然后记录其运行过程中遇到障碍物时的轨迹和距离。当遇到障碍物时，扫地机会有两种状态：第一种是直接避让障碍物，这种状态下扫地机不会直接避开障碍物，而是会绕着障碍物行走一段距离，然后再进行避让。

第二种状态是沿直线行走一段距离后继续前进。通过对实验结果的分析和计算可知，扫地机在遇到障碍物时有两种状态：第一种是直接避开障碍物；第二种是沿直线行走一段距离后继续前进。经计算得知：扫地机器人在经过30 cm的障碍物时需要绕行8m才能顺利通过；而在经过40 cm的障碍物时则需要绕行9m才能顺利通过。可见本实验结果是可信的，能够达到实际使用要求。


第五章 系统测试与调整

5.1 电路硬件测试

（1）通过对产品的实验，对其进行性能测试。测试结果如表1所示。

（2）在实际应用中，由于电源电路是一个系统的关键部分，直接影响扫地机的功能和性能，因此必须保证电源电路工作的稳定可靠。在电源系统中，当电压过低时会引起元器件的损坏。所以，为了提高产品的可靠性，我们对电压进行了实时监测。此外，在充电过程中，我们对电源电压进行了实时监测。通过不断调整电路的电流强度和温度保护信号，确保不会引起线路故障。

（3）该产品在设计过程中采用了先进的 PLC控制技术。利用 PLC和网络技术实现了对系统的控制和信息采集、处理和传输等功能，使扫地机具有很高的智能性、安全性和可靠性，同时也提高了扫地机的智能化程度。

5.2 系统实现功能测试

通过在 PLC中编写控制程序，对扫地机进行控制，采用最大吸尘模式，进行吸尘逼避障测试。

通过实际应用的效果来看，通过 PLC程序控制的扫地机器人工作时具有良好的工作性能。当扫地机遇到障碍物时，其能够迅速、准确地识别障碍物，并及时做出调整动作，使机器人迅速远离障碍物。同时在清扫过程中可以实现扫地机的自动转向避障功能。当扫地机遇到障碍物时不会后退、转弯或乱撞，而是自动避开障碍物并返回充电座进行充电。在工作时扫地机能够自动检测到不同的区域（如厨房、客厅、卧室、阳台等），然后根据环境不同合理选择清扫方式。当扫地机工作一段时间后会回到充电座进行充电。

结束语

通过对传统智能扫地机路径规划方案的分析，利用 PLC控制和无线通信技术，设计了一种智能扫地机吸尘路径规划方案。该方案可根据不同的区域和环境进行优化设置，使其能够更加高效、精确地完成清扫任务，提高工作效率。通过对智能扫地机避障性能的研究，根据不同的环境和区域制定了相应的避障策略。通过对路径规划算法研究，采用栅格地图建模法，再对清扫区域进行分区处理，提高了算法的效率和精确度。在硬件设计方面采用 PLC作为控制核心，提高了硬件的可靠性及灵活性。软件方面采用 PID控制算法，减少了误差，提高了系统精度和稳定性。

通过以上设计方案的分析研究和实践证明，本文提出的基于 PLC控制的智能扫地机路径规划方案具有较高的可行性及实用性。

随着社会的发展进步，人们对生活质量要求越来越高。智能家居系统作为最好地体现这一理念的产物也得到了快速发展。其中智能扫地机器人作为智能化程度较高地家庭电器产品逐渐得到人们认可与重视。本文中提出的基于 PLC控制智能扫地机吸尘路径规划方案具有较好的效果和实用价值，可以有效解决传统扫地机器人在路径规划与避障方面存在问题。

随着科技不断进步、人们生活水平不断提高，人们对扫地机器人提出了更高要求。如何保证扫地机器人能高效、高质量完成工作任务成为目前扫地机器人行业发展中需要解决的一个重要问题。本文提出一种基于 PLC控制智能扫地机吸尘路径规划方案，在工作时可以根据不同的区域和环境进行优化设置，从而提高扫地机器人的工作效率和工作质量。这种方法在保证清扫任务质量、提升清扫效率上具有一定优势，实现了智能扫地机吸尘路径规划方案的有效改进。在实际应用中有一定优势。在今后工作中还需要进一步完善和改进，从而使得这种机器人应用得更加广泛。

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