摘要机器人技术涉及领域众多，包括电子、机械学、自动控制、传感器技术等，是一门多技术集合的领域。

随着工业自动化在世界的飞速发展，移动机器人在生产生活中的地位逐渐提高。

文章主要讲述了家庭机器人的设计过程，以及机械手的设计方案。

以AT89C51 单片机作为本次设计核心，借助L298N电机控制芯片以完成对直流电机的控制，比如如何启停，如何改变方向，改变行驶速度。

以应对移动机器人所需完成任务动作的要求。

在如何选择合适的机器人设计中，采用了脉冲宽度调制技术对电机进行控制，为了达到期望值采用调节占空比大小来实现。

关键词：智能家居机器人；AT89C51 单片机；L298N电机控制芯片；PWM控制；电机控制。

ABSTRACTRobot technology involves many fields, including electronics, mechanics, automatic control, sensor technology and so on. It is a field of multi technology collection. With the rapid development of industrial automation in the world, the position of mobile robots in production and life is gradually improving. This article mainly describes the design process of the family robot and the design plan of the manipulator.With the AT89C51 MCU as the core of this design, the control chip of L298N motor is used to control the DC motor, such as how to start and stop, how to change direction and change the speed of driving. In order to meet the requirements of mobile robot for completing tasks. In how to choose the suitable robot design, the pulse width modulation technology is used to control the motor. In order to achieve the desired value, the size of the duty ratio is realized.Key words：Screening manipulator；AT89C51 monolithic integrated circuit,；LN298 motor control chip,；PWM technology；motor control.第一章绪论1.1 智能家居机器人的发展现状机器人大家都不陌生，我们首先来谈谈移动机器人。

移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。

[12]随着传感器技术和自动控制技术的不断发展，机器人的性能得到不断提高。

机器人的应用也不再局限与工业生产以及军事领域，它同时还广泛于民用领域，如除草、灌溉、导航、室内清洗和安全防范等等。

那么什么样的机器人是服务型机器人呢？这里国际机器人联合会(International Federation of Robotics，IFR)给出了一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。

[13]国际机器人发展现状首先，世界掀开全面研究室外移动机器人的序幕的起源，可以追溯到上世纪80年代左右。

当时的美国国防高级研究计划局(DARPA)专门立项,制定了一份地面天人作战平台的战略计划。

如著名的DARPA“战略计算机”计划，其中的Autonomous Land Vehicle计划(1983—1990),也就是我们所说的自主地面车辆或地面自主车辆计划。

美国国家航空航天局（简称：NASA）于1994年在斯珀火山口用自己资助研制的“丹蒂II”八足行走机器人完成了一定的演示。

虽然它回归途中出了点意外，但它却完成了一定探险任务，对以后移动机器人完成此类任务有重要的参考价值。

不仅如此，他们于1997年在火星上使用机器人探险的全球报道也是赫赫有名，机器人Rocky7克服重重困难，终于不负众望在Lavic湖那充满岩溶流和干枯的湖床上进行了成功的实验。

证明了长距离外星球探险的可行性以及人类对外太空的浓厚兴趣。

对以后再次的外空探索实验打下了坚实的基础。

德国的工业实力也不容小视，该国研制的轮椅机器人更是在有大量流动乘客的乌尔姆市中心和拥挤的汉诺威工业商品博览会的展厅内，凭借该国先进的技术成功的通过36个小时之久的漫长考验。

该轮椅机器人所表现出来的优异性能，在当时的移动机器人领域独领风骚，让我们由衷的佩服德国工艺。

我国机器人发展现状当然，我国也在马不停蹄地研制自己的机器人，1995年由清华大学自主开发的移动式护理机器人，以其七个自由度的功能，给高位截瘫人员带来了福音，其功能是在患者无人帮助的情况下，满足患者一定的取药，倒水以及查看书籍的目的。

中国科学院沈阳自动化研究所的AGV（Automated Guided Vehicle，“自动导引运输车”）以及防爆机器人。

虽然我国这方面起步比较晚，在1990年左右才开始服务机器人的研究工作，但是丝毫不影响我国对其的热爱和追求。

我国服务机器人的市场的初步形成，那要从2005年起才开初具规模。

家用服务机器人市场潜力巨大，增速相对其他类型机器人产业稍稍领先。

预计未来我国机器人市场会持续保持上升趋势，规模和技术将提高到一个新的层次，紧追欧美国家。

1-2智能家居机器人发展现状要将移动机器人投入实际生活中,必需使其拥有良好的运动系统、可靠的导航系统、精确的感知能力和一定的安全性能。

移动机器人的智能指标有三点1）自主性：指机器人能根据工作的要求和周围的环境，自己制定工作步骤和方式的能力。

2）适应性：指机器人要具有一定的适应能力，能够识别和测量周围环境因素，并做出正确的、合理的判断的能力。

3）交互性：指机器人能与环境、自身各机器原件、人进行互动，能够完成信息的获取以及处理能力。

a机器人结构根据机器人的运动方式可分为：轮式、履带式和步行式。

较好的路面则首先考虑轮式和履带式,而步行机器人则更适用于路面情况复杂的场合。

当然，如果路面复杂多样,则可采用轮、腿、履带并用。

本课题中的机器人由于是在家庭环境下工作，所以采用轮式。

轮式移动机器人具有控制简单、运动稳定和占用面积小等特点。

b机器人体系结构机器人的智能系统是一个高智能、多系统的复杂系统,不是简单的单元连接,系统的总功能是将种部件多层次的协调和分工中集成。

可以使用包容体系结构（subsumption architecture）实现，简单的说就是，一个行为建立在其他行为之上。

当两个行为发生冲突时，一个中央仲裁器决定哪个行为应该优先。

它的效果好于其部分之和。

较高层行为包容较低层行为。

c运动规划它的目的在于一个存在障碍物的环境中,如何规划机器人行驶路径。

运动规划是否有效，决定了机器人运动时间和能量损耗，好的运动规划可以提高机器人的工作效率d导航和定位精确的位置定位是机器人需要解决的基本问题。

机器人执行任务时首先要解决导航和定位,有两种位置测量法:相对和绝对位置测量。

其中相对定位有里程计法和惯性导航法，而绝对定位有信标定位、地图匹配、GPS、概率定位等1-3本课题研究的意义本机器人集机、电、计算机为一体,集合了机械与电气工程专业多门学科的长处。

培养自我专业素养和技术，锻炼技术，增强实力。

为以后从事该类工作打下基础。

而且该系统是为开放式的,为以后改善其功能提供了保证。

机器人小车系统作为机器人的移动平台,随着以后对其功能的逐步扩充和完善,我相信以后能得到更大的使用发展空间。

第二章智能机器人的理论知识和系统方案2.1总体设计思路总体设计框图如下关于CPU的选择则有两个:一个是单片机控制，还有一个是PLC控制。

采用89C51芯片作为控制单元。

因为这种单片机的成本低，性能好，抗干扰能力强，超低功耗，低电磁干扰。

并且能与传统的8051单片机程序很好的兼容。

它不需要改变硬件和支持系统编程技术。

ISP可以在没有程序员的情况下直接在PCB 板上刻录程序，而且修改和速度调节非常方便[1][2]。

传动机构有多种，其中包括齿轮传动、齿条传动、螺杆传动、链传动等。

通常我们可以使用电机驱动装置的扭矩特性:扭矩很小，所以如果要增加扭矩，就必须使用传动装置来提高设备的尺寸和能力来驱动负载。

本文设计的机械手主要有一下几个特点是:（1）结构紧凑，这就意味着在满足机械手结构重量最轻以及体积较小的情况下可以达到需求的传动比和驱动功率；（2）传动刚度大，这种特点可以很好的使系统的固有的频率得到很好的提高，这样就可以使得系统的在低频率段的振动降到最低，同时使得机械手的扭矩角度变形很小；（3）回差要小，当机械手的驱动电机转动的时候空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度；（4）寿命长、价格低。

执行机构、控制系统、驱动系统是这次设计机械手的三个重要部分。

（1）执行机构1) 手腕手腕是联接手臂与末端执行器的部件，用以调整末端执行器的方位和姿态。

2) 手臂手臂是支承手腕和末端执行器的部件。

它由动力关节和连杆组成，它们可以很好的满足末端执行器的位置要求。

3) 机座机座是机械手的基础部件，并承受相应的载荷，机座分为固定式和移动式两类。

（2）控制系统由控制系统来领导机械手完成所需完成的动作，主要可分为开环控制系统和闭环控制系统这两类。

现在市面上大多数工业机械手都是由计算机来完成对其的控制。

决策级，策略级和执行级这三级则构成了控制系统控制级：这三级之间如果得到很好的配合就可以协调的控制整个系统的动作，执行系统相应的操作，使的机械手臂可以非常有规律的完成一系列的动作和指令，以达到系统要求的结果。

（3）驱动系统机械手的驱动装置的用途是需要将得到的信号进行放大之后，来对机械手进行驱动，实现整套系统的传动。

一般来说，需要为机械手安装不同的传感器，安装多种传感器的目的是为了检测装置的位置和动作，以便更好的进行控制，使得系统的控制更加的合理[5][6]。

2.2 红外通信原理波长在750nm至1mm之间的电磁波则被称为红外波，相对于微波，它的频率较高；而低于波长400至760nm的可见光，因此是一种人的肉眼看不到的光线。