通风管道清扫机器人的开发设计

　　摘 要 本项目所研制的系统以单片机MSP430为主控芯片，利用相应的传感控制技术，采用轮式移动机构；配有高速旋转的清扫机构，装有摄像头以及照明灯；采用无线控制方式，由操作人员在管道外进行控制。结合创新机械结构，加大除尘清扫范围，可以充分弥补现有通风管道清扫机的缺陷，达到智能化。

　　关键词 单片机；传感控制技术；摄像头；智能化

　　中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0013-02

　　1 作品介绍

　　1.1 作品背景

　　据调查报告显示，通风管道经长时间使用后会产生大量的灰尘、污垢等，进而会衍生大量的细菌等。这大大的影响通风管道的通风性能，更严重的是细菌随送风系统吹进室内，污染室内的空气、传播疾病，严重影响人们身心健康。人长期呆在这样的空间里，易患呼吸道疾病，头晕、乏力，免疫力下降等状况，还容易感染皮肤病。因此，对通风管道的定期清扫是非常必要的。

　　由于通风管道的结构复杂，大小不一，要对其进行清扫非人力所能及的，故而开发一款轻巧的机器对通风管道进行清扫是非常必要的。

　　1.2 创造目的

　　1）提高设备的智能化，通过车身上的摄像头进行管道图像扫描，保存管道地图，建立相应的数学模型，实现清扫的最佳路径，努力实现通风管道清扫机器人的自主清扫，尽最大努力减少人为控制。

　　2）采用横向单排旋转硬毛刷清扫底层，结合机械臂上的毛刷清扫顶层及其四周，加大对通风管道的清扫范围。

　　3）结合3G网络，实现摄像头图像实时传输，方便人为观察管道内的情况，以及对清扫时可能出现的突发事件，提供人为处理参考信息。

　　2 作品方案

　　受建筑物楼层高度的限制，通风管道的形状主要有圆形和方形，管道的规格也各有不同，最扁平的管道高度仅150 mm左右。而企业厂房一般楼层较高，为了减小送风阻力，会采用圆形截面的管道。因此通风管道清扫机器人设计指标确定为矩形管高度150～650 mm和圆管最小直径 350 mm能适应大多数通风管道尺寸。系统结构图如图1所示，机器人分为以下几个部分。

　　3 系统硬件设计

　　3.1 系统处理CPU

　　主控芯片：由于整体机械结构以及控制的要求，我们采用MSP430这款超低功耗单片机作为主控芯片，降低我们的系统功耗，而且内部资源丰富，处理速度快，能够提供多路的PWM控制信号。

　　辅助芯片：本作品需应用摄像头采集技术，结合工作环境的特点，我们采用TQ2440这款开发板，稳定的性能，过硬的质量，丰富的扩展接口，足够我们进行图像的采集和处理。