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經過幾番家裏各廳房環境實測後 著實驚奇其超乎想像效果
實在非常神惘於這小傢伙的路徑規畫
又找到了《 電子工程專輯 》網站上相關評述 ...Orz
具備智慧型掃除功能的低成本Roomba機器人 2007/03/14
飛碟狀的Roomba Discovery機器人吸塵器是美國iRobot公司Roomba系列機器人中的高階產品，在任務完成或電力不足時能夠自動返回充電座充電。該產品附帶一個無線遙控器，可在20英呎外遙控。
在清掃方面，這款Roomba Discovery機器人主要依賴一個攪拌器桿(beater bar)和毛刷設計以及一圈鞭狀毛刷，可徹底清掃牆邊角落。它採用無紙袋集塵箱來收集所有的垃圾。儘管沒有傳統的高吸力，在我們非常有限的測試執行中，Roomba Discovery的集塵工作十分出色。
在行動性方面，它採用雙輪驅動機制，並另附有一個轉輪。這三個輪子都具有基本的彈簧懸吊裝置(可進行自動高度調節)。這種驅動輪結構提供了行動性，並只需簡單的直流電機即可運作，但滾輪控制並非單純的開或關這麼簡單。在轉輪裝置中，有一個用來檢測輪子旋轉速度的截光器(optical chopper)，透過計算發射器/檢測器光電路中轉輪葉片的中斷情況來監控輪子的速度。這種監控還能提供控制轉向(透過使一個轉輪旋轉速度快於另一個來實現轉向)所需的反饋，以設立一種內部基本‘映射’，反映出房間中哪些區域已被清潔，還有哪些地方仍需注意。透過這種追蹤探測，Roomba Discovery可確保在自動吸塵時不會漫無目的地隨處亂走。
關鍵技巧
要讓機器人吸塵器具有實用性，關鍵技巧在於對周圍環境的瞭解。當Roomba碰到障礙物或物體邊緣時，由一個邊緣檢測裝置進行‘減震’並打開轉輪標記(wheels flag)。更重要的是，該裝置在機體四周使用了四對的紅外線(IR)發射器/檢測器，這四對發射器/檢測器會不斷檢測是否有像樓梯這樣的會使Roomba跌落的邊緣，以避免跌落損壞。當該機器人立足在地板上時，發射器發出的紅外線訊號將反射回檢測器。但若某一發射器下是一塊空地，則不會反射回紅外線訊號，此時即顯示可能有危險，於是Roomba便會倒退或停止以保護自己。整個裝置的作業相當簡單、具智慧性且價格低廉。
此外，‘灰塵檢測’功能也是一種智慧表現。由於地板上總有一些地方特別髒，Roomba會加長對該地方的清潔時間。一旦這種地方清理完畢，該檢測功能會通知Roomba可以繼續向前了。
上述的感測解決方案是一種極佳的低階方案。Roomba Discovery整合了一對基本壓電麥克風，讓這兩個廉價的壓電盤式揚聲器(與玩具及會說話的賀卡中採用的相同)以相反方向置放。壓電元件的表面會朝進入設備底部清潔腔的方向放置，以便‘聆聽’塵屑的聲音，當碰到灰塵和碎屑時，即會產生小電壓。若這些硬幣大小的塵屑撿拾器及其相關運算放大器在清潔區域產生一個標記，意味著需要更大的清潔力度。當一切歸於平靜時，Roomba Discovery便會推斷所有塵屑已被收集完畢，而後會繼續向前。
高整合度的控制管理
該電子設備令人訝異地把設計中所需的所有感測器監控、電機驅動、演算法處理和常用控制功能整合在一起，透過一個飛思卡爾16位元微控制器MC9S12E128CPV來進行控制管理。除了CPU核心外，這一元件還包含128kb快閃記憶體、8kb RAM以及大量週邊設備模組，如計時器、D/A轉換器、多通道A/D轉換器和若干串列介面。該MCU的內部數位電源電壓(2.5V)由一個晶片上穩壓器產生。在22.5mm×5cm的控制器板上，除了幾個訊號調節運算放大器和用於電機驅動的眾多功率電晶體之外，就只有分離式元件。
這款Discovery產品還附贈一個包含了紅外線(IR)發射器的充電基座。該發射器作為Roomba的訊號標誌，讓它可自動尋找充電基座所在之處，時間到了就回家充電。Discovery中還有兩個電池供電、可製作虛擬牆的裝置，能限制清掃範圍，避免吸塵器進入禁止地帶。
所有這些週邊設備都包含該公司運用低成本晶片與導線組裝的小型電路板。充電基座還包含一個額外電路，用來解決該吸塵器14.4V NiMH電池模組的充電控制問題，這個電池模組為整個系統提供能源，佔了Discovery重量的很大比例。
在Roomba Discovery的設計中，最複雜的地方應該是機電部份，尤其是感測器、開關、電機及其相關連線的整合。說實在話，其連線的複雜性大得可怕。要保證最終產品的成本效益，唯一的辦法是採用低成本勞力進行生產(該裝置在中國生產)。
Roomba Discovery把一種主要演算法增值導入了電機驅動、障礙檢測和除塵功能的基本架構中。結合廉價的感測器解決方案，功能多樣化的MCU和低成本勞力組裝，共同製作出了一種非常實用、低於300美元的家庭機器人。
Roomba在互連方面非常複雜。雖然半導體方面的複雜性主要集中在飛思卡爾的多週邊設備控制器上，但大量的感測器及附加電路板需要插頭連接器以連接回中央電路板，這就意味著需要大量的電纜線束。由於這些電纜中大部份都是用於驅動和吸塵器電機的，而它們都是在主電路板上進行能量驅動的，因此必須解決大電流噪音管理問題，採用一個Samxon的電解濾波器電容可協助消除噪音。
在灰塵檢測板上，壓電式塵屑拾取器的低電平訊號必須保持純淨，故此處的噪音管理也十分重要。設計中採用了一對比較昂貴但更有效的AVX鉭電容，以避免對灰塵檢測的不良影響。總而言之，這種強有力的混合訊號特性在整個設計中產生了對其它被動元件的大量需求。
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