室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)充電技術(shù)

1、機(jī)械與電子2007（3室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)充電技術(shù)機(jī)器人能檢測到什么時(shí)候需要充電。一種方法是監(jiān)測電源的電壓或者限制機(jī)器人的運(yùn)行時(shí) 間。另一種方法是精確測量使用的電能。通過對電源的監(jiān)測，機(jī)器人能夠預(yù)測何時(shí)需要充電。b.機(jī)器人必須被放置在離充電座足夠近的地方。不同的導(dǎo)航方法，如視覺識(shí)別、循墻、循跡 和光跟蹤源,每種方法都有它們的局限性。如果沒有環(huán)境地圖，機(jī)器人離充電座太遠(yuǎn)將無法找 到充電座。c.機(jī)器人要能對充電座進(jìn)行定位。目前的系統(tǒng)一般采用激光測距儀或視覺傳感 器來探測充電座。它們一般是基于外觀（如光流分析）、圖像變形、特征提取或激光條形碼 來識(shí)別。d.機(jī)器人從當(dāng)前位置移動(dòng)到充電座需要導(dǎo)航行為。在可

2、能面臨障礙物的情況下， 機(jī)器人如何從當(dāng)前位置運(yùn)動(dòng)到充電座，機(jī)器人系統(tǒng)必須具有導(dǎo)航、避障和路徑規(guī)劃能力。e.機(jī)器人和充電座之間必須能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電器連 接與脫離。一般情況下，在機(jī)器人上設(shè)計(jì)一個(gè) 公頭連接器，在充電座上設(shè)計(jì)一個(gè)母頭連接器。而且連接方式要便于電流通過。連接系統(tǒng)的 關(guān)鍵是，基于引導(dǎo)系統(tǒng)的精確性和可靠性，對對接誤差需要具有一定的容忍度,當(dāng)對接出現(xiàn)偏 差時(shí)也能夠?qū)映晒?。目前已有的對接系統(tǒng)一般可以允許土5以及土5cm的對接誤差。f. 充電器必須安放在機(jī)器人或者充電座上。通常把充電器設(shè)計(jì)成充電座的一部分，因?yàn)檫@樣可 以減輕機(jī)器人的重量以及減小機(jī)器人的體積，同時(shí)也避免連接位置處于高電壓狀態(tài)。如果將

3、 充電器設(shè)置在機(jī)器人上，那么就必須使用標(biāo)準(zhǔn)的家用插頭連接，以便能更好適應(yīng)環(huán)境。g.機(jī)器 人需要確定與充電座的物理連接是否成功。許多系統(tǒng)采用紅外線接發(fā)裝置來傳遞機(jī)器人與充 電座的物理連接是否成功的信息，也可以采用監(jiān)測機(jī)器人側(cè)連接端的電壓來確定電氣連接是 否成功。由于電氣連接是建立在物理連接的基礎(chǔ)上的，所以此檢測系統(tǒng)是必須的，否則對接系 統(tǒng)將會(huì)誤判，使得充電失敗。h.一個(gè)真正健壯的自主充電系統(tǒng)必須具有容錯(cuò)以及糾錯(cuò)功能。如果對接時(shí)未對準(zhǔn)或者未能檢 測到充電座時(shí)，系統(tǒng)需要對應(yīng)的策略。在實(shí)際情況中,這種狀況時(shí)有發(fā)生。自動(dòng)充電中最重要 的方面是對充電座的定位，因?yàn)槿缦?個(gè)原因:充電座探測系統(tǒng)的特性（如范圍

4、、精確性和可靠 性）以及它的輸出形式（是否獲取絕對或相對方向、距離、位置和自身特性）決定了導(dǎo)航行為； 充電座探測系統(tǒng)對于圖像噪點(diǎn)、光照環(huán)境和硬件特性都比較敏感，其中出現(xiàn)的誤差將被累積 或者放大。移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)充電的過程一般主要分為2個(gè)階段，第1個(gè)階段是尋找并靠近充 電座，第2階段是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和充電座的精確對接。我們把第1階段稱作遠(yuǎn)程對接，把第2階 段稱之為近程對接。遠(yuǎn)程對接時(shí)把機(jī)器人看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，并不考慮機(jī)器人本身的姿態(tài),當(dāng)機(jī)器 人進(jìn)入對接區(qū)域時(shí)，需要根據(jù)傳感器信息進(jìn)行位姿調(diào)整以滿足相對充電座位置和角度的要求。 由于一般的傳感器僅對遠(yuǎn)程或近程有效所以大多數(shù)的自主充電系統(tǒng)一般配有2套不同的傳 感

5、器及對接程序，其程序流程如圖3所示。遠(yuǎn)程對接時(shí)，如果在固定已知環(huán)境下，機(jī)器人能圖移幼機(jī)器人充電對接程序流程夠利用內(nèi)建環(huán)境地圖進(jìn)行位姿的校正很容易找到充電座；但在未知環(huán)境下，由于需要在遠(yuǎn)距離方位發(fā)現(xiàn)充電座所在方位，所以需要在充電座所在的合適 位置設(shè)置機(jī)器人易于識(shí)別的特殊標(biāo)識(shí)。遠(yuǎn)程對接一般使用激光或者聲納探測、視覺識(shí)別等方式來尋找充電座也可以通過設(shè)置紅 外線信號(hào)燈、可見光源和可循線等標(biāo)識(shí)來給機(jī)器人提供充電座的位置信息。近程對接時(shí), 在充電座上方設(shè)置便于傳感器（如 激光探測儀、反射帶、視覺處理或超聲波等）識(shí)別的特殊 形狀標(biāo)記，機(jī)器人依據(jù)傳感器得到的信號(hào)（如圖像變化、圖像特征和激光編碼等）來進(jìn)行調(diào)整相 對充