智能清扫机器人路径规划及自动充电系统研究

摘要

随着科学技术的进步以及人们生活水平的提高，家用服务机器人逐渐进入人们的生活，其中智能清洁扫地机最为人们喜爱，它的出现不仅减轻了人们的生活负担，提高了人们的生活水平，更标志着科学技术的进步。
　　智能清洁机器人通过自身对环境信息的认识规划清洁路径。它在工作时，不断扫描周围环境，由环境信息构建信息地图，再由定位模块计算当前所处位置及已清扫区域，规划路径的同时进行清扫。清洁机器人装有电量监测装置，当电量低于临界值时，机器人暂停当前正在运行的程序，保存当前状态，开启自动充电模式，自动寻找充电站，正确对接后实现充电。充满电后，读取充电前的状态，继续运行被暂停的程序。在现有研究的基础上，本文改进了路径规划及自动充电系统，使清洁机器人更好地为人们服务。主要从以下几个方面改进:
　　1、对环境边界的建立不使用激光扫描，而是采用几何表达方法线性描述。
　　2、寻找充电站的时候，一般都采用红外发射，但是红外发射距离有限，在寻找不到的时候要沿着墙壁前进来找充电站，比较浪费时间同时耗费电量。本文采用极坐标的方法，定位此时机器人的位置，以及一个已经设定好的充电站位置，机器人根据坐标朝着充电站前进，在进入红外接收区域之后，再使用红外设备进行对接充电。
　　3、清扫机器人大多采用圆形外观，对墙角的清洁不便，本文采用一种带有圆角的方形外观，不仅能够解决问题，而且美观。
　　4、机器人的清扫过程中遇到障碍物要避开，但是每次检测到这个障碍物都要绕开，这样会浪费时间和电量。本文采用一种S型方法，在检测到障碍物时候先绕着障碍物走一圈计算其边界几何表达公式，然后回到最初检测到障碍物的位置，掉头进行S型路径，当检测到该边界尽头时，再到障碍物的右上角继续开始S型清扫。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究内容和意义

2 清洁机器人的硬件设计

2．1 电源选择

2．2 电机选择

2．3 移动机构设计

2．4 传感器设计

2．4．1 里程计

2．4．2 超声传感器

2．4．3 激光测距仪

2．4．4 红外接近传感器

2．4．5 红外测距传感器

2．4．6 激光测距雷达

2．5 外形设计

2．6 本章小结

3 清洁机器人的路径规划

3．1 清扫路径规划

3．1．1 基于环境模型的路径规划

3．1．2 无环境模型的路径规划

3．1．3 基于无环境模型的依据边界的路径规划方法

3．1．4 全区域避障系统

3．2 寻找充电站路径规划

3．2．1 己知环境二维地图的路径规划方法

3．2．2 未知环境中的路径规划方法

3．2．3 基于事例的学习规划方法

3．2．4 清扫机器人寻找充电站

3．3 本章小结

4 自充电系统设计

4．1 非接触式充电

4．1．1 无线充电的原理

4．1．2 无线充电的主流技术

4．1．3 无线充电的设计

4．2 接触式充电

4．2．1 电量监测系统

4．2．2 寻找充电站系统设计

4．2．3 自主对接功能实现

4．3 本章小结

5 实验分析

5．1 清扫模式实验分析

5．2 充电模式实验分析

5．3 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢