家庭清扫机器人的电源自动对接系统

摘要

家庭清扫机器人的自动充电功能是家庭清扫机器人系统的一个重要方面。由于机器人清扫过程中的电量需求比较大，一次充电几乎不可能完成所有的清扫任务，因此，对于清扫机器人，如何能够有效寻找充电站并进行自动对接是衡量清扫机器人性能的一个重要指标。鉴于此，本文对家庭清扫机器人的自动充电问题进行了详细地研究。
　　本文首先介绍了国内外家庭清扫机器人的研究现状和自动充电技术的发展现状。
　　接着，介绍了在仿真环境中采取的基于栅格地图的环境建模方法，以及为了模拟实际的环境，采用颜色识别法来识别静态障碍物和地面。考虑到实际应用，在寻找充电站之前将原有的地图进行了坐标平移，以机器人需要充电的位置为原点来构建新的地图。并且有针对性地介绍了机器人和充电站所具有的一些功能，这些功能是仿真算法进行的前提条件。
　　机器人与充电站的对接分为近程对接与远程对接两个方面。在远程对接中，采用了基于栅格地图的外螺旋搜索算法。由于在环境中可能存在障碍物，因此还介绍了寻找目标的过程中，机器人如何有效地静态障碍物的策略。接着讨论了机器人如何在多个房间内寻找充电站的过程。
　　机器人的近程对接分为目标跟踪阶段，目标对接阶段和断点恢复阶段三个阶段，这一部分的内容在第四章做了重点的介绍。
　　最后，开发了机器人自动充电系统的仿真平台，并利用该平台分别进行了在单个房间和多个房间中机器人寻找充电器的仿真实验，用来验证所提出的模型和算法的可行性和正确性。