家政机器人机械本体及自主充电技术的研发

摘要

随着近几年科技的飞速发展和社会老龄化程度加剧，家庭服务机器人在目前和将来的市场上有着很大的潜力和需求，所以对家庭服务机器人的研发也是当下的热门课题。为了实现机器人的长期自治，需要让机器人在电量不足时自动返回充电装置对自身进行充电。对于机器人的自主返回充电技术，涉及到机器人的避障功能，路径规划，目标识别等许多内容，本文主要是对充电装置的定位和识别展开研究。
　　本文首先概述了家政机器人的国内外发展情况以及自主返回充电技术的相关背景，然后阐述了家政机器人的总体方案设计，包含了机械本体各结构设计，电机、驱动器和蓄电池的选型及运动系统的红外控制设计。之后提出了家政机器人自主返回充电的策略，设计了对接容忍度好的充电装置，并基于颜色特征以及形状特征对充电装置标志物进行设计。本文采用单目摄像机作为机器人的视觉传感器，对摄像机模型及摄像机标定进行了相关介绍。然后提出了一套抗噪声能力好，抗干扰能力强的充电装置标志物图像提取算法，令机器人处在不同角度、不同方位且充电装置周边存在相似干扰物的情况下也能够准确地识别并提取出充电装置标志物。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 家政服务机器人国内外的研究现状

1．3 机器人自主充电技术的国内外研究现状

1．4 本文的研究内容

第2章 家政机器人的总体方案设计

2．1 机器人机械部分的设计

2．1．1 机器入移动方式的选择

2．1．2 移动机构传动方式的设计

2．1．3 机器人清扫、丝杠及抬起机构的设计

2．2 机器人控制及驱动部分设计

2．2．1 控制系统的总体方案

2．2．2 各机构的电机选型

2．2．3 电机驱动器及电源的选型

2．2．4 运动系统的红外控制设计

2．3 本章小结

第3章 机器人自主返回充电的方案设计

3．1 自主返回充电的目的

3．2 对接装置结构及标志物设计

3．3 自主返回充电的策略

3．4 本章小结

第4章 机器人的单目视觉系统

4．1 单、双目视觉系统的比较

4．2 摄像机模型及其坐标系

4．3 基于小孔模型的单目测距算法

4．4 基于Matlab工具箱的标定实验

4．5 本章小结

第5章 基于单目视觉的目标检测及识别

5．1 目标的检测识别策略

5．1．1 RGB模型与HSV模型的比较

5．1．2 目标分割的方法

5．1．3 标志物H、S分量模板直方图的创建

5．2 基于颜色及形状特征的目标识别

5．2．1 待测图像的反向投影及其二值化

5．2．2 待测图像的膨胀、去噪处理

5．2．3 待测图像的形状特征检测

5．3 充电装置标志物的识别实验

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

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