智能移动机器人自主充电关键技术研究

摘要

轮式移动一直是机器人自诞生以来最高效、最可靠的机器人移动方式。其控制方式从最初的遥控平台，逐步过渡到依靠磁条等固定路线实现自动导引。之后随着传感器技术的进步，逐步演化到依靠传感器进行自主导航。随着移动机器人的成熟并逐步走向大规模商用，移动机器人在工业自动化现场已经逐步代替人工，实现物料在车间设备间的快速流转。移动机器人的应用，解决了车间物流的难题，为真正实现无人化工厂提供了可能。基于激光导航的移动机器人相较于传统AGV平台和传送带具有更加灵活的机动性，可以在无任何硬件调整的情况下，完全依赖调度软件实现不同工位之间任务的快速切换。为了实现长期的无人职守，逐渐实现移动机器人在无人干预下的集群工作，移动机器人需要依靠自身携带的高容量电池，实现较长时间的无绳化运行。但是由于电池容量的限制，移动机器人依然需要频繁的返回充电。为真正实现移动机器人长期全自主的独立运行，必须解决移动机器人自主充电问题。基于激光导航的移动机器人自主充电研究已有多年，不过在对接方式、充电流程、安全快充等领域依然有待研究。实际商用过程中，为了快速可靠的完成充电工作，必须设计一套高效、可靠的自主充电对接机构，配合安全稳定的对接流程和算法，加上大容量的存储介质，最终实现移动机器人的长期全自主运行。
　　本文通过搭建激光导航全自主移动机器人平台及自主充电系统，配合定位和导航算法，实现机器人自主充电。主要研究工作包括：
　　(1)设计移动机器人一体化控制器，搭建实验平台：通过设计双轮差速移动机器人专用控制器，配合外围传感器及执行机构，进行移动机器人平台快速搭建，实现系统的高度集成，提升系统的可靠性。
　　(2)设计充电桩及集成式电池组：根据移动机器人定位的特点，设计激光导航移动机器人专用充电机构及充电桩，配合集成式电池组保证机器人充电对接的快速准确和运行过程中的安全可靠。
　　(3)基于实验平台依靠算法实现自主充电：基于快速搭建的实验平台，配合无损卡尔曼滤波，实现地图创建，依靠高斯混合差分滤波器对里程计误差进行补偿，沿着改进蚁群算法获得的全局路径快速到达充电位置，最终依靠定位信标进行引导对接，实现移动机器人全自主充电。

目录

声明

第一章绪 论

1.1研究背景及意义

1.2智能轮式移动机器人的研究现状

1.3自主充电技术国内外研究现状

1.4课题来源及主要研究内容

第二章移动机器人系统

2.1机器人系统结构

2.2机器人感知系统

2.3机器人执行与交互系统

2.4机器人控制系统

2.5动力系统

2.6本章小结

第三章电源管理和充电系统设计

3.1电源管理系统设计

3.2充电装置设计

3.3充电系统安全性设计

3.4本章小结

第四章移动机器人自主充电软件实现

4.1自主充电软件要求

4.2环境地图创建

4.3基于改进蚁群算法的快速返回充电路径规划

4.4充电桩定位

4.5本章小结

第五章实验

5.1引言

5.2地图创建实验

5.3改进蚁群路径规划实验

5.4自主充电综合实验

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的著作、论文

致谢