1。2 国内外研究现状

1。2。1 国外研究现状

1。2。2  国内研究现状

1。3 本项目的研究内容和待解决的关键问题

1。3。1  研究内容

根据任务书的要求，机器人所处的环境为一个大约 18m2 左右的单一室内空间，在该空间 内没有任何障碍物，唯一有可能的障碍物就是人的存在。而所需要设计的任务就是针对移动 机器人设计一个具有自动导引和能实现自动充电功能的小型装置，并完成对小型自动充电装 置的结构设计以及选用合适的传感器或信号发生器来实现对移动机器人的自动导引与充电连 接。具体而言就是以本校研制的某型号移动机器人为实验平台，通过设计一个导航系统把充 电站的位置信息不断地反馈给机器人，机器人把接收到的充电站位置信息进行相应的处理与

本科毕业设计说明书 第 3 页

转换，然后通过控制舵机的转向与电机的转速使机器人在前进的同时不断调整方向，最终顺 利到达充电站所在的位置。在自动导引精度基本满足要求的前提下，还需要构建一个合适的 充电站模型来提高机器人与充电站的对接精度。在验证技术原理的过程中，采用一辆依靠舵 机来控制转向以及依靠直流电机作为驱动装置的小车来模拟机器人的自主充电过程。

1。3。2  待解决的关键问题

要实现机器人的自动充电，需要完成以下几个步骤：①机器人能自主检测到自身电量何 时不足并需要充电；②机器人要确定自己所处的位置；③机器人知道充电站的位置；④机器 人按相应的路径从当前位置移动到充电站所在位置；⑤机器人与充电站实现对接；⑥机器人 检测到电量充满时能与充电站自动分离。其中，引导技术是其核心技术，机器人只有通过相 关的引导装置才能实现其向充电站方向的移动。因此，一个合适的引导方案对机器人能否完 成自动充电具有很大的影响。论文网

第 4 页 本科毕业设计说明书

2 系统总体方案

所谓的自动导引是指机器人在没有人干涉的情况下，能够按照预定的算法对运动路径进 行规划并最终到达目的地完成指定的任务[10,11]。

2。1 方案分析

目前为止，比较常用的引导手段主要有 GPS 导航、红外线引导、超声波引导、通过建立 环境地图来实现引导、基于声呐和激光传感器的引导、电磁轨道引导对接充电[12]、以及光电 图像传感器引导等等。例如：复旦大学的张天昀所设计的机器人自动充电系统就是利用光电 传感器来实现自动引导[13]；福建农林大学的郑志聪采用的是红外引导技术[14] ；郑州大学的王 显在扫地机器人自动充电系统中采用构建区域地图方法来实现清洁机器人的自动充电[15] ；宋 爱国利用 GPS 和构建区域地图相结合的方法，实现了移动机器人在外部环境中的自动引导[16]。 在实际应用中，应根据使用环境、经济性、可靠性、微型性等方面的要求来选择合适的导航 方案。

在实际应用中，采用单一的引导方式通常难以保证机器人的导航精度，因为各种传感器 都有它使用的环境、温度的要求，如果达不到要求，往往将降低机器人的导航精度，甚至无 法导航。所以，在通常情况下一般都采用多传感器引导技术。例如：乌克兰的 Vasyl Koval、 Oleh Adamiv、Viktor Kapura 所采用的方法就是通过在极坐标系下利用超声波和红外传感器的 人工神经网络(NN)来建立局部区域地图[17]，从而实现了机器人的自动引导，该方法的优点是 可以降低计算复杂度并且提高建立局部区域地图的精度。此外，由于每个传感器无论再怎么 精确，都存在一定到盲区或者导航误差，所以，要对充电装置的外形进行适当的设计来进一 步提高对接精度。例如：重庆大学的黎阳生在研究巡检机器人的自动充电装置时就采用了一 种特制的充电装置来提高机器人与充电站的对接精度，他所设计的充电装置由对接窗口、充 电接口和支架以及转轴固定座等组成[18]。文献综述