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1、机械与电子2007（3 室内移动机器人自动充电技术 机器人能检测到什么时候需要充电。一种方 法是监测电源的电压或者限制机器人的运行时 间。另一种方法是精确测量使用的电能。通过对电源的监测,机器人能够预测何时需要充电。 b.机器人必须被放置在离充电座足够近的地方。不同的导航方法，如视觉识别、循墙、循迹 和光跟踪源,每种方法都有它们的局限性。如果没有环境地图,机器人离充电座太远将无法找 到充电座。c机器人要能对充电座进行定位。目前的系统一般采用激光测距仪或视觉传感 器来探测充电座。 它们一般是基于外观（如光流分析）、图像变形、特征提取或激光条形码 来识别。d机器人从当前位置移动到充电座需要导航行为
2、。在可能面临障碍物的情况下， 机器人如何从当前位置运动到充电座,机器人系统必须具有导航、避障和路径规划能力。e.机器人和充电座之间必须能实现自动电器连 接与脱离。一般情况下，在机器人上设计一个 公头连接器,在充电座上设计一个母头连接器。而且连接方式要便于电流通过。连接系统的 关键是,基于引导系统的精确性和可靠性,对对接误差需要具有一定的容忍度 ,当对接出现偏 差时也能够对接成功。目前已有的对接系统一般可以允许土5以及土5cm的对接误差。f. 充电器必须安放在机器人或者充电座上。通常把充电器设计成充电座的一部分,因为这样可 以减轻机器人的重量以及减小机器人的体积,同时也避免连接位置处于高电压状态
3、。如果将 充电器设置在机器人上，那么就必须使用标准的家用插头连接以便能更好适应环境。g.机器 人需要确定与充电座的物理连接是否成功。许多系统采用红外线接发装置来传递机器人与充 电座的物理连接是否成功的信息,也可以采用监测机器人侧连接端的电压来确定电气连接是 否成功。由于电气连接是建立在物理连接的基础上的,所以此检测系统是必须的,否则对接系 统将会误判,使得充电失败。h.个真正健壮的自主充电系统必须具有容错以及纠错功能。如果对接时未对准或者未能检 测到充电座时,系统需要对应的策略。在实际情况中,这种状况时有发生。 自动充电中最重要 的方面是对充电座的定位,因为如下 2个原因:充电座探测系统的特性
4、（如范围、精确性和可靠 性）以及它的输出形式（是否获取绝对或相对方向、距离、位置和自身特性）决定了导航行为; 充电座探测系统对于图像噪点、光照环境和硬件特性都比较敏感,其中出现的误差将被累积 或者放大。 移动机器人自动充电的过程一般主要分为2个阶段,第1个阶段是寻找并靠近充 电座,第2 阶段是实现机器人和充电座的精确对接。我们把第1 阶段称作远程对接,把第2阶 段称之为近程对接。远程对接时把机器人看成一个质点,并不考虑机器人本身的姿态,当机器 人进入对接区域时,需要根据传感器信息进行位姿调整,以满足相对充电座位置和角度的要求 由于一般的传感器仅对远程或近程有效,所以大多数的自主充电系统一般配有
5、 2 套不同的传够利用内建环境地图进行位姿的校正很容易找到充电座; 但在未知环境下,由于需要在远距离方位发现充电座所在方位,所以需要在充电座所在的合适 位置设置机器人易于识别的特殊标识。 远程对接一般使用激光或者声纳探测、视觉识别等方式来寻找充电座, 也可以通过设置红 外线信号灯、可见光源和可循线等标识来给机器人提供充电座的位置信息。 近程对接时, 在充电座上方设置便于传感器（如 激光探测仪、反射带、视觉处理或超声波等 ）识别的特殊 形状标记,机器人依据传感器得到的信号（如图像变化、图像特征和激光编码等）来进行调整相 对充电座的位置和角度,然后实施对接。 对接成功后,机器人开始充电并监控电池电压状态, 如果电压达到指定电压则表明电池已经充满,机器人和充电座脱离,并继续执行原来任务。
