移動機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)分析

魏全盛++丁莉英

摘 要：移動機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究對象，具有十分廣闊的發(fā)展前景。本文從多信息融合、引導(dǎo)技術(shù)、通訊技術(shù)以及自動充電技術(shù)四方面對移動機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹分析。

關(guān)鍵詞：移動 機(jī)器人 引導(dǎo) 通訊

中圖分類號：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0025-01

移動機(jī)器人作為一種新型的機(jī)器人在當(dāng)前生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究和空間探測中的應(yīng)用越來越廣泛，在某些場合和環(huán)境中正在代替人發(fā)揮著日益重要的作用。下面簡要介紹移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其關(guān)鍵技術(shù)。

1 智能機(jī)器人的多信息融合

多傳感器信息融合的基本原理就是充分利用多個傳感器資源，將這些資源在空間或時間上的冗余或互補(bǔ)信息按照特定算法進(jìn)行計算，得到融合后的一致性信息。利用融合后的信息進(jìn)行移動機(jī)器人控制更人性化、更方便。移動機(jī)器人在運(yùn)動進(jìn)程中，始終要感知四周的靜態(tài)，動態(tài)情況信息，和本身狀況信息，如位置、姿態(tài)、速率和體系內(nèi)部狀況等。因此，機(jī)器人通常裝有如視覺、聲納、紅外、光敏、雷達(dá)等等多種傳感器。多傳感器收集的數(shù)據(jù)具備冗余性和互補(bǔ)性，可以擴(kuò)大時間和空間上的觀察規(guī)模，加強(qiáng)數(shù)據(jù)的可信任度和體系的分辯本領(lǐng)，這對增強(qiáng)系統(tǒng)體系的魯棒性和可靠性是非常重要的。

多傳感器信息融合的方法有：經(jīng)典推理法（加權(quán)平均法）、卡爾曼濾波法、貝葉斯估計法、Dempster Sharer征據(jù)推理法、另外還有聚類分析法、產(chǎn)生式規(guī)則法模糊集合理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，粗集理論、小波分析理論、專家系統(tǒng)等。

2 移動機(jī)器人的引導(dǎo)技術(shù)

目前移動機(jī)器人的成熟產(chǎn)品中，自動導(dǎo)引車是使用最為廣泛的。自動導(dǎo)引車中具有充電電池盒自動導(dǎo)引裝置。在內(nèi)置程序及導(dǎo)引裝置的作用下，自動導(dǎo)引車可以不借助人力幫助自動抵達(dá)指定位置。隨著工作要求的花樣繁多以及科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，移動機(jī)器人的引導(dǎo)技術(shù)也在不斷更新。當(dāng)前移動機(jī)器人人常用導(dǎo)引方法有：電磁導(dǎo)引、光學(xué)反射導(dǎo)引、視覺導(dǎo)引等。此外還有利用慣性導(dǎo)航技術(shù)、GPS 定位技術(shù)、電子羅盤等技術(shù)的導(dǎo)引方法。每種導(dǎo)引技術(shù)都有自己優(yōu)缺點(diǎn)。但是隨著技術(shù)不斷發(fā)展以及移動機(jī)器人越來越廣泛的應(yīng)用，視覺導(dǎo)引技術(shù)成為移動機(jī)器人研究的重點(diǎn)方向。

3 移動機(jī)器人的人機(jī)通訊技術(shù)

當(dāng)今機(jī)器人遠(yuǎn)程控制體系的成長特色不是一味要求全自治體系，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互，即遙控加局部自立體系組成完全的監(jiān)控遙控操作體系，使智能機(jī)器人走出實(shí)驗室進(jìn)入實(shí)用化階段。為此，可以將遠(yuǎn)程控制技術(shù)與機(jī)器人相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的遠(yuǎn)程操作。如此也可以提高機(jī)器人的智能化水平，，達(dá)到共同解決問題的目的。目前比較成熟的通信方案是，移動機(jī)器人通過無線通訊系統(tǒng)就近接入到internet中，然后通過廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的遠(yuǎn)程人機(jī)交互。同時在接入點(diǎn)設(shè)置遠(yuǎn)程傳輸以及本地監(jiān)控層，就近的工作人員可以及時幫助機(jī)器人解決一些困難解決的問題，同時將信息實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程共享。

4 移動機(jī)器人的人自動充電技術(shù)

移動機(jī)器人都是用自身搭載的蓄電池供電，一段時間后，能量耗盡，就需要人工干預(yù)的方式充電。如果采用人工充電，這樣機(jī)器人就工作于一種非連續(xù)的環(huán)境。如果要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人長期工作連續(xù)任務(wù)環(huán)境中，則需要機(jī)器人自我支持的機(jī)制。一旦開始運(yùn)行，機(jī)器人就工作于連續(xù)任務(wù)環(huán)境，車體的停止，啟動都是由機(jī)器人自主完成。

機(jī)器人運(yùn)行一段時間，需要補(bǔ)充能量，機(jī)器人行駛到充電區(qū)域，車載充電系統(tǒng)與地面充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對接后，開始充電，這個過程中機(jī)器監(jiān)控電池狀態(tài)，主要是電池電壓，檢查是否為充滿電狀態(tài)，當(dāng)充電結(jié)束后，機(jī)器人自動脫離充電系統(tǒng)，駛向工作區(qū)或者原地待命，開始正常工作。整個過程中實(shí)現(xiàn)全自動化、智能化、無需專人開管。

移動機(jī)器人自動充電方式主要分為接觸式充電和非接觸式充電，其中接觸式充電技術(shù)比較成熟，而非接觸式是一種更優(yōu)秀的充電方式，未來的潛力更大，但是還有一些問題沒有解決，比如傳輸過程巨大的能量損耗等。

按照機(jī)器人與充電插座的連接方式，接觸式充電分為三類：上置式、側(cè)置式、下置式。一個機(jī)器人要想實(shí)現(xiàn)自動充電必須具備以下能力。

（1）可以檢測到什么時候需要充電。

（2）要能對充電座定位。

（3）到達(dá)指定充電區(qū)域需要導(dǎo)航支持。

（4）和充電座之間必須能夠?qū)崿F(xiàn)自主的鏈接和脫離。

（5）需要確定充電插座的物理連接。

5 結(jié)論

本文對移動機(jī)器人設(shè)計過程中涉及的幾項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡要分析。隨著科研人員對移動機(jī)器人研究力度的不斷加大，未來幾年內(nèi)移動機(jī)器人將越來越廣泛的出現(xiàn)在人們的視野中。

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