家庭清潔機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

王宇欣 岑強(qiáng)

摘 要：近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展下取得了很大的進(jìn)步，人工智能技術(shù)的研究也日益成為了整個(gè)技術(shù)研究方向的標(biāo)桿，像移動(dòng)式智能機(jī)器人水平和傳感器應(yīng)用系統(tǒng)也得到了迅猛發(fā)展。智能化技術(shù)的基礎(chǔ)是在吸塵器機(jī)器人控制系統(tǒng)的深入研究下建立起來(lái)的，同時(shí)，此種研究也為智能化發(fā)展提供了很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：傳感技術(shù);路徑規(guī)劃技術(shù);吸塵技術(shù);電源技術(shù)

引言

傳感器應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)、整個(gè)體統(tǒng)控制技術(shù)、移動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)和吸塵器的工作原理是家用智能清潔機(jī)器人的四大組成系統(tǒng)。接下來(lái)我們對(duì)這四大組成部分予以深入分析。首先是整個(gè)機(jī)器人工作期間的移動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)的工作原理，他主要是穩(wěn)定機(jī)器人的方向，吸塵器能夠有多大的運(yùn)動(dòng)空間全部是由移動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的。這種結(jié)構(gòu)通常采用輪式機(jī)構(gòu)。然后就是各種傳感器對(duì)應(yīng)的感知系統(tǒng)，此種系統(tǒng)采用的是超聲波進(jìn)行測(cè)距、紅外線和傳感器進(jìn)行接觸然后反饋信號(hào)，最后在CCD攝像機(jī)的輔助下進(jìn)行圖像信息傳輸?shù)取榱诉M(jìn)一步將該種類型的智能化機(jī)器人的自動(dòng)化程度進(jìn)一步提升，隨著吸塵機(jī)器人的迅速發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展受到了其很大的影響。其中有這幾項(xiàng)關(guān)鍵性的技術(shù)：路徑規(guī)劃、電源充電、傳感器應(yīng)用、智能控制等。

一、傳感技術(shù)

如果吸塵機(jī)器人在某一空間內(nèi)能夠以正常狀態(tài)進(jìn)行工作，這就需要我們對(duì)機(jī)器人的一些基本信息予以確認(rèn)，主要包括確認(rèn)機(jī)器人位置是否在正常工作的環(huán)境內(nèi)、該機(jī)器人是以什么樣的姿態(tài)進(jìn)行工作的、正常工作時(shí)的運(yùn)行速度及系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)。并且可以通過(guò)機(jī)器人的傳感器和其他信息傳遞元件確定機(jī)器人的工作環(huán)境下的靜動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息。吸塵器工作有一定的工作順序，另外對(duì)其進(jìn)行正常的操作也可以讓其很快的適應(yīng)工作環(huán)境。

傳感器的種類也有很多，比較常見(jiàn)的分類方式是將其分為外部和內(nèi)部?jī)煞N形式的傳感器。其中內(nèi)部傳感器主要以下零部件構(gòu)成：線加速度計(jì)、編碼器、磁羅盤(pán)等。線加速度計(jì)的存在主要是對(duì)加速度信息予以確認(rèn)并能夠快速的找到機(jī)器人所處的位置。機(jī)器人正常工作狀態(tài)時(shí)有各種不同的參數(shù)，像其朝著那個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，以什么樣的姿態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的確認(rèn)，這些參數(shù)的確認(rèn)是在陀螺儀的協(xié)助下得到的，另外其還能存儲(chǔ)機(jī)器人的航向信息。外部傳感器的組成有以下幾種：進(jìn)行距離測(cè)量的超聲波傳感器和紅外線傳感器的集合應(yīng)用、彼此接觸到能夠予以確認(rèn)的接觸傳感器或者視覺(jué)傳感器。通過(guò)CCD攝像頭進(jìn)行機(jī)器人定位以及識(shí)別，甚至可以通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑獲得其工作環(huán)境的地圖信息。

二、路徑規(guī)劃技術(shù)

吸塵器機(jī)器人工作的環(huán)境往往是復(fù)雜不確定性的，這樣的環(huán)境對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)有著極高的考驗(yàn)，首先我們應(yīng)該考慮其要有穩(wěn)定的安全性，然后就是機(jī)器人工作運(yùn)行起來(lái)的可靠性，最后就是工作過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境的抗干擾性和清潔度。傳感器的使用對(duì)于智能機(jī)器人的研究有著很重要的意義，通過(guò)傳感器的信號(hào)輸入，在通過(guò)機(jī)器人內(nèi)置的芯片進(jìn)行一定的建模，將機(jī)器人的工作環(huán)境進(jìn)行記憶。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有智能化清潔機(jī)器人的研究，智能化機(jī)器人可以在較為復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行自主移動(dòng)。

機(jī)器人正常工作起來(lái)能夠?qū)⑵涔ぷ鳝h(huán)境周?chē)男畔⑦M(jìn)行記憶，一般機(jī)器人工作開(kāi)始后先會(huì)沿著整個(gè)工作區(qū)域的四周運(yùn)動(dòng)一圈，運(yùn)動(dòng)后，外邊緣的信息會(huì)記錄在其內(nèi)存卡內(nèi)，接下來(lái)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)自身計(jì)算機(jī)所具有的特定算法進(jìn)行合理的推算，算出機(jī)器人正常工作的最優(yōu)化路徑。接下來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)高效清潔作業(yè)了。此時(shí)機(jī)器人能夠工作的環(huán)境是相對(duì)比較全面的。大家會(huì)從機(jī)器人的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面予以研究。

我們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)機(jī)器人可以通過(guò)不同的方式獲得周?chē)h(huán)境信息，具體主要以建立在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑規(guī)劃和靠傳感器技術(shù)的支持獲得路徑規(guī)劃信息兩種方式。如果單純的考慮機(jī)器人對(duì)路徑規(guī)劃的內(nèi)容，根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看他有著一定的算法程序予以支撐。但是由于計(jì)算機(jī)分析算法用到了橢圓積分的內(nèi)容，所以真正的實(shí)現(xiàn)起來(lái)是相當(dāng)困難的。另外我們根據(jù)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的了解程度我們可以將其分為兩種不同的類型，一種就是能夠?qū)χ車(chē)畔⑦M(jìn)行全面掌握的全局路徑規(guī)劃還有另外一部分就是只能進(jìn)行部分位置獲取并分析的部分路徑規(guī)劃。然后再通過(guò)位于機(jī)器人上的不同傳感器反饋障礙物，聲波、光源等信息給芯片予以計(jì)算分析，最后獲得在某些位置對(duì)應(yīng)的障礙物的大小形狀等信息，在快要到達(dá)該位置時(shí)能夠很準(zhǔn)確的躲避障礙物。另外關(guān)于全局路徑規(guī)劃我們需要知道的是它有路徑位置搜索和周?chē)h(huán)境建模兩大子問(wèn)題，另外可視圖、自由空間、格柵法都是環(huán)境建模的主要研究方法。

三、吸塵技術(shù)

真空吸塵器應(yīng)用的技術(shù)原理是通過(guò)內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)的扇葉產(chǎn)生的強(qiáng)大氣流造成吸塵器內(nèi)部低壓外部高壓的壓差，如果吸塵器槍頭位置有垃圾灰塵等就會(huì)在壓力差的作用下將異物吸入吸塵器。吸塵系統(tǒng)由很多不同的子系統(tǒng)組成，包括：集塵袋、排氣管、濾清器等零部件。他的工作原理就是氣流的快速運(yùn)動(dòng)形成渦流氣體最終將沉積物吸入吸塵器的渦流室內(nèi)部達(dá)到吸塵的功能。

四、電源技術(shù)

我們不僅需要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸上進(jìn)行優(yōu)化，、選擇比較合理的人工智能方法、智能化機(jī)器人的模式和障礙性質(zhì)的識(shí)別。同時(shí)還需要對(duì)整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)行模式予以分析研究，以便將整個(gè)機(jī)器人的全局信息進(jìn)行深入分析。

移動(dòng)電源是吸塵器的心臟，它要擔(dān)負(fù)起為吸塵器提供動(dòng)力來(lái)源的作用，吸塵器功能越強(qiáng)大對(duì)移動(dòng)電源的性能要求也就越高，比如電源需要為移動(dòng)機(jī)構(gòu)提供電壓并作為吸塵模塊的能量供給空間站。主要的代表有鉛酸電池和鎳鋅電池等。燃料電池相對(duì)來(lái)說(shuō)成本就比較高了，像氫燃料電池等，此類電池很少應(yīng)用在常規(guī)產(chǎn)品上邊，因?yàn)槠涑杀就度胩?。針?duì)常用的二次電池來(lái)說(shuō)，其中鉛酸電池是比較常見(jiàn)的機(jī)器人使用的電池類型，他有著一定的優(yōu)點(diǎn)，比如說(shuō)壽命長(zhǎng)比較耐用、放電電壓比較高、價(jià)格低廉相對(duì)比較親民。另外自身的電阻也比較小，能量損失減較少、充電時(shí)間快切成本低廉。所以這種電池是吸塵器電源的不二之選。

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