家庭清洁机器人的关键技术

王宇欣 岑强

摘 要：近年来，计算机技术在互联网的发展下取得了很大的进步，人工智能技术的研究也日益成为了整个技术研究方向的标杆，像移动式智能机器人水平和传感器应用系统也得到了迅猛发展。智能化技术的基础是在吸尘器机器人控制系统的深入研究下建立起来的，同时，此种研究也为智能化发展提供了很好的应用前景。

关键词：传感技术;路径规划技术;吸尘技术;电源技术

引言

传感器应用技术系统、整个体统控制技术、移动机械机构和吸尘器的工作原理是家用智能清洁机器人的四大组成系统。接下来我们对这四大组成部分予以深入分析。首先是整个机器人工作期间的移动机械机构的工作原理，他主要是稳定机器人的方向，吸尘器能够有多大的运动空间全部是由移动机构进行控制的。这种结构通常采用轮式机构。然后就是各种传感器对应的感知系统，此种系统采用的是超声波进行测距、红外线和传感器进行接触然后反馈信号，最后在CCD摄像机的辅助下进行图像信息传输等。为了进一步将该种类型的智能化机器人的自动化程度进一步提升，随着吸尘机器人的迅速发展，当今社会的发展受到了其很大的影响。其中有这几项关键性的技术：路径规划、电源充电、传感器应用、智能控制等。

一、传感技术

如果吸尘机器人在某一空间内能够以正常状态进行工作，这就需要我们对机器人的一些基本信息予以确认，主要包括确认机器人位置是否在正常工作的环境内、该机器人是以什么样的姿态进行工作的、正常工作时的运行速度及系统内部状态。并且可以通过机器人的传感器和其他信息传递元件确定机器人的工作环境下的静动态数据信息。吸尘器工作有一定的工作顺序，另外对其进行正常的操作也可以让其很快的适应工作环境。

传感器的种类也有很多，比较常见的分类方式是将其分为外部和内部两种形式的传感器。其中内部传感器主要以下零部件构成：线加速度计、编码器、磁罗盘等。线加速度计的存在主要是对加速度信息予以确认并能够快速的找到机器人所处的位置。机器人正常工作状态时有各种不同的参数，像其朝着那个方向运动，以什么样的姿态进行运动，机器人转动起来对应的转动角度的确认，这些参数的确认是在陀螺仪的协助下得到的，另外其还能存储机器人的航向信息。外部传感器的组成有以下几种：进行距离测量的超声波传感器和红外线传感器的集合应用、彼此接触到能够予以确认的接触传感器或者视觉传感器。通过CCD摄像头进行机器人定位以及识别，甚至可以通过机器人的运动路径获得其工作环境的地图信息。

二、路径规划技术

吸尘器机器人工作的环境往往是复杂不确定性的，这样的环境对机器人的控制系统有着极高的考验，首先我们应该考虑其要有稳定的安全性，然后就是机器人工作运行起来的可靠性，最后就是工作过程中对周围环境的抗干扰性和清洁度。传感器的使用对于智能机器人的研究有着很重要的意义，通过传感器的信号输入，在通过机器人内置的芯片进行一定的建模，将机器人的工作环境进行记忆。通过对现有智能化清洁机器人的研究，智能化机器人可以在较为复杂的环境中进行自主移动。

机器人正常工作起来能够将其工作环境周围的信息进行记忆，一般机器人工作开始后先会沿着整个工作区域的四周运动一圈，运动后，外边缘的信息会记录在其内存卡内，接下来，系统会根据自身计算机所具有的特定算法进行合理的推算，算出机器人正常工作的最优化路径。接下来就可以实现高效清洁作业了。此时机器人能够工作的环境是相对比较全面的。大家会从机器人的静态和动态两方面予以研究。

我们通过研究发现机器人可以通过不同的方式获得周围环境信息，具体主要以建立在模型的基础上进行路径规划和靠传感器技术的支持获得路径规划信息两种方式。如果单纯的考虑机器人对路径规划的内容，根据目前的技術发展来看他有着一定的算法程序予以支撑。但是由于计算机分析算法用到了椭圆积分的内容，所以真正的实现起来是相当困难的。另外我们根据机器人对环境的了解程度我们可以将其分为两种不同的类型，一种就是能够对周围信息进行全面掌握的全局路径规划还有另外一部分就是只能进行部分位置获取并分析的部分路径规划。然后再通过位于机器人上的不同传感器反馈障碍物，声波、光源等信息给芯片予以计算分析，最后获得在某些位置对应的障碍物的大小形状等信息，在快要到达该位置时能够很准确的躲避障碍物。另外关于全局路径规划我们需要知道的是它有路径位置搜索和周围环境建模两大子问题，另外可视图、自由空间、格栅法都是环境建模的主要研究方法。

三、吸尘技术

真空吸尘器应用的技术原理是通过内部高速旋转的扇叶产生的强大气流造成吸尘器内部低压外部高压的压差，如果吸尘器枪头位置有垃圾灰尘等就会在压力差的作用下将异物吸入吸尘器。吸尘系统由很多不同的子系统组成，包括：集尘袋、排气管、滤清器等零部件。他的工作原理就是气流的快速运动形成涡流气体最终将沉积物吸入吸尘器的涡流室内部达到吸尘的功能。

四、电源技术

我们不仅需要在实时数据传输上进行优化，、选择比较合理的人工智能方法、智能化机器人的模式和障碍性质的识别。同时还需要对整个机器人的运行模式予以分析研究，以便将整个机器人的全局信息进行深入分析。

移动电源是吸尘器的心脏，它要担负起为吸尘器提供动力来源的作用，吸尘器功能越强大对移动电源的性能要求也就越高，比如电源需要为移动机构提供电压并作为吸尘模块的能量供给空间站。主要的代表有铅酸电池和镍锌电池等。燃料电池相对来说成本就比较高了，像氢燃料电池等，此类电池很少应用在常规产品上边，因为其成本投入太大。针对常用的二次电池来说，其中铅酸电池是比较常见的机器人使用的电池类型，他有着一定的优点，比如说寿命长比较耐用、放电电压比较高、价格低廉相对比较亲民。另外自身的电阻也比较小，能量损失减较少、充电时间快切成本低廉。所以这种电池是吸尘器电源的不二之选。

参考文献

[1]杜祥琪编著.工业机器人及其应用[M].北京：机械工业出版社，1986

[2]刘莹.机械设计课程设计.大连：大连理工大学出版社，2008.

[3]宗光华等编著.机器人的创意设计及实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004，60-68

[4]孙桓，陈作模，葛文杰主编.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2010