家庭清潔機器人的關鍵技術

王宇欣 岑強

摘 要：近年來，計算機技術在互聯網的發展下取得了很大的進步，人工智能技術的研究也日益成為了整個技術研究方向的標桿，像移動式智能機器人水平和傳感器應用系統也得到了迅猛發展。智能化技術的基礎是在吸塵器機器人控制系統的深入研究下建立起來的，同時，此種研究也為智能化發展提供了很好的應用前景。

關鍵詞：傳感技術;路徑規劃技術;吸塵技術;電源技術

引言

傳感器應用技術系統、整個體統控制技術、移動機械機構和吸塵器的工作原理是家用智能清潔機器人的四大組成系統。接下來我們對這四大組成部分予以深入分析。首先是整個機器人工作期間的移動機械機構的工作原理，他主要是穩定機器人的方向，吸塵器能夠有多大的運動空間全部是由移動機構進行控制的。這種結構通常采用輪式機構。然后就是各種傳感器對應的感知系統，此種系統采用的是超聲波進行測距、紅外線和傳感器進行接觸然后反饋信號，最后在CCD攝像機的輔助下進行圖像信息傳輸等。為了進一步將該種類型的智能化機器人的自動化程度進一步提升，隨著吸塵機器人的迅速發展，當今社會的發展受到了其很大的影響。其中有這幾項關鍵性的技術：路徑規劃、電源充電、傳感器應用、智能控制等。

一、傳感技術

如果吸塵機器人在某一空間內能夠以正常狀態進行工作，這就需要我們對機器人的一些基本信息予以確認，主要包括確認機器人位置是否在正常工作的環境內、該機器人是以什么樣的姿態進行工作的、正常工作時的運行速度及系統內部狀態。并且可以通過機器人的傳感器和其他信息傳遞元件確定機器人的工作環境下的靜動態數據信息。吸塵器工作有一定的工作順序，另外對其進行正常的操作也可以讓其很快的適應工作環境。

傳感器的種類也有很多，比較常見的分類方式是將其分為外部和內部兩種形式的傳感器。其中內部傳感器主要以下零部件構成：線加速度計、編碼器、磁羅盤等。線加速度計的存在主要是對加速度信息予以確認并能夠快速的找到機器人所處的位置。機器人正常工作狀態時有各種不同的參數，像其朝著那個方向運動，以什么樣的姿態進行運動，機器人轉動起來對應的轉動角度的確認，這些參數的確認是在陀螺儀的協助下得到的，另外其還能存儲機器人的航向信息。外部傳感器的組成有以下幾種：進行距離測量的超聲波傳感器和紅外線傳感器的集合應用、彼此接觸到能夠予以確認的接觸傳感器或者視覺傳感器。通過CCD攝像頭進行機器人定位以及識別，甚至可以通過機器人的運動路徑獲得其工作環境的地圖信息。

二、路徑規劃技術

吸塵器機器人工作的環境往往是復雜不確定性的，這樣的環境對機器人的控制系統有著極高的考驗，首先我們應該考慮其要有穩定的安全性，然后就是機器人工作運行起來的可靠性，最后就是工作過程中對周圍環境的抗干擾性和清潔度。傳感器的使用對于智能機器人的研究有著很重要的意義，通過傳感器的信號輸入，在通過機器人內置的芯片進行一定的建模，將機器人的工作環境進行記憶。通過對現有智能化清潔機器人的研究，智能化機器人可以在較為復雜的環境中進行自主移動。

機器人正常工作起來能夠將其工作環境周圍的信息進行記憶，一般機器人工作開始后先會沿著整個工作區域的四周運動一圈，運動后，外邊緣的信息會記錄在其內存卡內，接下來，系統會根據自身計算機所具有的特定算法進行合理的推算，算出機器人正常工作的最優化路徑。接下來就可以實現高效清潔作業了。此時機器人能夠工作的環境是相對比較全面的。大家會從機器人的靜態和動態兩方面予以研究。

我們通過研究發現機器人可以通過不同的方式獲得周圍環境信息，具體主要以建立在模型的基礎上進行路徑規劃和靠傳感器技術的支持獲得路徑規劃信息兩種方式。如果單純的考慮機器人對路徑規劃的內容，根據目前的技術發展來看他有著一定的算法程序予以支撐。但是由于計算機分析算法用到了橢圓積分的內容，所以真正的實現起來是相當困難的。另外我們根據機器人對環境的了解程度我們可以將其分為兩種不同的類型，一種就是能夠對周圍信息進行全面掌握的全局路徑規劃還有另外一部分就是只能進行部分位置獲取并分析的部分路徑規劃。然后再通過位于機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算分析，最后獲得在某些位置對應的障礙物的大小形狀等信息，在快要到達該位置時能夠很準確的躲避障礙物。另外關于全局路徑規劃我們需要知道的是它有路徑位置搜索和周圍環境建模兩大子問題，另外可視圖、自由空間、格柵法都是環境建模的主要研究方法。

三、吸塵技術

真空吸塵器應用的技術原理是通過內部高速旋轉的扇葉產生的強大氣流造成吸塵器內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在壓力差的作用下將異物吸入吸塵器。吸塵系統由很多不同的子系統組成，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動形成渦流氣體最終將沉積物吸入吸塵器的渦流室內部達到吸塵的功能。

四、電源技術

我們不僅需要在實時數據傳輸上進行優化，、選擇比較合理的人工智能方法、智能化機器人的模式和障礙性質的識別。同時還需要對整個機器人的運行模式予以分析研究，以便將整個機器人的全局信息進行深入分析。

移動電源是吸塵器的心臟，它要擔負起為吸塵器提供動力來源的作用，吸塵器功能越強大對移動電源的性能要求也就越高，比如電源需要為移動機構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。燃料電池相對來說成本就比較高了，像氫燃料電池等，此類電池很少應用在常規產品上邊，因為其成本投入太大。針對常用的二次電池來說，其中鉛酸電池是比較常見的機器人使用的電池類型，他有著一定的優點，比如說壽命長比較耐用、放電電壓比較高、價格低廉相對比較親民。另外自身的電阻也比較小，能量損失減較少、充電時間快切成本低廉。所以這種電池是吸塵器電源的不二之選。

參考文獻

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