家庭陪护机器人自主充电系统研究与设计

周风余(),万方*(),焦建成,边钧健

山东大学控制科学与工程学学院, 山东 济南 250061

收稿日期:2018-08-15出版日期:2019-02-20发布日期:2019-03-01
通讯作者:万方E-mail:zhoufengyu@sdu.edu.cn;wfcola@gmail.com
作者简介:周风余(1969—),男,山东临沂人,博士生导师,主要研究方向智能机器人,智能控制理论和方法. E-mail:zhoufengyu@sdu.edu.cn
基金资助:国家重点研发计划项目(2017YFB1302400);国家自然科学基金项目(617732400);山东省重大科技创新工程项目(2017CXGC0926);山东省重点研发计划(公益类专项)项目(2017GGX30133)

Design for autonomous charging system of family companion robot

Fengyu ZHOU(),Fang WAN*(),Jiancheng JIAO,Junjian BIAN

School of Control Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, Shandong, China

Received:2018-08-15Online:2019-02-20Published:2019-03-01
Contact:Fang WAN E-mail:zhoufengyu@sdu.edu.cn;wfcola@gmail.com

Supported by:国家重点研发计划项目(2017YFB1302400);国家自然科学基金项目(617732400);山东省重大科技创新工程项目(2017CXGC0926);山东省重点研发计划(公益类专项)项目(2017GGX30133)

摘要/Abstract

摘要： 针对家庭陪护机器人电池容量有限,工作环不连续的问题,设计一种基于机器人操作系统(robot operating system, ROS)的家庭陪护机器人自主充电分级对接系统。采用卡尔曼滤波算法将编码器数据和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)数据进行融合,同时结合激光雷达数据并基于Rao-Blackwellized粒子滤波即时定位与构图(simultaneous localization and mapping, SLAM)算法构建环境二维栅格地图;采用A^*算法和动态窗口(dynamic window approach, DWA)算法进行全局路径规划和局部路径规划,使机器人行驶至充电站附近或所在房间;采用基于双重优先级的红外导航对接算法引导机器人驶向充电站,完成与充电站的精确对接。试验结果表明,该系统有效地解决了传统方法中充电距离有限的问题,并且具有较高的对接效率、成功率、准确度和环境普适性,完全满足家庭陪护机器人的充电需求,具有较好的应用价值。


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