基于ROS的家庭陪护机器人自主充电系统研究与设计的开题报告.docx

基于ROS的家庭陪护机器人自主充电系统研究与设计的开题报告
一、研究背景与意义
随着老龄化社会的到来，越来越多的家庭开始需要陪护机器人来照顾年迈的父母或祖父母。然而，目前市场上的陪护机器人通常需要人为地将其带到充电座上进行充电，这种方式显然并不智能化、自动化，也给用户带来了不便利，因而有必要研究开发一种基于ROS的自主充电系统。该系统需要具备以下特点：
1.可以根据充电电量的情况自主控制充电座的出现与回收；
2.能够自主判断充电座与机器人之间的距离并准确停靠；
3.结合传感器实现环境探测，避免因为障碍物而无法充电或导致充电故障；
4.具有定制化功能，能够根据实际家庭场景进行定制。
该系统的开发将为陪护机器人的市场普及提供便利，使得更多的家庭可以享受到机器人陪护的服务，从而真正实现智能陪护的愿景。
二、研究内容
1.充电座的设计：在充电座的设计方面，需要考虑稳定性、重量、体积、接口等因素。该充电座将由一个移动底座和一个垂直支撑架组成，支撑架上放置电池供机器人充电。
2.机器人的导航和定位：机器人需要自主控制前往充电座充电，因而需要具备自主导航、定位能力。在ROS系统下使用激光雷达以及相机传感器获取环境信息，根据地图和定位算法确定机器人的位置，进而规划能够到达充电座的路径。
3.机器人的充电管理：该系统需要能够根据机器人电池的电量情况，自主决定前往充电座进行充电或者暂停充电进行其他任务。
4.充电座与机器人的通信：机器人需要通过一定的通信协议和充电座进行通信，确定充电座的位置、状态、充电进度等信息。
三、研究方法
1.ROS平台下机器人开发：该系统将在ROS平台下进行开发，使用ROS提供的一些底层功能、通信机制、导航、SLAM等工具，实现机器人的自主充电管理系统。
2.使用单片机控制充电座：通过对单片机硬件的控制和编程，实现充电座的自主出现和回收。
3.使用传感器获取环境信息：使用激光雷达、相机等传感器获取机器人周围的环境信息，以及充电座位置、状态等信息。
四、研究进度计划
第一阶段：研究基于ROS的机器人导航和定位的方案，完成机器人的自主导航和定位
第二阶段：研究机器人电量管理和充电控制策略，并实现机器人与充电座的通信协议
第三阶段：设计和制作充电座，并完善机器人的充电管理系统
第四阶段：进行系统测试和性能评估，并针对测试结果进行改进和优化
五、参考文献
1.赵曦.基于ROS的机器人自主导航技术研究[D].中国石油大学（华东）,2017.
2.赵兴华,吕再勇,杨波.基于机器人导航的充电桩设计研究[J].电机与控制学报,2019,23(03):67-73.
3.王然.基于ROS的机器人充电与调度系统的设计与实现[D].深圳大学,2018.