移动电源技术的发展趋势及应用分析

充电、高功率密度能源动力、自主电源再充电问题是移动电源技术的三个重要研究方向。

移动电源为移动机构提供动力，为控制电路提供稳定的电压，为服务执行模块提供能源等。移动服务机器人一般采用化学电池作为移动电源。

理想电源的特点包括：高能量密度，能够在放电过程中保持恒定的电压；内阻小，以便快速充放电；耐高温、可充电、成本低等。

服务机器人要求能够在无人的环境下长期连续地工作。当电源不足时，机器人必须自动寻找充电站，进行对接充电，并监控电源电压，当达到额定电压之后机器人继续执行任务。

对机器人充电问题的研究可以追溯到1948年，Grey Walter用两个机器人Elsie和Elmer进行了研究。这两个机器人可以跟踪光源。Walter建了一个充电站，在充电站里放置一个光源和充电器，当机器人进入充电站时可以进行对接充电。ActivMedia公司为他们的机器人设计了一种充电站，充电站为一个强化纤维塑胶垫上的带有镀锡铜的充电板，机器人底盘上装有接触板。机器人利用预先建立的环境地图进行导航寻找充电站。当机器人进入充电站时，机器人通过传感器感知这一信息并探出接触板进行充电。(www.xing528.com)

筑波大学也研究了一种自主充电移动机器人Yamabico-Liv。它利用已知的环境地图和导航系统引导机器人到达充电站。机器人配备特别的设备和充电站进行对接。卡内基·梅隆大学的机器人研究所开发了一种自主机器人Sage，它利用CCD和三维路标引导充电。加利福尼亚大学也进行了机器人自主充电研究，通过在充电站的上方设置色块和IR二极管来引导机器人对接并监控充电状况。

移动机器人实现长期自主工作除了利用充电站之外还有其他方法。例如：火星探测器利用太阳能充电电池吸收阳光并转换为能量（用非充电电池作为备用电池）；通过模拟空中的生物获得能量的方式——捕获未蒸发的燃料液滴并进行分解获得能源。

助老/助残机器人的行走控制系统应是对外界环境高度开放的智能系统，行走时对各种道路状况做出实时感知和决策，根据局部规划的结果和当前机器人的位置姿态和速度向机械装置发出驾驶命令，实现避障、前进等功能，并在保证用户舒适度的前提下提高移动速度。因用户要平滑、安全地使用机器人，系统要有足够快的反应能力，要求处理速度快，满足实时性的要求，且正确度高，故控制算法的研究特别重要。常用控制算法有最优控制算法、PID路径跟踪算法、预瞄控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法。实际控制通常综合采用多种算法，以期达到最佳控制效果。控制系统硬软件均在机器人内部完成，一般使用的都是机载电源，要求电源系统体积小、总量轻、连续工作时间长。

家庭服务机器人尤其是陪护型助老/助残机器人的作业臂设计与操作技术，是真正解决老年人与残疾人独立生活（协助拿取物品、料理家务）的关键技术，极具挑战性。为陪护型助老/助残机器人设计的作业臂，既要能完成较复杂的操作，又要求成本低，还要保证绝对安全。目前国内外研制的单作业臂或双作业臂的陪护型助老/助残机器人距离上述要求均还较远。