随着人民生活水平的提高和科技的进步,清洁机器人作为家庭不可缺少的室内清洁工具的观点,已渐渐被人们认可,未来必将有广阔的市场前景。清洁机器人的研究集成了计算机、智能控制、人机工程、机械等诸多学科技术,越发受到国内外学者的重视,并取得了很多新成果。自主定位和地图匹配是清洁机器人研究的两个核心问题,是实现自主导航和遍历规划的基础。本文基于低成本的传感器组合使用相对定位+绝对定位(几何地图匹配定位)的方法实现机器人的自主定位。本文首先介绍清洁机器人整体结构设计方案,包括机器人移动机构、传感器系统和控制系统设计与实现方法,进而分析传感器系统各检测单元的作用和工作原理,详细描述以嵌入式DSP为核心的控制系统、驱动系统和传感器系统等相关功能模块的控制电路的设计。给出机器人的运动方程和相对定位误差的来源。本文提出基于红外测距传感器的几何地图匹配的方法,通过墙角、房门和通路等高级环境特征的辨识、测量和提取,依据几何地图模型实现几何地图的构建和匹配。可将定位误差不定期“归零”,以避免相对定位的误差不断增大而导致定位失败的情况。最后通过实验验证了几何地图匹配方法的作用和可行性。