[發(fā)明專利]一種機(jī)器人自動充電系統(tǒng)及其控制方法

有效

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• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN105629971A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡則蘇;張智超;藺紹勇;楊建軍;于紹彤;馬杰
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州億豐升華科技機(jī)器人有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 貴州啟辰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52108
• 代理人: 趙彥棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人自主充電結(jié)構(gòu)及其自動控制方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的家庭服務(wù)機(jī)器人一般采用可充電電池提供動力，而可充電電池能夠提供的連續(xù)供電時間較短，一般運(yùn)行時間超過3~4個小時，就必須依靠人工充電來完成，阻礙了智能服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用和發(fā)展。這就要求家庭服務(wù)機(jī)器人應(yīng)該能夠提供自動充電的功能。對于機(jī)器人的自動充電，國內(nèi)外的不同廠家提供了很多的解決方案，如美國的ROOMBA產(chǎn)品、伊萊克斯的三葉蟲、韓國的irobot、國內(nèi)的一些廠家和院校也提供了不同的解決方案。歸結(jié)他們的方案，分為以下幾種：韓國廠家利用圖像識別來完成自動充電的方案，ROOMBA利用充電座發(fā)射兩束引導(dǎo)光以及自身的360度接收裝置來完成機(jī)器人的充電引導(dǎo)，伊萊克斯的三葉蟲和國內(nèi)的一些廠家利用貼墻回歸外加充電站發(fā)射信號（電磁或者紅外線）引導(dǎo)完成機(jī)器人的自主充電。這些機(jī)器人充電機(jī)構(gòu)定位不精確、受震動影響大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全系數(shù)小，貼墻回歸對于復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境回歸時間長，而且需要機(jī)器人具有分辨墻壁和孤島障礙物的能力；圖像識別的自充電方法需要高精度的視頻獲取和識別系統(tǒng)，識別時間長，運(yùn)行成本高；ROOMBA只適合清掃機(jī)器人等簡單產(chǎn)品的自主充電過程。這些設(shè)計有一個共同的缺點是對接精度控制差、時間長、甚至需要反復(fù)對接，對接過程需要提高對接成功率，否則電極的接觸可能會產(chǎn)生漏電、火花等危險。另一種是利用導(dǎo)軌引導(dǎo)機(jī)器人靠近充電站，這種方法提高了對接的精度，但是增加了地面設(shè)備，占用空間過大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題：針對現(xiàn)有的機(jī)器人充電技術(shù)存在的上述問題，提供了一種能夠感知環(huán)境信息，能夠進(jìn)行自主充電的家庭服務(wù)機(jī)器充電系統(tǒng)。

本發(fā)明技術(shù)方案：

一種機(jī)器人自動充電系統(tǒng)，包括機(jī)器人和充電站，充電站包括充電電控制器、電壓轉(zhuǎn)換器和紅外線發(fā)射器，機(jī)器人上有激光測距器、超聲波傳感器、紅外傳感器、充電電池以及充電電極。

充電電極的插頭采用軌道推出，插頭采用滑輪式設(shè)計。

一種機(jī)器人自動充電控制方法，包括以下步驟：

步驟一，檢測機(jī)器人電源，當(dāng)電壓值低于預(yù)設(shè)值時，啟動充電模式；

步驟二，機(jī)器人進(jìn)入充電模式后，利用超聲波先檢查自己的位置，利用自身攜帶的傳感器感知環(huán)境，根據(jù)地圖完成充電站的目標(biāo)搜索，確定充電站的位置并朝向充電站運(yùn)動。

步驟三，當(dāng)機(jī)器人上安裝的紅外傳感器接收到充電站的紅外發(fā)射信號就表明機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入紅外發(fā)射區(qū)域，因此機(jī)器人轉(zhuǎn)入基于紅外方向信號的目標(biāo)跟蹤階段，根據(jù)兩個紅外接收器所接收到的紅外信號，機(jī)器人采用相應(yīng)的路徑規(guī)劃策略，完成近程對接；

步驟四，精確對接，機(jī)器人以機(jī)身位置為中心，采用激光測距法檢測充電站上設(shè)計的三角形頂點到機(jī)器人機(jī)身的距離L以及機(jī)身位置中心左右45度角到達(dá)充電站的邊長距離，根據(jù)邊長距離的差值調(diào)整機(jī)器人機(jī)身的位置，并根據(jù)L的大小調(diào)整機(jī)身的速度使充電電極的插頭和充電站的插座對接。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明提出了遠(yuǎn)程對接區(qū)域和近程對接區(qū)域的概念，在遠(yuǎn)程對接區(qū)域內(nèi)由超聲波傳感器對周圍環(huán)境信息進(jìn)行同時定位，并創(chuàng)建地圖信息，機(jī)器人自主規(guī)劃避障路線到達(dá)近充電站區(qū)域，實現(xiàn)由遠(yuǎn)程對接區(qū)域到近程對接區(qū)域的轉(zhuǎn)變，在近程對接區(qū)域內(nèi)，首先使用視覺系統(tǒng)對充電站進(jìn)行目標(biāo)識別與目標(biāo)跟蹤，改變機(jī)器人的位姿，使機(jī)器人位于充電站的正前方，然后在超聲波和紅外傳感器的引導(dǎo)下實現(xiàn)機(jī)器人和充電站的對接，最后利用自適應(yīng)裝置實現(xiàn)一次對接，避免反復(fù)對接時間長、易漏電引發(fā)火災(zāi)等缺點，也避免應(yīng)用導(dǎo)軌范圍過大占用空間的缺點。通過以上步驟改進(jìn)機(jī)器人充電機(jī)構(gòu)定位不精確、受震動影響大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全系數(shù)小的缺點，并且具有穩(wěn)定性好、效率高，一次性實現(xiàn)對接的優(yōu)點。

本發(fā)明自主充電過程由遠(yuǎn)程搜索定位，自主導(dǎo)航、壁障路徑規(guī)劃，近程搜索對接三個階段構(gòu)成，提高了成功率，便于家庭服務(wù)機(jī)器人在無人干預(yù)的情況下長時間連續(xù)的工作；本發(fā)明自主充電接頭部分的漏斗型設(shè)計和滑輪設(shè)計可以避免因引導(dǎo)誤差導(dǎo)致的對接失敗而產(chǎn)生的多次對接。

附圖說明：

圖1為自動充電原理示意圖。

圖2為整體邏輯示意圖。

圖3為遠(yuǎn)程對接邏輯示意圖。

圖4為近程對接邏輯示意圖。

具體實施方式：