[發明專利]一種機器人自動充電系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410606319.9
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN105629971A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 蔡則蘇;張智超;藺紹勇;楊建軍;于紹彤;馬杰
• 申請（專利權）人: 貴州億豐升華科技機器人有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 貴州啟辰知識產權代理有限公司 52108
• 代理人: 趙彥棟

技術領域

本發明涉及一種機器人自主充電結構及其自動控制方法。

背景技術

現有的家庭服務機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供電時間較短，一般運行時間超過3~4個小時，就必須依靠人工充電來完成，阻礙了智能服務機器人的應用和發展。這就要求家庭服務機器人應該能夠提供自動充電的功能。對于機器人的自動充電，國內外的不同廠家提供了很多的解決方案，如美國的ROOMBA產品、伊萊克斯的三葉蟲、韓國的irobot、國內的一些廠家和院校也提供了不同的解決方案。歸結他們的方案，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利用充電座發射兩束引導光以及自身的360度接收裝置來完成機器人的充電引導，伊萊克斯的三葉蟲和國內的一些廠家利用貼墻回歸外加充電站發射信號（電磁或者紅外線）引導完成機器人的自主充電。這些機器人充電機構定位不精確、受震動影響大、結構復雜、安全系數小，貼墻回歸對于復雜的室內環境回歸時間長，而且需要機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，識別時間長，運行成本高；ROOMBA只適合清掃機器人等簡單產品的自主充電過程。這些設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生漏電、火花等危險。另一種是利用導軌引導機器人靠近充電站，這種方法提高了對接的精度，但是增加了地面設備，占用空間過大。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有的機器人充電技術存在的上述問題，提供了一種能夠感知環境信息，能夠進行自主充電的家庭服務機器充電系統。

本發明技術方案：

一種機器人自動充電系統，包括機器人和充電站，充電站包括充電電控制器、電壓轉換器和紅外線發射器，機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，插頭采用滑輪式設計。

一種機器人自動充電控制方法，包括以下步驟：

步驟一，檢測機器人電源，當電壓值低于預設值時，啟動充電模式；

步驟二，機器人進入充電模式后，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境，根據地圖完成充電站的目標搜索，確定充電站的位置并朝向充電站運動。

步驟三，當機器人上安裝的紅外傳感器接收到充電站的紅外發射信號就表明機器人已經進入紅外發射區域，因此機器人轉入基于紅外方向信號的目標跟蹤階段，根據兩個紅外接收器所接收到的紅外信號，機器人采用相應的路徑規劃策略，完成近程對接；

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

本發明有益效果：

本發明提出了遠程對接區域和近程對接區域的概念，在遠程對接區域內由超聲波傳感器對周圍環境信息進行同時定位，并創建地圖信息，機器人自主規劃避障路線到達近充電站區域，實現由遠程對接區域到近程對接區域的轉變，在近程對接區域內，首先使用視覺系統對充電站進行目標識別與目標跟蹤，改變機器人的位姿，使機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下實現機器人和充電站的對接，最后利用自適應裝置實現一次對接，避免反復對接時間長、易漏電引發火災等缺點，也避免應用導軌范圍過大占用空間的缺點。通過以上步驟改進機器人充電機構定位不精確、受震動影響大、結構復雜、安全系數小的缺點，并且具有穩定性好、效率高，一次性實現對接的優點。

本發明自主充電過程由遠程搜索定位，自主導航、壁障路徑規劃，近程搜索對接三個階段構成，提高了成功率，便于家庭服務機器人在無人干預的情況下長時間連續的工作；本發明自主充電接頭部分的漏斗型設計和滑輪設計可以避免因引導誤差導致的對接失敗而產生的多次對接。

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：