[發明專利]一種機器人自主充電系統與控制方法

有效

• 申請號: 201710061525.X
• 申請日: 2017-01-26
• 公開（公告）號: CN106856350B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 張春龍;向軍;李方正;李偉;袁挺;張俊雄;張文強
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J50/15;H02J50/20
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所(普通合伙) 11248
• 代理人: 徐林

1.一種機器人自主充電系統的控制方法，其特征在于：

所述機器人自主充電系統包括：充電座控制單元、機器人充電單元、電機控制單元和上位機任務單元；

充電座控制單元包括充電座(8)、充電座電子羅盤、紅外發射單元(1)和充電座控制器；

充電座(8)包括充電口(2)和電源接口(3)，其中電源接口(3)與電源適配器相連；

充電座(8)前方布置有水平標志帶，兩側布置有垂直標志帶，水平標志帶和兩個垂直標志帶構成矩形的標志地帶(9)，標志地帶(9)包圍充電座(8)；

充電座電子羅盤和充電座控制器設置在充電座(8)內；

紅外發射單元(1)設置在充電座(8)上，所述紅外發射單元(1)內設置三個紅外發射器，用于分別向不同的發射方向發射不同的紅外信號，每種信號的覆蓋范圍是60°，紅外發射單元(1)內的三個紅外發射器的覆蓋范圍是180°；

機器人充電單元，包括超聲波傳感器、紅外接收器、紅外對管(14)和電子羅盤(15)；

機器人為矩形，在機器人前端由右到左依次安裝四個超聲波傳感器，分別為第一超聲波傳感器(10)、第二超聲波傳感器(11)、第三超聲波傳感器(12)和第四超聲波傳感器(13)，其中，第一超聲波傳感器(10)和第四超聲波傳感器(13)以及第二超聲波傳感器(11)和第三超聲波傳感器(12)分別關于機器人中心線對稱；

在機器人的右側、正前端和左側分別布置有右紅外接收器、前紅外接收器和左紅外接收器，每個紅外接收器的接收角度為120度；

電子羅盤(15)設置在機器人內，機器人前端底部設置紅外對管(14)；

電機控制單元，包括電機控制器和電機，用于處理由機器人充電單元或上位機任務單元傳輸的電機控制信息，對電機進行控制；

機器人充電單元和電機控制單元設置于機器人機體中；

所述控制方法包括如下步驟：

a.機器人執行當前任務；

b.判斷機器人電量是否小于設定值，如果電量小于設定值，則執行步驟c；如果電量大于設定值，則返回步驟a，繼續執行當前任務；

c.判斷機器人是否接收到紅外信號，如果機器人未接收到紅外信號，則機器人原地旋轉，并重新判斷機器人是否接收到紅外信號；如果機器人收到紅外信號，則進入步驟d；

d.機器人根據接收到的紅外信號選擇相應的運動策略靠近充電座8；

安裝在充電座(8)中的三個不同的紅外發射管發射三種不同的紅外信號，每種信號的覆蓋范圍是60°；

機器人位于紅外信號覆蓋范圍內時，根據機器人上的三個紅外接收器接收到的紅外信號，判斷當前機器人所在的區域與姿態，并確定機器人接下來的運動狀態；

e.判斷機器人是否到達對接區域，如果機器人未到達對接區域，則返回步驟d；如果機器人已經到達對接區域，則進入步驟f；

f.調用對接算法；

設置于機器人中的機器人充電單元中的電子羅盤(15)測量機器人的方位角度進而消除角度誤差，當機器人的紅外對管(14)檢測到標志地帶(9)后，機器人向充電座控制器發送獲取充電座方位角度的指令，充電座控制器收到該指令后，將充電座電子羅盤測到的自身方位角度通過無線串口發回機器人充電單元，機器人充電單元將機器人中的電子羅盤(15)測到的機器人的角度與機器人收到的充電座的角度進行對比，得到電機控制信息，將該信息輸出至電機控制單元，進而控制機器人調整姿態直至機器人的角度與充電座的角度一致，此刻機器人的前端面與標志地帶(9)中的水平標志帶平行；

當機器人檢測到標志地帶(9)并將機器人角度調整到與標志地帶(9)中的水平標志帶平行后，四個超聲波傳感器開始工作，通過比較四個超聲波傳感器所測量的距離信息，判斷機器人與充電座(8)的相對位置，調用對接算法進行對接；

g.對接成功，開始充電；

在步驟d中，所述運動策略為：

機器人的右側、正前端、左側分別布置有右紅外接收器(4)、前紅外接收器(5)和左紅外接收器(6)，I、II、III分別表示充電座(8)的紅外發射單元(1)內的三個紅外發射器從左至右發出的三種不同的紅外信號，每種紅外信號的覆蓋范圍是60°：

d1、機器人的三個紅外接收器未收到任何信號時，機器人原地旋轉；

d2、當只有左紅外接收器(6)收到信號I時，則斷定機器人當前處于a狀態，此時機器人逆時針旋轉；

d3、當前紅外接收器(5)和左紅外接收器(6)收到信號I時，則斷定機器人當前處于b狀態，此時機器人逆時針旋轉；

d4、當右紅外接收器(4)收到信號I時，則斷定機器人當前處于c狀態，此時機器人直行；

d5、當左紅外接收器(6)收到信號II時，則斷定機器人當前處于d狀態，此時機器人逆時針旋轉；

d6、當只有前紅外接收器(5)收到信號II時，則斷定機器人當前處于e狀態，機器人直行；

d7、當右紅外接收器(4)收到信號II時，則斷定機器人當前處于f狀態，此時機器人順時針旋轉；

d8、當只有右紅外接收器(4)收到信號III時，則斷定機器人當前處于i狀態，此時機器人順時針旋轉；

d9、當右紅外接收器(4)和前紅外接收器(5)收到信號III時，則斷定機器人當前處于h狀態，此時機器人順時針旋轉；

d10、當左紅外接收器(6)收到信號III時，則斷定機器人當前處于g狀態，此時機器人直行。