[發明專利]一種移動機器人自動充電系統及方法

在審

• 申請號: 202210853999.9
• 申請日: 2022-07-13
• 公開（公告）號: CN115016505A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 陳友東;郭家賀
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;H02J7/00
• 代理公司: 北京天匯航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11987
• 代理人: 高永

1.一種移動機器人自動充電系統，包括充電樁，移動機器人，其特征在于：

充電樁，所述充電樁包括第一至第三發射器和控制所述第一至第三發射器發射狀態的發射控制器；第一至第三發射器呈現“一”字型間隔排列，三個發射器外部均被黑色吸光材料的遮光件部分遮擋，使得三個發射器各自覆蓋形成的信號區無交叉，第一發射器發射的信號形成扇形的第一發射區S1，第二發射器發射的信號形成圓柱狀狹長的第二發射區S2，第三發射器發射的信號形成扇形的第三發射區S3，所述第二發射區的中心軸線方向為充電樁供電接線觸頭的引出方向；

移動機器人，所述移動機器人上安裝有沿周向間隔布置的第一至第四接收器，用于控制第一至第四接收器接收狀態并分析和處理所接收到的發射信號的接收控制器，用于控制移動機器人移動的運動控制器；所述第一至第四接收器的安裝高度與所述充電樁第一至第三發射器的安裝高度大致相同，能夠接收三個發射器在發射區相向發出的信號，所述第二、第三接收器之間被黑色吸光材料的阻隔件隔開，形成分別由第一第二接收器和第三第四接收器形成的扇形接收區，所述阻隔件的對稱軸線方向為移動機器人受電接線觸頭的引出方向；

移動機器人兩塊獨立扇形接收區中第一至第四接收器接收狀態的不同，進行機器人與充電樁之間準確的位置關系的對應，引導移動機器人受電接線觸頭與充電樁供電接線觸頭的精準對接。

2.根據權利要求1所述的移動機器人自動充電系統，其特征在于，還包括碰撞檢測裝置，該碰撞檢測裝置安裝在移動機器人受電接線觸頭的正下方，當移動機器人受電接線觸頭與充電樁供電接線觸頭尚未對正、但移動機器人與充電樁已經發生刮碰的情況下，移動機器人運動控制器進行緊急制動并后撤一段距離，重新規劃自動充電作業。

3.根據權利要求1所述的移動機器人自動充電系統，其特征在于，發射器和接收器包括但不限于光電傳感器，紅外傳感器，聲波傳感器，超聲傳感器。

4.一種移動機器人自動充電方法，該自動充電方法實現根據權利要求1-3所述的一種移動機器人自動充電系統的充電過程，其特征在于包含以下三個階段：

第一階段：低電量狀態下，所述移動機器人借助定位導航算法粗略定位與充電樁附近，并至少原地自轉一圈，所述接收控制器不斷查詢并獲取第一至第四接收器中的任一接收器接收到的來自所述第一至第三發射器發出的信號，判斷是否處在第一至第三發射區S1-S3的某一位置，并根據所處位置的不同做出相應的控制動作，控制所述移動機器人在不同位置時均能移動到第二發射區S2，且所述移動機器人的朝向與所述充電樁的朝向大致相對，在此過程中，運動控制器將計算并記錄轉過的角度值；

第二階段：此時機器人已經移動到第二發射區S2，自轉微調所述移動機器人的朝向，將所述移動機器人受電接線觸頭的引出方向與所述充電樁供電接線觸頭的引出方向精準對齊，在此過程中，運動控制器將計算并記錄轉過的角度值；

第三階段，此時移動機器人受電接線觸頭的引出方向與所述充電樁供電接線觸頭的引出方向精準對齊，通過所述運動控制器控制移動機器人沿當前朝向前進，期間不斷查詢和判斷第二和第三接收器的接收狀態，根據第二和第三接收器接收狀態的不同，不斷微調和修正所述移動機器人的前進路線，直到所述移動機器人受電接線觸頭與所述充電樁供電接線觸頭完全接觸，接線觸頭檢測有充電電流流過，至此對接作業完成，在此過程中，運動控制器將計算并記錄轉過的角度值。

5.根據權利要求4所述的移動機器人自動充電方法，其特征在于，

第一階段中：當第一至第四接收器中的任一接收器接收到來自第一發射器的信號時，認為所述移動機器人處在第一發射區S1；進行自轉，并不斷判斷與自轉方向同側的所述第二或第三接收器的接收狀態；當與自轉方向同側的第二或第三接收器的接收狀態由無接收跳變至接收到來自第一發射器的信號時，所述移動機器人停止自轉，沿著當前朝向直線移動，期間繼續查詢所述第一或第四接收器的接收狀態；當所述第一或第四接收器接收到來自第二發射器的信號時，所述移動機器人會立即停止前進，此時可認為所述移動機器人處在第二發射區S2，且所述移動機器人的朝向與所述充電樁朝向大致相對。