专利名称：具有自动返回充电座功能的室内安保机器人及返回方法
技术领域：
本发明涉及一种安保机器人，尤其涉及一种具有自动返回充电座功能的室内安保 机器人，本发明还涉及这种安保机器人自动返回充电座的方法。
背景技术：
室内安保机器人是在例如住宅或办公室的限定区域内自主移动，并且实时拍摄室 内人员进出等情况的装置。由于安保机器人在限定区域内自主移动，它通过电池提供驱动 电源。为用户使用方便，安保机器人具有自动充电功能。在实现自动巡逻功能时，安保机器 人实时检测电池中的剩余电量。如果电池中的剩余电量低于预设的充电电压参考值，安保 机器人自动返回放置在限定区域内预设位置上的充电座。在实现自动充电功能时，安保机 器人实时检测电池中的电量，如果电池中的电量达到设定的工作电压参考值，安保机器人 重新开始其相应巡逻操作。然而，安保机器人自动返回充电座的传统方法是将人造标记贴在充电座上，安保 机器人通过随机行进检测贴在充电座上的人造标记，确定充电座的位置，并且将安保机器 人返回充电座。由于通过随机行进检测具有较大的偶然因素，随着安保机器人的位置不同，返回 充电座的时间有较大的差别。在使用随机行进检测的传统方法中，如果用长时间来检测贴 在充电座上的人造标记，当返回充电座时，很有可能造成由于电池电量不足而停止对安保 机器人的驱动。
发明内容
发明目的本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种具有自动返回 充电座功能且返回速度快的室内安保机器人。技术方案本发明所述的具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，包括智能 充电座和安保机器人两部分，所述智能充电座两侧各装有一个红外检测模块；所述安保机 器人上设置有车体护头模块、电子罗盘模块和红外避障模块；智能充电座和车体护头模块主要用来完成安保机器人的充电功能；安保机器人 远程返回智能充电座时，通过所述电子罗盘模块检测角度信息来调整安保机器人的行进方 向，使车体护头模块和智能充电座处于平行状态；当安保机器人和智能充电座近距离时，通 过两对红外检测模块来左右调整安保机器人的位置，确保车体护头模块和智能充电座位于 同一直线上。所述智能充电座主要由控制模块、通信模块、定位模块、充电电路模块和电源模块 构成控制模块作为整个智能充电座的控制中枢，负责控制和协调充电座上的其他各模 块运作，完成远程机器人的指令要求；通信模块主要通过无线收发单元与远程安保机器人进行信息交互相，远程安保机器人将充电指令发送到智能充电座以后，智能充电座将其两侧的红外检测模块检测到的安 保机器人位置返回给安保机器人，从而保证安保机器人能够迅速的返回到智能充电座完成 充电；定位模块包括红外检测模块和弧形导轨两部分，所述弧形导轨设置在所述智能充 电座的前端，主要用来通过机械方式消除红外检测模块的测量误差；充电电路模块包括电流检测模块和LED显示模块两部分，电流检测模块主要是通 过检测电流的有无来判定充电成功与否，LED显示模块包括LED指示灯，主要是用来更加直 接形象的显示机器人的充电状态；电源模块包括输出电极，为整个智能充电座提供各种所需的电压，保证了充电过 程的顺利完成。所述安保机器人上还设置有USB摄像头模块，主要用来在安保机器人巡逻状态时 拍摄图片，然后通过Wi-Fi模块上传至Internet以供远程客户端访问和控制。所述电子罗盘模块由信号转换电路、传感器复位电路、电源模块和微控制器模块 构成。所述车体护头模块由线性弹簧、护头挡板、车体护头和充电输入电极构成，所述车 体护头为弧形面，通过和所述弧形导轨的配合来保证输出电极和充电输入电极的精确对 准；所述充电输入电极设置在所述车体护头的弧形面中部，通过所述线性弹簧与所述护头 挡板连接，所述线性弹簧保证输出电极和充电输入电极的良好接触。上述室内安保机器人自动返回充电座的方法，包括如下步骤a、安保机器人检测到电池电量低于充电电压参考值时，安保机器人发送充电指令 给智能充电座，智能充电座打开红外避障检测模块，发送红外检测信号，检测安保机器人是 否进入对接范围；b、安保机器人的电子罗盘模块通过磁阻传感器检测安保机器人与预设的智能充 电座的相对角度，信号转换电路将检测到的角度信号转换为电平信号上传至安保机器人上 的控制模块；C、安保机器人上的控制模块将获得的电平信号转换为角度信号，控制差分驱动电 机来调整安保机器人的运动方向，使安保机器人的运动方向与智能充电座处于平行状态；d、安保机器人做直线运动，同时前向的两个红外避障传感器及左右两个红外避障 传感器进行障碍检测；e、当安保机器人运动到智能充电座上的两对红外传感器的检测范围内时，智能充 电座上的微控制器模块根据两对红外传感器所检测到得障碍信息，发送命令来控制安保机 器人的左右移动，从而使安保机器人和智能充电座处于同一条直线上；f、安保机器人做直线运动，直到和智能充电座的充电座体接触，充电座体上的弧 形导轨引导安保机器人上的充电输入电极和充电座体上的输出电极完全接触；g、智能充电座上的充电电路根据电流检测来判断对接是否完成，对接成功则点亮 LED灯来显示充电状态，否则智能充电座上的微控制模块发送指令控制安保机器人后退一 定距离，重复e、f步骤所述内容，直到充电电路检测到充电成功为止。本发明与现有技术相比，其有益效果为(1)对接速度快本发明采用的电子罗盘 +红外检测避障传感器来实现的充电对接，相对于传统的随机行进检测人造标记的方案大大减少了机器人寻找充电座体的时间，从而保证了充电完成的成功率；2、成本低本发明 的定位采用了红外避障传感器，相对于传统对接中所采用的超声定位，大大减小了系统的 成本；3、本发明的结构具有较好的冗余性设计，能够最大限度的消除定位误差，减小了对系 统的定位精度要求。
图1为本发明的智能充电座的模块结构示意图；图2为本发明的智能充电座和安保机器人机械结构示意图；图3为本发明的智能充电座机械结构示意图；图4为本发明的车体护头机械结构示意图；图5为本发明的安保机器人自动返回智能充电座方法的流程图；其中1、智能充电座，2、车体护头模块，3、USB摄像头模块，4、电子罗盘模块，5、红 外避障模块，6、弧形导轨，7、红外检测模块，8、充电电路模块，9、输出电极，10、LED指示灯， 11、线性弹簧，12、护头挡板，13、车体护头，14、充电输入电极。
具体实施例方式下面结合附图，对最佳实施例进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所 述实施例。实施例一种具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，包括智能充电座1和 安保机器人两部分。参见附图1，智能充电座1主要由控制模块、通信模块、定位模块、充电电路模块8 和电源模块构成；控制模块作为整个智能充电座的控制中枢，负责控制和协调充电座上的其他各模 块运作，完成远程机器人的指令要求；通信模块主要通过无线收发单元与远程安保机器人进行信息交互相，远程安保机 器人将充电指令发送到智能充电座1以后，智能充电座1将其两侧的红外检测模块7检测 到的安保机器人位置返回给安保机器人，从而保证安保机器人能够迅速的返回到智能充电 座1完成充电；定位模块包括红外检测模块7和弧形导轨6两部分，所述弧形导轨6设置在所述 智能充电座1的前端，主要用来通过机械方式消除红外检测模块7的测量误差；充电电路模块8包括电流检测模块和LED显示模块两部分，电流检测模块主要是 通过检测电流的有无来判定充电成功与否，LED显示模块包括LED指示灯10，主要是用来更 加直接形象的显示机器人的充电状态；电源模块包括输出电极9，为整个智能充电座提供各种所需的电压，包括9V和 3. 3V，保证了充电过程的顺利完成。参见附图2，自动返回智能充电座的安保机器人主要有车体护头模块2、USB摄像 头模块3、电子罗盘模块4和红外避障模块5构成。智能充电座1和车体护头模块2主要用 来完安保成机器人的充电功能；USB摄像头模块主要用来在安保机器人巡逻状态时拍摄图 片，然后通过Wi-Fi模块上传至Internet以供远程客户端访问和控制；电子罗盘模块4主要用来检测机器人和充电座之间的相对角度信息；红外避障模块5主要用来在机器人运动 时的障碍检测，避免机器人的碰撞。参见附图3，智能充电座前端设有弧形导轨6，主要用来通过机械方式消除定位误 差；两侧各装有一个红外检测模块7，近距离时通过检测障碍的有无来判定安保机器人相 对于充电座的位置；充电座的尾部装有充电电路模块8、输出电极9和LED指示灯10。参见附图4，车体护头模块包括线性弹簧11、有绝缘材料制成的护头挡板12和车 体护头13、以及充电输入电极14。其中线性弹簧11主要用来保证输出电极9和充电输入 电极14的良好接触，车体护头13通过和弧形导轨6的配合来保证输出电极9和充电输入 电极11的精确对准。参见附图5，安保机器人自动返回智能充电座的工作方法，包括如下步骤步骤1、安保机器人上的电压检测模块循环检测电池的电量，当检测到电池电量低 于预设的充电电压参考值时，通过无线通信模块、发送充电指令到智能充电座1 ；步骤2、安保机器人上的电子罗盘模块4测量安保机器人与和智能充电座的相对 角度，控制模块根据检测结果控制驱动电机来调整机器人转动相应的角度；步骤3、智能充电座1收到充电指令后，打开两侧的红外检测模块7，检测安保机器 人是否在附近，在则运行步骤7，否则运行步骤4 ；步骤4、安保机器人两侧的红外避障模块5循环检测是否存在障碍，存在则执行步 骤5，否则执行步骤6;步骤5、安保机器人上的控制模块控制驱动电机来调整机器人的左右移动，避开障 碍；步骤6、安保机器人做直线行进运动，直到机器人前端的红外避障模块5检测到障 碍，执行步骤3;步骤7、安保机器人根据智能充电座1两侧的红外检测模块7的检测情况，控制驱 动电机来调整安保机器人的左右移动；步骤8、安保机器人做直线行进运动，直到与智能充电座完全接触；步骤9、智能充电座上的电流检测电路检测到充电电流，执行步骤10，否则执行步 骤3 ；步骤10、安保机器人固定位置，关闭红外避障模块5，关闭USB摄像头模块3 ；步骤11、智能充电座1关闭两侧的红外检测模块7，点亮LED充电指示灯；步骤12、安保机器人上的电压检测电路循环检测电池电量，当检测到电池电量高 于预设的工作电压参考值时，执行步骤13 ；步骤13、关闭LED充电指示灯，打开USB摄像头模块，安保机器人开始巡逻。熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是可 在不背离本发明精神和范围的情况下做出各种改变。因此，除了所附权利要求之外，不能用 于限制本发明。
权利要求
一种具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，包括智能充电座(1)和安保机器人两部分，其特征在于所述智能充电座(1)两侧各装有一个红外检测模块(7)；所述安保机器人上设置有车体护头模块(2)、电子罗盘模块(4)和红外避障模块(5)；智能充电座(1)和车体护头模块(2)主要用来完成安保成机器人的充电功能；安保机器人远程返回智能充电座(1)时，通过所述电子罗盘模块(4)检测角度信息来调整安保机器人的行进方向，使车体护头模块(2)和智能充电座(1)处于平行状态；当安保机器人和智能充电座(1)近距离时，通过两对红外检测模块(7)来左右调整安保机器人的位置，确保车体护头模块(2)和智能充电座(1)位于同一直线上。
2.根据权利要求1所述的具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，其特征在于 所述智能充电座⑴主要由控制模块、通信模块、定位模块、充电电路模块⑶和电源模块 构成；控制模块作为整个智能充电座的控制中枢，负责控制和协调充电座上的其他各模块运 作，完成远程机器人的指令要求；通信模块主要通过无线收发单元与远程安保机器人进行信息交互，远程安保机器人将 充电指令发送到智能充电座⑴以后，智能充电座⑴将其两侧的红外检测模块(7)检测 到的安保机器人位置返回给安保机器人，从而保证安保机器人能够迅速的返回到智能充电 座(1)完成充电；定位模块包括红外检测模块(7)和弧形导轨(6)两部分，所述弧形导轨(6)设置在所 述智能充电座(1)的前端，主要用来通过机械方式消除红外检测模块(7)的测量误差；充电电路模块(8)包括电流检测模块和LED显示模块两部分，电流检测模块主要是通 过检测电流的有无来判定充电成功与否，LED显示模块包括LED指示灯(10)，主要是用来更 加直接形象的显示机器人的充电状态；电源模块包括输出电极(9)，为整个智能充电座提供各种所需的电压，保证了充电过程 的顺利完成。
3.根据权利要求1所述的具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，其特征在于 所述安保机器人上还设置有USB摄像头模块(3)，主要用来在安保机器人巡逻状态时拍摄 图片，然后通过Wi-Fi模块上传至Internet以供远程客户端访问和控制。
4.根据权利要求1所述的具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，其特征在于 所述电子罗盘模块(4)由信号转换电路、传感器复位电路、电源模块和微控制器模块构成。
5.根据权利要求2所述的具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，其特征在于 所述车体护头模块(2)由线性弹簧(11)、护头挡板(12)、车体护头(13)和充电输入电极 (14)构成，所述车体护头(13)为弧形面，通过和所述弧形导轨(6)的配合来保证输出电极 (9)和充电输入电极(14)的精确对准；所述充电输入电极(14)设置在所述车体护头(13) 的弧形面中部，通过所述线性弹簧(11)与所述护头挡板(12)连接，所述线性弹簧(11)保 证输出电极(9)和充电输入电极(14)的良好接触。
6.根据权利要求1 5中任一权利要求所述的室内安保机器人自动返回充电座的方 法，其特征在于包括如下步骤a、安保机器人检测到电池电量低于充电电压参考值时，安保机器人发送充电指令给智能充电座，智能充电座打开红外避障检测模块，发送红外检测信号，检测安保机器人是否进 入对接范围；b、安保机器人的电子罗盘模块通过磁阻传感器检测安保机器人与预设的智能充电座 的相对角度，信号转换电路将检测到的角度信号转换为电平信号上传至安保机器人上的控 制模块；C、安保机器人上的控制模块将获得的电平信号转换为角度信号，控制差分驱动电机来 调整安保机器人的运动方向，使安保机器人的运动方向与智能充电座处于平行状态；d、安保机器人做直线运动，同时前向的两个红外避障传感器及左右两个红外避障传感 器进行障碍检测；e、当安保机器人运动到智能充电座上的两对红外传感器的检测范围内时，智能充电座 上的微控制器模块根据两对红外传感器所检测到得障碍信息，发送命令来控制安保机器人 的左右移动，从而使安保机器人和智能充电座处于同一条直线上；f、安保机器人做直线运动，直到和智能充电座的充电座体接触，充电座体上的弧形导 轨弓I导安保机器人上的充电输入电极和充电座体上的输出电极完全接触；g、智能充电座上的充电电路根据电流检测来判断对接是否完成，对接成功则点亮LED 灯来显示充电状态，否则智能充电座上的微控制模块发送指令控制安保机器人后退一定距 离，重复e、f步骤所述内容，直到充电电路检测到充电成功为止。
全文摘要
本发明公开一种具有自动返回充电座功能的室内安保机器人，包括智能充电座和安保机器人两部分，所述智能充电座两侧各装有一个红外检测模块；所述安保机器人上设置有车体护头模块、电子罗盘模块和红外避障模块；智能充电座和车体护头模块主要用来完成安保机器人的充电功能。本发明还公开这种安保机器人自动返回充电座的方法。本发明采用的电子罗盘+红外检测避障传感器来实现的充电对接，相对于传统的随机行进检测人造标记的方案大大减少了机器人寻找充电座体的时间，从而保证了充电完成的成功率。
文档编号G01R31/36GK101923352SQ20101021728
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者孟田华, 宋光明, 张继梅, 牛艳鹏 申请人:东南大学