移动机器人自主充电系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种移动机器人自主充电系统，其包括：主控制板、机器人控制器、电源模块、电量监控模块、驱动控制模块、传感器板、激光传感器以及红外传感器，其中，电量监控模块获取电源模块的电量信息，机器人控制器根据电量信息控制激光传感器获取包含充电站位置信息的脉冲信号，主控制板根据脉冲信号建立第一行径轨迹；传感器板采集红外传感器获取的红外信号，主控制板根据红外信号对第一行径轨迹进行修正得到第二行径轨迹。本发明提出的移动机器人自主充电系统使用由激光扫描建模技术、红外定位技术及机器人运动控制技术组成的智能移动机器人自主充电系统，克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性。
【专利说明】移动机器人自主充电系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人运动控制技术，尤其涉及一种移动机器人自主充电系统。
【背景技术】
[0002]在现有技术中，智能移动机器人自主充电实现方式主要有两种，一种是利用红外测距技术与运动控制技术相结合实现自主充电；另一种是利用激光建模技术和运动控制技术相结合实现自主充电。然而上述两种技术在实际应用中均存在如下缺陷:(1)利用红外测距技术来实现自主充电时，主要是采用红外接收结合姿态调整策略，这样造成了机器人在距离充电站较远区域内不断调整姿态，不能实现短时间内确定充电站的位置，充电过于费时；(2 )采用激光建模技术进行自主充电时，在远距离区域内，机器人可迅速锁定充电站位置，但在近距离精确对准时，由于激光传感器存在视角盲区，可能导致对准过程中存在位置偏差。
【发明内容】
[0003]本发明旨在解决上述现有技术中存在的问题，提出一种移动机器人自主充电系统。
[0004]本发明提出的移动机器人自主充电系统包括:主控制板、机器人控制器、电源模块、电量监控模块、驱动控制模块、传感器板、激光传感器以及红外传感器，其中，所述电量监控模块获取电源模块的电量信息，所述机器人控制器根据所述电量信息控制激光传感器获取包含充电站位置信息的脉冲信号，所述主控制板根据所述脉冲信号建立第一行径轨迹；所述传感器板采集所述红外传感器获取的红外信号，所述主控制板根据所述红外信号对第一行径轨迹进行修正，得到第二行径轨迹；所述机器人控制器根据第二行径轨迹向所述驱动控制模块发送驱动信号以控制机器人向充电站移动。
[0005]本发明提出的移动机器人自主充电系统使用由激光扫描建模技术、红外定位技术及机器人运动控制技术组成的智能移动机器人自主充电系统，相对于以往自主充电方式，克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明一实施例的移动机器人自主充电系统结构图。
[0007]图2为本发明一优选实施例的移动机器人自主充电系统结构图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
[0009]在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
[0010]本发明提供一种移动机器人自主充电系统。
[0011]如图1所示，本发明提出的移动机器人自主充电系统包括:主控制板100、机器人控制器(Robot Controller, RC) 200、电源模块300、电量监控模块400、驱动控制模块500、传感器板600、激光传感器700以及红外传感器800。其中，机器人控制器200、电量监控模块400、驱动控制模块500、传感器板600通过总线进行数据交互；主控制板100与机器人控制器200通过无线网络进行数据交互。
[0012]下面将对本发明提出的移动机器人自主充电系统各组成部分及工作原理作进一步详细描述。
[0013]电量监控模块400可实时或定时地获取电源模块300的电量信息，机器人控制器200根据所述电量信息控制激光传感器700获取包含充电站位置信息的脉冲信号，主控制板100根据所述脉冲信号建立以所述充电站为目标的第一行径轨迹；同时，传感器板600采集红外传感器800获取的红外信号，主控制板100根据所述红外信号对所述第一行径轨迹进行进一步修正，得到更加精确的第二行径轨迹；机器人控制器200根据所述第二行径轨迹向驱动控制模块500发送驱动信号以控制机器人向充电站移动。
[0014]在上述描述中，主控制板100主要作用是实现对整个机器人系统的控制，相当于系统的大脑，主控制板100与机器人控制器200通过无线网络进行数据交互。
[0015]机器人控制器200主要功能是实现机器人运动控制、传感器信息采集与处理以及电量监控功能，其通过CAN总线与电量监控模块400、驱动控制模块500相连接，并通过以太网实现与主控制板100实时进行数据交互，主控制板100与机器人控制器200为整个系统的核心部件。
[0016]电量监控模块400通过电量监控板实现。一般采用电流积分的方法来计算剩余电量。软件上采用的方法是假定每次运行电流一定，并且每次电池电量已经充满，测得每个电流值对应电池电压与放电时间的关系曲线，进而得到电量与电压的关系曲线。
[0017]优选地，电源模块300采用冗余双电源设计，可实现了整体机器人系统的冗余供电，这样不但增加了电池容量，同时解决了因电池故障造成室外机器人无法正常运行的问题，从而增加室外机器人运行时间，使室外机器人可执行时间长、距离远的任务。
[0018]进一步优选地，电源模块300采用磷酸铁锂电池组作为蓄电池组，磷酸铁锂电池是高比能量最高、性能最稳定锂电池，受室外机器人体积空间限制以及高能量比的要求，可优选采用磷酸铁锂电池组为室外机器人供电。
[0019]驱动控制模块500由多个驱动控制板组成，所述驱动控制板通过码盘实现位置闭环，从而达到运动部分精确控制的目的。
[0020]激光传感器700可检测150°，30米内物体，并根据返回脉冲信号描述出周围环境，主要作用是通过环境扫描，确定当前充电站位置，通过程序规划出机器人行至充电站的第一行径轨迹，机器人可根据轨迹迅速移到充电站附近。需指出的是，所述第一行径轨迹仅为通过激光传感器700定位得到的粗略轨迹，需要进一步进行优化。
[0021]红外传感器800主要实现在完成激光粗定位和运动到充电站大致位置后的精确定位功能,通过红外传感器800的发送端和接收端的对接，精确判断机器人相对于充电站的位置，进而实时调整姿态向目标充电站靠近，从而实现自主充电。
[0022]优选地，本发明提出的移动机器人自主充电系统还包括与主控制板100无线连接的远程监控模块900，主控制板100将所述电量信息、第一行径轨迹、第二行径轨迹以及机器人相对于充电站的位置信息发送至远程监控模块900，从而实现机器人状态信息的实时反馈。
[0023]由于移动机器人应用场合的特殊性，主控制板100与机器人控制器200可优选采用工业无线网卡进行无线连接，其传输距离可达到上千米。
[0024]本发明提出的移动机器人自主充电系统还可以应用于自动导引运输车(Automated Guided Vehicle, AGV)、电动汽车等领域。针对于不同行业,只需根据实际需求增加或减少板卡和传感器数量，无需更改系统的情况下即能实现自主充电功能。如在自动导引运输车系统中，可将自主充电控制系统与自动导引运输车运动控制系统整合即能实现自动导引运输车进行自主充电。采用自主充电不仅可实现自动导引运输车连续运行，而且节省了人力成本，对提高系统整体运行连续性和可靠性有很大帮助。
[0025]本发明提出的移动机器人自主充电系统利用激光进行环境建模实现充电站远距离定位，并结合红外传感器实现近距离精确定位的方式实现自主充电。整个控制系统组成包括主控制板、机器人控制器、传感器采集板、电量监控板、激光传感器以及红外传感器等。本发明采用无线网络将主控制板与机器人控制器连接起来。机器人控制器、传感器板、电量监控部分等则通过CAN总线实现通讯，通过对激光环境建模、机器人运动控制和红外传感器对准等软件的编程即可实现自主充电功能。
[0026]本发明提出的移动机器人自主充电系统使用由激光扫描建模技术、红外定位技术及机器人运动控制技术组成的智能移动机器人自主充电系统，相对于以往自主充电方式，克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性。此夕卜，本发明应用主控制板与机器人控制器组成的机器人双主板控制系统，将运动控制与其他控制功能分开，在控制层次上更加分明，同时在软件编程上也更加利于实现模块化。
[0027]虽然本发明参照当前的较佳实施方式进行了描述，但本领域的技术人员应能理解，上述较佳实施方式仅用来解释和说明本发明的技术方案，而并非用来限定本发明的保护范围，任何在本发明的精神和原则范围之内，所做的任何修饰、等效替换、变形、改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种移动机器人自主充电系统，包括:主控制板、机器人控制器、电源模块、电量监控模块、驱动控制模块、传感器板、激光传感器以及红外传感器，其中，所述电量监控模块获取电源模块的电量信息，所述机器人控制器根据所述电量信息控制激光传感器获取包含充电站位置信息的脉冲信号，所述主控制板根据所述脉冲信号建立第一行径轨迹；所述传感器板采集所述红外传感器获取的红外信号，所述主控制板根据所述红外信号对第一行径轨迹进行修正，得到第二行径轨迹；所述机器人控制器根据第二行径轨迹向所述驱动控制模块发送驱动信号以控制机器人向充电站移动。
2.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，所述机器人控制器、电量监控模块、驱动控制模块、传感器板通过总线进行数据交互。
3.权利要求1或2所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，所述主控制板与所述机器人控制器通过无线网络进行数据交互。
4.根据权利要求3所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，所述主控制板与所述机器人控制器通过工业无线网卡进行数据交互。
5.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，还包括与所述主控制板无线连接的远程监控模块，所述主控制板将所述电量信息、第一行径轨迹、第二行径轨迹以及机器人相对于充电站的位置信息发送至所述远程监控模块。
6.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，所述电源模块采用冗余双电源设计。
7.根据权利要求6所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，所述电源模块采用磷酸铁锂电池组作为蓄电池组。
8.根据权利要求1所述的移动机器人自主充电系统，其特征在于，所述驱动控制模块包括至少一个驱动控制板，所述驱动控制板通过码盘实现位置闭环。
【文档编号】G05D1/02GK104298233SQ201310563037
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】曲道奎, 邹风山, 徐方, 褚明杰, 杨奇峰, 郑春晖 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司