一种机器人自动充电上桩系统和一种上桩方法与流程

本申请涉及机器人充电技术领域，尤其涉及一种机器人自动充电上桩系统和一种上桩方法。

背景技术：

随着科技技术的发展，各种机器人相继面世，例如清洁机器人、银行服务机器人、医院护理机器人等。目前的机器人采用自助充电的方式进行充电，例如，清洁机器人在室内进行清洁工作时，对自身电量进行检测，在自身电量达到充电的下限值时，自主回到充电桩(以下简称为上桩)进行充电。

现有的机器人上桩方式采取激光导航上桩，即机器人向充电桩运动的过程中，发射激光测距信号，检测与充电桩之间的距离，当距离达到设定距离时，开启激光特征识别，识别确认后上桩充电。该种上桩方式虽然能够实现机器人的上桩，但是容易出现机器人失航现象且上桩耗时久。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种机器人自动充电上桩系统和一种上桩方法，解决了机器人的上桩方式容易出现机器人失航现象且上桩耗时久的技术问题。

本申请第一方面提供了一种机器人自动充电上桩系统，包括：中央处理器和uwb模组；

所述uwb模组包括：uwb标签、定位单元和n个uwb基站，所述n≥4，且n个所述uwb基站呈几何体的n个端点分布，所述几何体由n个所述uwb基站构成；

所述uwb标签安装于机器人上，且与每一所述uwb基站通信连接，用于接收所述uwb基站发送的uwb信号；

所述定位单元，用于根据所述uwb标签接收到的所述uwb信号对所述机器人进行定位，得到所述机器人的位置信息；

所述中央处理器，用于根据所述机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算所述机器人和所述充电桩之间的距离，并在所述距离小于距离阈值时，控制所述机器人触发激光导航模块，使得所述机器人根据所述激光导航模块进行上桩。

可选地，

所述uwb模组还包括：时钟单元；

所述时钟单元与n个所述uwb基站均连接，用于为n个所述uwb基站提供同步时钟信号；

所述uwb模组的主控单元，用于根据所述同步时钟信号，控制所述uwb基站发送所述uwb信号。

可选地，

所述时钟单元包括：有源晶振、放大器和时钟缓冲器；

所述有源晶振的输入端与所述主控单元连接，输出端与所述放大器连接；

所述时钟缓冲器的输入端与所述放大器的输出端连接，输出端与n个所述uwb基站连接。

可选地，

所述主控单元具体用于，根据所述同步时钟信号，在同一时刻时控制n个所述uwb基站发送所述uwb信号。

可选地，

所述主控单元具体用于，根据所述同步时钟信号，控制n个所述uwb基站依次发送所述uwb信号。

可选地，

所述主控单元具体用于，根据所述同步时钟信号，控制n个所述uwb基站等时间间隔地依次发送所述uwb信号。

可选地，

所述定位单元具体用于，基于tdoa算法，根据所述uwb标签接收到的所述uwb信号对所述机器人进行定位，得到所述机器人的位置信息。

可选地，

n个所述uwb基站和所述主控单元通过spi总线连接。

本申请第二方面提供了一种上桩方法，应用于上述第一方面所述的机器人自动充电上桩系统运行或工作，包括：

n个uwb基站发送uwb信号至机器人上安装的uwb标签，所述n≥4，且n个所述uwb基站呈几何体的n个端点分布，所述几何体由n个所述uwb基站构成；

定位单元根据所述uwb标签接收到的所述uwb信号对所述机器人进行定位，得到所述机器人的位置信息；

中央处理器根据所述机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算所述机器人和所述充电桩之间的距离，并在所述距离小于距离阈值时，控制所述机器人触发激光导航模块，使得所述机器人根据所述激光导航模块进行上桩。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

现有技术中的上桩方式采用的是激光导航实现的，发明人在研究现有技术后发现，激光在进行远距离测距时容易淹没激光信号，使得机器人处于失航状态，出现上桩不成功，且激光导航存在视觉盲区，搜索充电桩的耗时较久，导致上桩耗时久，本申请中机器人自动充电上桩系统，在机器人上安装uwb标签，该uwb标签接收在空间中呈几何体的n个端点分布的n个uwb基站发送的uwb信号，同时定位单元根据uwb信号对机器人的位置进行定位，中央处理器根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人在激光导航模块的引导下实现上桩，整个上桩过程中，首先通过uwb模组和中央处理器，控制机器人运动至充电桩的预置距离处，然后才触发激光导航模块，避免出现利用激光导航进行远距离测距时上桩不成功和耗时久的现象，从而解决了机器人的上桩方式容易出现机器人失航现象且上桩耗时久的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中一种机器人自动充电上桩系统的实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例中一种机器人自动充电上桩系统的空间位置示意图；

图3为本申请实施例中时钟单元的结构示意图；

图4为本申请实施例中一种上桩方法的实施例的流程示意图；

其中，附图标记如下：

1、中央处理器；2、uwb标签；3、定位单元；4、uwb基站；5、时钟单元；51、有源晶振；52、放大器；53、时钟缓冲器；6、主控单元。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种机器人自动充电上桩系统和一种上桩方法，解决了机器人的上桩方式容易出现机器人失航现象且上桩耗时久的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以便于理解，下面对本申请中的一种机器人自动充电上桩系统进行详细说明，请参阅图1，图1为本申请实施例中一种机器人自动充电上桩系统的实施例一的结构示意图。

本实施例中的机器人自动充电上桩系统包括：中央处理器1和uwb模组；uwb模组包括：uwb标签2、定位单元3和n个uwb基站4，n≥4，且n个uwb基站4呈几何体的n个端点分布，几何体由n个uwb基站4构成；uwb标签2安装于机器人上，且与每一uwb基站4通信连接，用于接收uwb基站4发送的uwb信号；定位单元3，用于根据uwb标签2接收到的uwb信号对机器人进行定位，得到机器人的位置信息；中央处理器1，用于根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人根据激光导航模块进行上桩。

需要说明的是，n个uwb基站4呈几何体的n个端点分布，几何体由n个uwb基站构成，即将每个uwb基站在空间中看做一个点，n个uwb基站4对应n个点，这n个点在空间中构成一个几何体，一个uwb对应的点对应几何体的一个端点，如图2所示，4个uwb基站在空间中呈三棱锥的四个端点分布，可以在三棱锥对应所在的空间内创建三维坐标系，uwb标签2和uwb基站4均分布在该三维坐标系内，定位单元3在计算机器人的位置信息时，同样可以基于该三维坐标系进行。

中央处理器1与机器人的主控模块连接，在机器人与充电桩之间的距离大于预设距离阈值时，控制激光导航模块处于关闭状态，当机器人与充电桩之间的距离小于预设距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得激光导航模块处于开启状态。

现有技术中的上桩方式采用的是激光导航实现的，发明人在研究现有技术后发现，激光在进行远距离测距时容易淹没激光信号，使得机器人处于失航状态，出现上桩不成功，且激光导航存在视觉盲区，搜索充电桩的耗时较久，导致上桩耗时久。

本实施例中的机器人自动充电上桩系统，在机器人上安装uwb标签，该uwb标签接收在空间中呈几何体的n个端点分布的n个uwb基站发送的uwb信号，同时定位单元根据uwb信号对机器人的位置进行定位，中央处理器根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人在激光导航模块的引导下实现上桩，整个上桩过程中，首先通过uwb模组和中央处理器，控制机器人运动至充电桩的预置距离处，然后才触发激光导航模块，避免出现利用激光导航进行远距离测距时上桩不成功和耗时久的现象，从而解决了机器人的上桩方式容易出现机器人失航现象且上桩耗时久的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种机器人自动充电上桩系统的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种机器人自动充电上桩系统的实施例二，请参阅图1至图3。

本实施例中的机器人自动充电上桩系统包括：中央处理器1和uwb模组；uwb模组包括：uwb标签2、定位单元3和n个uwb基站4，n≥4，且n个uwb基站4呈几何体的n个端点分布，几何体由n个uwb基站4构成；uwb标签2安装于机器人上，且与每一uwb基站4通信连接，用于接收uwb基站4发送的uwb信号；定位单元3，用于根据uwb标签2接收到的uwb信号对机器人进行定位，得到机器人的位置信息；中央处理器1，用于根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人根据激光导航模块进行上桩。

可以理解的是，定位单元3可以安装在机器人上，也可以安装在充电桩或某一个uwb基站4上，本领域技术人员可以根据具体需要进行设置，在此不做具体限定。本实施例中为了减少uwb标签2传输uwb信号的时间，将定位单元3安装在机器人上。

为了便于对n个uwb基站4发送uwb信号的时机进行控制，本实施例中的uwb模组还包括：时钟单元5；该时钟单元5与n个uwb基站4均连接，用于为n个uwb基站4提供同步时钟信号；uwb模组的主控单元6，用于根据同步时钟信号，控制uwb基站4发送uwb信号。

以便于理解，本实施例中具体以n取值为4进行举例说明，即有4个uwb基站4，分别为：基站a、基站b、基站c和基站d。

时钟单元5提供4个基站的同步时钟信号，即在同步时钟信号的控制下4个uwb基站4的时钟频率相同，即各uwb基站4中时间的计数时间差△t一致，假设主控单元6控制基站a在ta时刻发射uwb信号，基站b在tb时刻发射uwb信号，基站c在tc时刻发射uwb信号，基站b在td时刻发射uwb信号。

具体地，如图3所示，时钟单元5包括：有源晶振51、放大器52和时钟缓冲器53；有源晶振51的输入端与主控单元6连接，以实现有源晶振51在的频率可控，输出端与放大器52连接；时钟缓冲器53的输入端与放大器52的输出端连接，输出端与n个uwb基站4连接，在本实施例中根据上面的举例，时钟缓冲器53的输出端与基站a、基站b、基站c和基站d均连接，实现4个基站的时钟信号同步。

进一步地，本实施例中，主控单元6和有源晶振51之间连接有dac芯片。

进一步地，主控单元6具体用于根据同步时钟信号，在同一时刻时控制n个uwb基站4发送uwb信号。参照上面的举例，即ta时刻、tb时刻、tc时刻为同一时刻，ta＝tb＝tc＝td。

进一步地，主控单元6具体用于，根据同步时钟信号，控制n个uwb基站4依次发送uwb信号。参照上面的举例，即ta时刻、tb时刻、tc时刻、td时刻不是同一个时刻。

具体地，主控单元6具体用于，根据同步时钟信号，控制n个uwb基站4等时间间隔地依次发送uwb信号。参照上面的举例，对于4个基站不是同一时刻发送uwb信号，例如发送信号的顺序为首先基站a接着基站b，再接着是基站c，最后是基站d，等时间间隔的意思即，基站b发射uwb信号与基站a发射uwb信号之间的时间间隔(tb-ta)、基站c发射uwb信号与基站b发射uwb信号之间的时间间隔(tc-tb)、基站d发射uwb信号与基站c发射uwb信号之间的时间间隔(td-tc)，三者是相等的，例如基站a在1s时发射uwb信号，基站b在6s时发射uwb信号，那对于基站c来说其应该在11s时发射uwb信号，对于基站d来说在16s时发射uwb信号。

可以理解的是，ta时刻、tb时刻、tc时刻、td时刻不是同一时刻时，可以是等时间间隔的发送uwb信号，也可以是不同时间间隔的发送，本领域技术人员根据上述等时间间隔的描述可以得到不同时间间隔的技术方案，在此不再赘述。

进一步地，定位单元3具体用于，基于tdoa算法，根据uwb标签2接收到的uwb信号对机器人进行定位，得到机器人的位置信息。

本实施例中的uwb标签2分别在不同时刻接收到基站a、基站b、基站c、基站d发出的uwb信号，时刻分别为：tga、tgb、tgc、tgd，uwb信号从基站a到uwb标签2的传输时间为tag、uwb信号从基站b到uwb标签2的传输时间为tbg、uwb信号从基站c到uwb标签2的传输时间为tcg，uwb信号从基站d到uwb标签2的传输时间为tdg，可得以下公式：

tag＝tga-ta；

tbg＝tgb-tb；

tgc＝tcg-tc；

tgd＝tdg-td；

根据tdoa算法，可得出uwb信号从两个不同的基站传输到uwb标签2的传输时间差，uwb信号的传输时间差与电磁波速度的乘积得到uwb标签2与任意两个基站的距离差，可得到标签相对于某两个基站单元的双曲线轨迹，进一步地，将标签单元相对于各个基站中两个基站单元的多组双曲线轨迹相交，采用三边测量法计算得到uwb标签2的坐标信息，也就是机器人的坐标信息。

进一步地，n个uwb基站4和主控单元6通过spi总线连接。

现有技术中的上桩方式采用的是激光导航实现的，发明人在研究现有技术后发现，激光在进行远距离测距时容易淹没激光信号，使得机器人处于失航状态，出现上桩不成功，且激光导航存在视觉盲区，搜索充电桩的耗时较久，导致上桩耗时久。

本实施例中的机器人自动充电上桩系统，在机器人上安装uwb标签，该uwb标签接收在空间中呈几何体的n个端点分布的n个uwb基站发送的uwb信号，同时定位单元根据uwb信号对机器人的位置进行定位，中央处理器根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人在激光导航模块的引导下实现上桩，整个上桩过程中，首先通过uwb模组和中央处理器，控制机器人运动至充电桩的预置距离处，然后才触发激光导航模块，避免出现利用激光导航进行远距离测距时上桩不成功和耗时久的现象，从而解决了机器人的上桩方式容易出现机器人失航现象且上桩耗时久的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种机器人自动充电上桩系统的实施例二，以下为本申请实施例提供的一种上桩方法的实施例。

本实施例中的上桩方法，应用于上述实施例一和实施例二机器人自动充电上桩系统运行或工作，请参阅图4，本申请实施例中一种方法的实施例的流程示意图，包括：

步骤401、n个uwb基站发送uwb信号至机器人上安装的uwb标签，n≥4，且n个uwb基站呈几何体的n个端点分布，几何体由n个uwb基站构成。

步骤402、定位单元根据uwb标签接收到的uwb信号对机器人进行定位，得到机器人的位置信息。

步骤403、中央处理器根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人根据激光导航模块进行上桩。

现有技术中的上桩方式采用的是激光导航实现的，发明人在研究现有技术后发现，激光在进行远距离测距时容易淹没激光信号，使得机器人处于失航状态，出现上桩不成功，且激光导航存在视觉盲区，搜索充电桩的耗时较久，导致上桩耗时久。

本实施例中，在机器人上安装uwb标签，该uwb标签接收在空间中呈几何体的n个端点分布的n个uwb基站发送的uwb信号，同时定位单元根据uwb信号对机器人的位置进行定位，中央处理器根据机器人的位置信息和充电桩的位置信息，计算机器人和充电桩之间的距离，并在距离小于距离阈值时，控制机器人触发激光导航模块，使得机器人在激光导航模块的引导下实现上桩，整个上桩过程中，首先通过uwb模组和中央处理器，控制机器人运动至充电桩的预置距离处，然后才触发激光导航模块，避免出现利用激光导航进行远距离测距时上桩不成功和耗时久的现象，从而解决了机器人的上桩方式容易出现机器人失航现象且上桩耗时久的技术问题。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的待安装电网网络，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个待安装电网网络，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。