一种机器人自动充电控制方法、控制系统和机器人与流程

1.本发明涉及机器人设备技术领域，尤其涉及一种机器人自动充电控制方法、一种机器人自动充电控制系统和机器人。


背景技术：

2.随着信息技术的快速发展和互联网的快速普及，人工智能迎来第三次高速发展阶段。依托人工智能技术，智能服务机器人的应用场景和服务模式不断拓展，带动服务机器人的市场规模高速增长。
3.由于服务机器人采用大量电子元件交互配合，低压用电量非常大，受空间和轻量化的限制，其本身的电池容量并不高；此外，由于机器人应用的特殊性，即使在非使用状态下，机器人一般也需要保持在待机的状态。这样一来，持续的放电进一步降低了机器人的使用时间，极大的影响了用户体验。


技术实现要素：

4.本发明的一个优势在于提供一种机器人自动充电控制方法，其中在非使用状态下仅通过辅助电池给机器人的部分信号系统进行供电，而将动力电池保持在关闭的状态，能够有效节约机器人的用电量，延长机器人的待机和工作时间；此外，在预定条件下给动力电池进行充电，并利用动力电池给辅助电池供电，能够有效减少机器人的外部充电频率，确保机器人工作的连续性。
5.本发明的一个优势在于提供一种机器人自动充电控制方法，其中在需要充电时通过用户端进行远程操作控制进行充电或不充电，操作更加方便，更加人性化。
6.本发明的一个优势在于提供一种机器人自动充电控制方法，其中在需要充电时机器人基于预置的程序进行自动充电，能够尽可能的维持机器人工作的持续性，尤其适用于智能化全自动机器人。
7.本发明的一个优势在于提供一种机器人自动充电控制系统，其中在非使用状态下仅通过辅助电池给机器人的部分信号系统进行供电，而将动力电池保持在关闭的状态，能够有效节约机器人的用电量，延长机器人的待机和工作时间；此外，在预定条件下给动力电池进行充电，并利用动力电池给辅助电池供电，能够有效减少机器人的外部充电频率，确保机器人工作的连续性。
8.本发明的一个优势在于提供一种机器人，其设置有动力电池、辅助电池和机器人自动充电控制系统，在非使用状态下仅通过辅助电池给机器人的部分信号系统进行供电，而将动力电池保持在关闭的状态，能够有效节约机器人的用电量，延长机器人的待机和工作时间；此外，通过动力电池给辅助电池供电，能够有效减少机器人的外部充电频率，确保机器人工作的连续性。
9.为达到本发明以上至少一个优势，第一方面，本发明提供一种机器人自动充电控制方法，包括以下步骤：
10.s10，实时检测机器人的动力电池的电压，并生成电压信号；
11.s11，基于生成的电压信号判断动力电池的电压是否低于第一电压阈值，若低于，则控制机器人通过外部电源设备进行充电，并在动力电池的电压达到第二电压阈值时自动断开充电，其中所述第一电压阈值小于所述第二电压阈值；
12.s20，实时检测机器人的辅助电池的电压，并生成辅助电压信号；
13.s21，基于生成的辅助电压信号判断辅助电池的电压是否低于第一辅助电压阈值，若低于，则控制所述动力电池自动为所述辅助电池供电，并在所述辅助电池的电压达到第二辅助电压阈值时自动断开充电，其中所述第一辅助电压阈值小于所述第二辅助电压阈值；
14.其中所述辅助电池的容量远小于所述动力电池的容量，其中所述辅助电池为常开状态。
15.根据本发明一实施例，步骤s11中，在动力电池的电压低于所述第一电压阈值时，向用户端发送消息提醒和自动充电请求；
16.基于用户端的指令控制所述机器人自动充电或不充电。
17.根据本发明一实施例，步骤s11中，在动力电池的电压低于所述第一电压阈值时，所述机器人基于预置的程序进行自动充电。
18.根据本发明一实施例，在所述动力电池上并联设置第一开关和第二开关，其中所述第一开关用于控制所述动力电池电能输出的开闭，所述第二开关与所述辅助电池电信号连接，用于控制所述动力电池向所述辅助电池供电，并在所述辅助电池的电压低于所述第一辅助电压阈值，且所述动力电池被控制关闭时，打开所述动力电池的电能输出。
19.根据本发明一实施例，在所述机器人上的动力电池满足充电条件时，通过搭载在所述机器人上的识别设备确定目标充电位置，控制所述机器人移动到所述目标充电位置给所述动力电池充电，其中所述目标充电位置为与充电座在预设相对位置关系的位置。
20.第二方面，本发明还提供了一种机器人自动充电控制系统，用于控制上述机器人自动充电控制方法，其中所述机器人自动充电控制系统包括：
21.检测模块，所述检测模块包括第一检测模块和第二检测模块，其中所述第一检测模块用于实时检测所述动力电池的电压，所述第二检测模块用于实时检测所述辅助电池的电压；
22.判断模块，所述判断模块包括第一判断模块和第二判断模块，其中所述第一判断模块用于比较所述动力电池的电压与所述第一电压阈值和所述第二电压阈值，所述第二判断模块用于比较所述辅助电池的电压与所述第一辅助电压阈值和所述第二辅助电压阈值；和
23.控制模块，所述控制模块包括第一控制模块和第二控制模块，其中所述第一控制模块用于在所述第一判断模块判断出所述动力电池的电压低于所述第一电压阈值时，控制机器人通过外部电源设备进行充电，并在判断出所述动力电池的电压达到所述第二电压阈值时控制所述机器人停止充电，其中所述第二控制模块用于在所述第二判断模块判断出所述辅助电池的电压低于所述第一辅助电压阈值时，自动控制所述动力电池向所述辅助电池充电，并在判断出所述辅助电池的电压达到所述第二辅助电压阈值时，停止给所述辅助电池充电。
24.根据本发明一实施例，所述机器人自动充电控制系统还包括用户端，所述用户端与所述控制模块通信连接，以在所述动力电池的电压低于第一电压阈值时，用于接收所述控制模块发出的消息提醒和自动充电请求确认，并用于向所述控制模块发送操作指令。
25.根据本发明一实施例，所述动力电池上并联设置有第一开关和第二开关，其中所述第一开关用于控制所述动力电池电能输出的开闭，所述第二开关与所述辅助电池电信号连接，用于控制所述动力电池向所述辅助电池供电，并在所述辅助电池的电压低于所述第一辅助电压阈值，且所述动力电池被控制关闭时，打开所述动力电池的电能输出。
26.根据本发明一实施例，所述机器人上搭载有识别设备，用于识别所述机器人的目标充电位置给所述动力电池充电，其中所述目标充电位置为与充电座在预设相对位置关系的位置。
27.第三方面，本发明还提供了一种机器人，其中所述机器人包括机器人本体，所述机器人本体上设置有动力电池、辅助电池和上述机器人自动充电控制系统。
28.本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，得以充分体现。
附图说明
29.图1示出了本技术机器人自动充电控制方法的控制流程示意图。
30.图2示出了本技术机器人自动充电控制方法的充电流程示意图。
31.图3示出了本技术机器人自动充电控制系统的框架结构示意图。
32.图4示出了本技术机器人自动充电控制方法的框架结构示意图。
33.图5示出了本技术机器人的框架结构示意图。
34.图6示出了本技术机器人的框架结构示意图。
35.附图标记：r1-第一电压阈值，r2-第二电压阈值，p1-第一辅助电压阈值，p2-第二辅助电压阈值，11-检测模块，111-第一检测模块，112-第二检测模块，12-判断模块，121-第一判断模块，122-第二判断模块，13-控制模块，131-第一控制模块，132-第二控制模块，14-用户端，21-充电座，211-无线充电发射元件，22-机器人，221-无线充电接收元件，222-存储器，2221-计算机可读指令，223-处理器，30-机器人本体，31-动力电池，32-辅助电池。
具体实施方式
36.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
37.本领域技术人员应理解的是，在说明书的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此，上述术语不能理解为对本发明的限制。
38.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不
能理解为对数量的限制。
39.参考图1至图5，依本发明一较佳实施例的一种机器人自动充电控制方法将在以下被详细地阐述，其中所述机器人自动充电控制方法包括以下步骤：
40.s10，实时检测机器人的动力电池的电压，并生成电压信号；
41.s11，基于生成的电压信号判断动力电池的电压是否低于第一电压阈值r1，若低于，则说明所述机器人的电量低于预设的电量低阈值，那么控制所述机器人通过外部电源设备进行充电，并在动力电池的电压达到第二电压阈值r2时，即充满电或电量高于预设的电量高阈值时，自动断开充电，其中所述第一电压阈值r1小于所述第二电压阈值r2；
42.此外，值得一提的是，为方便用户实时掌握机器人的工作进展和用电情况，以方便用户后续对该机器人进行合理的安排，在动力电池的电压低于所述第一电压阈值r1时，向用户端发送消息提醒和自动充电请求，同时基于用户端的指令近程或远程控制所述机器人自动充电或不充电。所述用户端可以被实施为手机终端、个人电脑(personal computer，pc)、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、移动上网设备(mobile internet device，mid)等。
43.在一些应用领域、应用环境或针对个别机型，也可以设置为：在所述动力电池的电压低于所述第一电压阈值r1时，所述机器人基于预置的程序进行自动充电。如此一来，用户可以专心进行自己的事情，而所述机器人在低电量时则通过外部电源设备自动进行充电，以免用户忘记控制充电等情况的发生，能够尽可能的维持机器人工作的持续性，提高机器人的工作效率。
44.s20，实时检测机器人的辅助电池的电压，并生成辅助电压信号；
45.s21，基于生成的辅助电压信号判断辅助电池的电压是否低于第一辅助电压阈值p1，若低于，则控制所述动力电池自动为所述辅助电池供电，并在所述辅助电池的电压达到第二辅助电压阈值p2时自动断开充电，从而通过所述机器人内部的所述动力电池自主给所述辅助电池供电，减少机器人的外充频率，确保机器人工作的持续性和连续性，其中所述第一辅助电压阈值p1小于所述第二辅助电压阈值p2；
46.其中所述辅助电池的容量远小于所述动力电池的容量。一般情况下，所述辅助电池的容量为所述动力电池的容量的1/100～1/500。
47.其中所述辅助电池为常开状态，用于负责机器人部分信号系统元件等低耗电量元器件的供电，以减少机器人在不使用时的待机用电量。
48.也就是说，在非使用状态下，所述动力电池处于断开供电的状态，或关闭状态，不与任何电子元件接通，以规避不必要的电量流失，维持所述动力电池的储电量，期间仅由所述辅助电池进行供电，提供必要的通信和控制用电，比如接收用户的操作指令，还比如在所述辅助电池的电量低于所述第一辅助电压阈值p1，自动启动所述动力电池，以自动控制所述动力电池给所述辅助电池供电，而在所述动力电池启动后，并被检测到其电压低于所述第一电压阈值r1时，则由用户控制或自主通过外部电源设备进行供电。
49.需要说明的是，由于所述辅助电池的容量远小于所述动力电池的容量，因此，即使所述动力电池的电压位于低于或远低于所述第一电压阈值r1的水平，仍然能够满足向所述辅助电池供电的需求。另一方面，在所述机器人处于使用状态下时，所述动力电池显然处于工作状态，此时，实时检测所述动力电池的电压是否低于所述第一电压阈值r1，并在满足充
电要求时通过外部电源设备给所述动力电池充电。
50.此外，对于所述动力电池和所述辅助电池的电压的检测，可以采用常规的电压检测器集成芯片进行检测。控制系统可采用单片机模块作为机器人系统的控制核心，主要用于存储数据和处理分析数据，并输出控制信号。同时，单片机模块的内部分别存储有第一电压阈值r1、第二电压阈值r2、第一辅助电压阈值p1和第二辅助电压阈值p2，以作为基准分别判断所述动力电池和所述辅助电池是否需要充电。
51.本技术提供的机器人自动充电控制方法在机器人不使用时仅通过所述辅助电池供电提供必须的通讯和控制需求，而所述动力电池处于关闭状态，能够有效节约电能的使用，延长机器人的待机和使用时间，提升用户体验，同时避免了能源不必要的浪费；此外，在动力电池需要充电时，机器人能够被控制或自主进行充电，能够提供机器人的工作效率和工作持续性；第三，当辅助电池需要充电时，通过动力电池给辅助电池供电，而不是通过外部电源设备，还能够有效减少机器人的外充频率，确保机器人工作的持续性。
52.作为一较佳实施例，所述机器人自动充电控制方法还包括以下步骤：在所述动力电池上并联设置第一开关和第二开关，即所述第一开关和所述第二开关彼此单独工作，二者互不干涉，其中所述第一开关用于控制所述动力电池电能输出的开闭，所述第二开关与所述辅助电池电信号连接，用于控制所述动力电池向所述辅助电池供电，并在所述辅助电池的电压低于所述第一辅助电压阈值p1，且所述动力电池被控制关闭时，打开所述动力电池的电能输出。所述第一开关和所述第二开关可以被实施为继电器或高压继电器。
53.进一步优选地，所述机器人自动充电控制方法还包括以下步骤：s12，在所述机器人上的动力电池满足充电条件时，通过搭载在所述机器人上的识别设备，比如激光雷达或图像采集装置，比如高清摄像设备，确定目标充电位置，然后控制所述机器人移动到所述目标充电位置给所述动力电池充电，其中所述目标充电位置为与充电座在预设相对位置关系的位置。
54.在确定所述目标充电位置时，可以是由所述激光雷达首先向充电座发射一束激光，当激光入射到充电座表面时被所述充电座表面上的标识部反射回到所述激光雷达，此时经过信号处理即可获得与该充电座一定位置关系的目标位置，如距离充电座正前方三至五厘米的位置。在识别所述充电座时，通过获取反射回的激光帧，并判断该激光帧是否符合充电座的编码方式来判定所述充电座，并确定所述目标充电位置。
55.在所述机器人到达所述预定充电位置时，通过迭代最近点算法确保所述机器人能够给所述动力电池完成自动充电。所述迭代最近点算法，是一种点云匹配算法。假设我们通过激光雷达得到了第一组点云，激光雷达经过位姿变换(旋转加平移)后又得到了第二组点云,我们可通过相关算法筛选和调整点云存储的顺序，使得两组点云中的点一一对应，并结合icp匹配算法控制机器人进行无线或有线充电，并在充电成功后通知用户，如果充电不成功，则不断调整机器人和icp匹配算法运算，使机器人经过多次微调后处于最佳位置进行充电。
56.第二方面，本发明还提供了一种机器人自动充电控制系统，用于控制上述机器人自动充电控制方法，结合图3，其中所述机器人自动充电控制系统包括检测模块11、判断模块12和控制模块13，其中所述检测模块11包括第一检测模块111和第二检测模块112，分别用于实时检测所述动力电池的电压和实时检测所述辅助电池的电压。
57.所述判断模块12包括第一判断模块121和第二判断模块122，分别用于比较所述动力电池的电压与所述第一电压阈值r1和所述第二电压阈值r2，以及用于比较所述辅助电池的电压与所述第一辅助电压阈值p1和所述第二辅助电压阈值p2。
58.所述控制模块13包括第一控制模块131和第二控制模块132，其中所述第一控制模块131用于在所述第一判断模块121判断出所述动力电池的电压低于所述第一电压阈值r1时，控制机器人通过外部电源设备进行充电，并在判断出所述动力电池的电压达到所述第二电压阈值r2时控制所述机器人停止充电；其中所述第二控制模块132用于在所述第二判断模块122判断出所述辅助电池的电压低于所述第一辅助电压阈值p1时，自动控制所述动力电池向所述辅助电池充电，并在判断出所述辅助电池的电压达到所述第二辅助电压阈值p2时，停止给所述辅助电池充电。
59.进一步优选地，所述机器人自动充电控制系统还包括用户端14，其中所述用户端14可以被实施为手机终端、个人电脑(personal computer，pc)、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、移动上网设备(mobile internet device，mid)等。所述用户端14与所述控制模块13通信连接，在所述动力电池的电压低于第一电压阈值r1时，用于接收所述控制模块13发出的消息提醒和自动充电请求确认，并用于向所述控制模块13发送操作指令，使得用户能够自主控制操作所述机器人的自动充电，能够基于未来工作规划按需设置，同时还能够通过所述用户端14实时查看所述机器人的工作状态，包括可用剩余电量、可用工作时间以及当前工作进度等等。
60.进一步优选地，所述动力电池上并联设置有第一开关和第二开关，其中所述第一开关用于控制所述动力电池电能输出的开闭，而所述第二开关与所述辅助电池电信号连接，用于控制所述动力电池向所述辅助电池供电，并在所述辅助电池的电压低于所述第一辅助电压阈值p1，且所述动力电池被控制关闭时，打开所述动力电池的电能输出，使所述动力电池能够给所述辅助电池充电，而当所述动力电池被打开进行电能输出时，所述第一检测模块111、所述第一判断模块121以及所述第一控制模块131被相应同步开启，并进行相应的检测、判断和控制，以确定是否需要给所述机器人上的动力电池进行充电。
61.进一步优选地，所述机器人上搭载有识别设备，比如激光雷达或图像采集装置，比如高清摄像设备，用于识别所述机器人的目标充电位置给所述动力电池充电。同样的，所述目标充电位置为与充电座在预设相对位置关系的位置，所述目标充电位置的确定参照前述实施例，在此不再赘述。
62.本技术还提供一种机器人自动充电控制系统，结合图4，包括充电座21和机器人22，其中所述机器人22包括存储器222和处理器223，其中所述存储器222中存储有计算机可读指令2221，且在所述计算机可读指令2221被所述处理器223执行时，使得所述处理器223能够执行前述机器人自动充电控制方法的步骤。
63.优选地，所述充电座21内部设置有无线充电发射元件211，与之相应的，所述机器人22上设置有无线充电接收元件221。在所述机器人22需要充电时，通过所述无线充电接收元件221和所述无线充电发射元件211的交互确认所述机器人22的充电行驶路径，便于所述机器人22的自动充电控制。显然，本领域技术人员能够理解的是，基于无线充电发射元件和接收元件的交互控制原理，所述充电座内也可以设置无线充电接收元件，而所述机器人上对应设置无线充电发射元件。
64.在另一实施例中，结合6所示，机器人自动充电控制系统包括机器人控制单元、锂电池管理单元、锂电池自动充电单元、动力电池、辅助电池、t-box、云端服务器和用户终端。
65.第三方面，本发明还提供了一种机器人，结合图5，其中所述机器人包括机器人本体30。所述机器人本体30上设置有动力电池31、辅助电池32和上述机器人自动充电控制系统，其中所述机器人自动充电控制系统包括检测模块11、判断模块12和控制模块13，且这些模块与所述动力电池31和所述辅助电池32之间的交互关系如前所述，在此不再赘述。
66.在一个实施例中，本技术还提出了一种存储有计算机可读指令的存储介质，该计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述机器人自动充电控制方法。例如，所述存储介质可以是rom、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
67.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)等非易失性存储介质，或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。
68.需要说明的是，本发明中用语“第一、第二以及第三”仅用于描述目的，不表示任何顺序，不能理解为指示或者暗示相对重要性，可将这些用语解释为名称。
69.本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的优势已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。