移动机器人充电控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理及自动控制技术领域，具体涉及移动机器人充电控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着生活水平的提高，越来越多人渴望得到更多的个人时间，以便享受生活。然而，快节奏的工作，繁重的家务，占用了人们大量的个人时间。随着科学技术的发展，移动机器人可以逐步代替人类承担简单重复的体力劳动。这些机器人里面有相当一部分机器必须要自带电池以实现可移动性，在电池耗尽的情况下，机器人就无法工作，那么就必须时时监测机器人的电量，当电量低至设置的阈值时或者人工启动充电命令时，机器人就必须启动寻找充电座的模式，以便及时返回充电座进行充电。
[0003]目前市面上的移动机器人寻找充电座的方法有多种:1、红外信号引导法，移动机器人上装有红外接收头，充电座从各个角度发射不同值的红外载波信号，移动机器人根据接收到的不同红外解调信号，判断充电座的位置。2、射频无线引导法，充电座按照一定的周期，由强渐弱地发送无线信号，机器人根据某个范围内的信号有无状态，从而追踪到座的位置。3、图像识别法，充电座被涂成某一种特殊的颜色或者某一个特殊的形状或者在充电座上贴上二维码，移动机器人上装有摄像头，通过摄像头拍照图像，运用相关的图像处理技术识别出来充电座位置。上述第一种方法是只是单纯的光学红外线技术方法，红外线只能在直线视距内传输，可视范围窄，容易受到外部障碍物的遮挡跟干扰，造成信号的丢失，所以不利于远距离或者隔着障碍物寻充电座，由于接收头在移动机器人上，容易受到外界环境的红外信号的干扰，而且由于充电座必须要一面挨着固定物放置，因此减少了红外发射信号的覆盖范围。上述第二种方法虽然不会受到外部障碍物的遮挡跟干扰，但是只能寻找到充电座的大概位置。上述第三种方法更加容易受到外部环境的影响，遮挡跟光线不好，都会导致识别出错，而且运算量比较大，造成移动机器人在找充电座的过程当中，电量消耗比较大。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种移动机器人充电控制系统及方法，使得移动机器人能够快速、准确地返回充电座。本发明的目的由以下技术方案实现:
[0005]—种移动机器人充电控制系统，包括移动机器人及充电座；其特征在于:移动机器人包括机体、电能存储单元、充电模块、第一主控模块及与第一主控模块连接的第一无线收发模块、行动模块、障碍物检测传感器、碰撞检测装置、第一地理方位传感器和至少四个红外信号发送单元；充电模块设置于机体上，与电能存储单元连接；至少四个红外信号发送单元设置于机体的四周，整体的信号发送覆盖范围为360度，每个红外信号发送单元发射的信号范围分别被限制在设定的区域内，各红外信号发送单元发射的信号数值不同且各红外信号发送单元发射的红外信号分强弱两部分；充电座包括座体、第二主控模块及与第二主控模块连接的第二无线收发模块、第二地理方位传感器、供电模块和至少两个红外信号接收单元，至少两个红外信号接收单元以一定的横向间距安装于座体前端，整体的信号接收覆盖范围为180度，并且各红外信号接收单元的接收信号的范围通过结构性遮挡限定在设定的角度范围；所述第一无线收发模块用于和所述第二无线收发模块无线通信配合，所述红外信号发送单元用于和所述红外信号接收单元红外通信配合，所述供电模块用于和所述充电模块电能传输地对接配合。
[0006]作为具体的技术方案，所述机体为圆盘盒状，所述至少四个红外信号发送单元具体为九个，其中两个小间距地布置于移动机器人机体的正前端，其余七个分别布置于移动机器人机体的正后端、正左端、正右端、左前端、左后端、右前端和右后端。
[0007]作为具体的技术方案，所述至少两个红外信号接收单元具体为四个，其中两个小间距地布置于座体前端中部，另外两个布置于所述小间距设置的两个红外信号接收单元的两侧。
[0008]作为具体的技术方案，所述第一地理方位传感器和第二地理方位传感器由陀螺仪或者地磁传感器实现。
[0009]作为具体的技术方案，所述障碍物检测传感器设置于前进方向侧的机体上，由光电对管传感器或者超声波传感器实现。
[0010]作为具体的技术方案，所述碰撞检测装置设置于前进方向侧的机体上，由物理的微动开关、光电开关，或电容接近传感器实现。
[0011]—种基于上述移动机器人充电控制系统的控制方法，其特征在于，包括:
[0012](I)移动机器人通过无线通信方式向充电座发射充电请求无线信号并等待充电座回复允许充电信号；
[0013](2)移动机器人接收到允许充电信号的回复以后，开始检测自己的地理方位并告知充电座，充电座接收到移动机器人的方位信号后检测自身的地理方位信号并回复给移动机器人，移动机器人结合两者的地理方位信息计算出两者的相对位置；
[0014](3)移动机器人根据两者的相对位置，调整姿态朝着垂直于充电座的方位方向；
[0015](4)移动机器人启动各红外信号发送单元发射红外信号，并开启碰撞检测装置、障碍物检测传感器及行动模块；
[0016](5)充电座接收到移动机器人发送的红外信号并回应移动机器人，同时充电座通过分布在充电座不同方位的红外信号接收单元收集到的红外信号，分析判断移动机器人相对充电座的方位，然后告诉移动机器人调整姿态运动到充电座的正前方；
[0017](6)随着移动机器人不断靠近充电座，充电座接收到移动机器人红外信号发送单元发射出来的弱信号，机器人随后减速前进并不断地小幅度调整运动方向，一直到充电座的前端正对移动机器人的前端；
[0018](7)充电座告诉机器人停止调整运动方向，一直向前运动与充电座对接成功。
[0019]作为进一步的技术方案，步骤(4)之后，如果移动机器人向前运动超过一定距离或者碰到障碍物时，都没有收到充电座接收到移动机器人发送的红外信号的回应信号，则进入以下步骤:a.机器人掉头往回运动并实时检测充电座的回应信号，如果收到充电座的回应信号，则进入步骤(5)，否则进入步骤b ;b.机器人继续向前运动，如果向前运动超过一定距离或者碰到障碍物都没有收到充电座的回应信号则进入步骤C，否则进入步骤(5);C.移动机器人返回一段距离，围绕着机器人的中心进行旋转，旋转的半径越来越大，如果碰撞障碍物就调整旋转的圆心并增大旋转的半径后旋转，同时检测到充电座的回应信号。
[0020]作为具体的技术方案，步骤￠)中确定充电座的前端正对移动机器人的前端的方法为:移动机器人机体的正前端小间距地布置两个红外信号发送单元，充电座座体前端中部小间距地布置两个红外信号接收单元；一直到充电座前端两个小间距红外信号接收单元分别接收到机器人前端的小间距设置的两个红外信号发送单元的信号，则认为移动机器人对准了充电座。
[0021]本发明提供的移动机器人充电控制系统及方法，使用无线通信建立充电座和移动机器人之间的沟通机制，在开始寻找充电座时，结合充电座和机器人的方位信息，移动机器人能够快速地知道充电座的大体方位，并根据充电座的方位结合机器人的大体方位不断地尝试着接近充电座，在靠近充电座时，使用红外通信的方法将机器人引导到充电座上面，这样即使是充电座跟机器人在不同的房间，也能够实现对接。本发明通过充电座和移动机器人之间建立的无线的沟通机制，结合两者之间的地理方位，红外信号导向，可以使得机器人快速准确地返回充电座。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例中移动机器人的构成示意图。
[0023]图2为本发明实施例中移动机器人的红外信号发送单元发送信号的角度范围示意图。
[0024]图3为本发明实施例中充电座