一种机器人自动充电系统及其充电方法
【专利摘要】本发明公开了一种机器人自动充电系统及其充电方法，包括电源监控单元、红外信号接收单元、红外测距单元、无线信号收发单元、视觉识别单元、机器人控制单元和运动系统单元，所述机器人控制单元分别连接电源监控单元、红外信号接收单元、红外测距单元、无线信号收发单元、视觉识别单元和运动系统单元。本发明将红外信号追踪以及图像识别法两者结合，把原本单一的方法融合在一起，解决单纯使用一种方法追踪时出现的问题，让机器人都能准确、稳定和不容易受到环境干扰从而找到充电桩进行自主充电。
【专利说明】
一种机器人自动充电系统及其充电方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种机器人，具体是一种机器人自动充电系统及其充电方法。【背景技术】
[0002]目前机器人的发展十分迅速，其功能也在日益增加，但机器人在工作时常常遇到电池电量不足的问题，这是机器人就需要人手去操作帮助机器人进行续航，这使得机器人在执行工作时收到了限制。为了减少人手对机器人进行续航的问题，研究机器人自主充电成为了目前机器人发展的重大方向。对于机器人自主充电，国内外现有的解决方案大致有三种:分别为红外线信号追踪、射频无线追踪以及图像识别法。
[0003]对于机器人自主充电，国内外现有的解决方案大致有三种:分别为红外线信号追踪、射频无线追踪以及图像识别法。红外线信号追踪是通过发出的红外线信号去寻找充电粧位置然后进行对接;射频无线追踪是根据发出射频信号的强弱来判断充电粧位置;而图像识别法根据摄像头去进行相关的图像处理法来寻找充电粧。
[0004]对于机器人自主充电，国内外现有的解决方案大致有三种:分别为红外线信号追踪、射频无线追踪以及图像识别法。红外线信号追踪是通过发出的红外线信号去寻找充电粧位置然后进行对接，但其对接位置常常不够准确，容易有偏差;射频无线追踪是根据发出射频信号的强弱来判断充电粧位置，却只能大致寻找到充电粧的位置;而图像识别法根据摄像头去进行相关的图像处理法来寻找充电粧，也容易受到环境的影响。综上所述，目前机器人自主充电的主要问题在于寻找充电粧时位置不够准确、安全度低以及容易受到环境干扰。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种机器人自动充电系统及其充电方法，以解决上述【背景技术】中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:一种机器人自动充电系统及其充电方法，包括电源监控单元、红外信号接收单元、红外测距单元、无线信号收发单元、视觉识别单元、机器人控制单元和运动系统单元，所述机器人控制单元分别连接电源监控单元、红外信号接收单元、红外测距单元、无线信号收发单元、视觉识别单元和运动系统单元一种机器人自动充电方法，采用电源监控单元负责监控机器人电量，当电量少于一定阈值后，自动充电流程开启；无线信号收发单元在自动充电流程开启后，利用无线信号将充电粧红外引导信号打开，或是在机器人当与充电粧距离小于1米并完成旋转180度后，利用无线信号将电粧红外引导信号关闭和电粧电源开关指令打开;红外信号接收单元是当自动充电流程开启后，充电粧红外引导信号将被打开，通过接收充电粧红外引导信号不同，判断机器人所在充电粧范围区域，并同时令机器人往区域3移动;红外测距单元是当机器人到达区域3后，红外测距单元将开始判断机器人到充电粧的距离，距离小于1米时，机器人将旋转180度，令机器人背对着充电粧;视觉识别单元是在器人完成背对着充电粧动作后开启，对充电粧上的定位图形进行识别并判断位置，最后成功完成机器人与充电粧对接;机器人控制单元和运动系统单元是电源监控单元、无线信号收发单元、红外信号接收单元、红外测距单元和视觉识别单元都通过机器人控制单元来向运动系统单元发出运动指令，运动系统单元接受运动指令后完成机器人运动执行。
[0007]作为本发明进一步的方案:采用所述电源监控单元实时地监控机器人电池电量， 当电量少于一定阈值后，机器人将启动自动充电流程，阈值能够设置为任意值。
[0008]作为本发明进一步的方案:所述机器人开始启动自动充电流程后，机器人通过无线信号发送打开充电粧红外引导信号开关指令，并收到充电粧红外引导信号打开的回应。
[0009]作为本发明进一步的方案:所述电粧红外引导信号有五种，在不同的区域红外引导信号不一样，通过不同的红外频率来区分不同的区域，也能够采用同一个频率，但采用不同的信号指令来区分不同的区域。[〇〇1〇]作为本发明进一步的方案:红外测距单元在机器人寻找充电粧过程中，在机器人安装有四个红外信号接收单元，两两角度间隔90°，覆盖机器人接收红外信号接收无死角， 机器人采集到充电粧发出的红外引导信号后，判断机器人所在区域，使机器人朝向区域3并往充电粧的方向行走过去，机器人位于区域3并通过红外测距单元判断机器人到充电粧的距离小于1米时，机器人将会旋转180度，使机器人背对着充电粧，同时通过无线信号发送关闭充电粧红外引导信号开关指令和打开充电粧电源开关指令。
[0011]作为本发明进一步的方案:当机器人完成背对着充电粧时，将启动视觉识别单元， 对充电粧上的定位图形进行识别，根据识别结果判断机器人相对充电粧的位置以及方位， 通过不断调整机器人的方向角度，使机器人平行于充电粧，不断慢慢靠近充电粧，最后机器人的对接电极与充电粧上的充电电极相接，并开始充电。
[0012]作为本发明再进一步的方案:当机器人电源监控单元检测到电量已经达到100%， 则通过无线信号发送关闭充电粧电源开关指令。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明将红外信号追踪以及图像识别法两者结合，把原本单一的方法融合在一起，解决单纯使用一种方法追踪时出现的问题，让机器人都能准确、稳定和不容易受到环境干扰从而找到充电粧进行自主充电。【附图说明】
[0014]图1为机器人自动充电系统及其充电方法的电路原理框图；图2为机器人自动充电系统及其充电方法的充电粧红外引导信号区域划分示意图。【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0016]请参阅图1?2,本发明实施例中，一种机器人自动充电方法，采用电源监控单元负责监控机器人电量，当电量少于一定阈值后，自动充电流程开启;无线信号收发单元在自动充电流程开启后，利用无线信号将充电粧红外引导信号打开，或是在机器人当与充电粧距离小于1米并完成旋转180度后，利用无线信号将电粧红外引导信号关闭和电粧电源开关指令打开;红外信号接收单元是当自动充电流程开启后，充电粧红外引导信号将被打开，通过接收充电粧红外引导信号不同，判断机器人所在充电粧范围区域，并同时令机器人往区域3 移动;红外测距单元是当机器人到达区域3后，红外测距单元将开始判断机器人到充电粧的距离，距离小于1米时，机器人将旋转180度，令机器人背对着充电粧;视觉识别单元是在器人完成背对着充电粧动作后开启，对充电粧上的定位图形进行识别并判断位置，最后成功完成机器人与充电粧对接;机器人控制单元和运动系统单元是电源监控单元、无线信号收发单元、红外信号接收单元、红外测距单元和视觉识别单元都通过机器人控制单元来向运动系统单元发出运动指令，运动系统单元接受运动指令后完成机器人运动执行。采用所述电源监控单元实时地监控机器人电池电量，当电量少于一定阈值后，机器人将启动自动充电流程，阈值能够设置为任意值。所述机器人开始启动自动充电流程后，机器人通过无线信号发送打开充电粧红外引导信号开关指令，并收到充电粧红外引导信号打开的回应。所述电粧红外引导信号有五种，在不同的区域红外引导信号不一样，通过不同的红外频率来区分不同的区域，也能够采用同一个频率，但采用不同的信号指令来区分不同的区域。红外测距单元在机器人寻找充电粧过程中，在机器人安装有四个红外信号接收单元，两两角度间隔90°，覆盖机器人接收红外信号接收无死角，机器人采集到充电粧发出的红外引导信号后，判断机器人所在区域，使机器人朝向区域3并往充电粧的方向行走过去，机器人位于区域3并通过红外测距单元判断机器人到充电粧的距离小于1米时，机器人将会旋转180度，使机器人背对着充电粧，同时通过无线信号发送关闭充电粧红外引导信号开关指令和打开充电粧电源开关指令。当机器人完成背对着充电粧时，将启动视觉识别单元，对充电粧上的定位图形进行识别，根据识别结果判断机器人相对充电粧的位置以及方位，通过不断调整机器人的方向角度，使机器人平行于充电粧，不断慢慢靠近充电粧，最后机器人的对接电极与充电粧上的充电电极相接，并开始充电。当机器人电源监控单元检测到电量已经达到100%， 则通过无线信号发送关闭充电粧电源开关指令。
[0017]本发明的工作原理是:请参阅图1，电源监控单元是负责监控机器人电量，当电量少于一定阈值后，自动充电流程开启；无线信号收发单元是在自动充电流程开启后，利用无线信号将充电粧红外引导信号打开，或是在机器人当与充电粧距离小于1米并完成旋转180 度后，利用无线信号将电粧红外引导信号关闭和电粧电源开关指令打开;红外信号接收单元是当自动充电流程开启后，充电粧红外引导信号将被打开，通过接收充电粧红外引导信号不同，判断机器人所在充电粧范围区域，并同时令机器人往区域3移动;红外测距单元是当机器人到达区域3后，红外测距单元将开始判断机器人到充电粧的距离，距离小于1米时， 机器人将旋转180度，令机器人背对着充电粧;视觉识别单元是在器人完成背对着充电粧动作后开启，对充电粧上的定位图形进行识别并判断位置，最后成功完成机器人与充电粧对接;机器人控制单元和运动系统单元是电源监控单元、无线信号收发单元、红外信号接收单元、红外测距单元和视觉识别单元都通过机器人控制单元来向运动系统单元发出运动指令，运动系统单元接受运动指令后完成机器人运动执行。
[0018]自动充电流程:1.机器人电源监控单元实时地监控机器人电池电量，当电量少于一定阈值后，机器人将启动自动充电。这里的阈值为可设置为任意值，用户可以设置为30%、25%、20%等。[〇〇19]2.机器人开始启动自动充电流程，机器人通过无线信号发送打开充电粧红外引导信号开关指令，并收到充电粧红外引导信号打开的回应。无线信号基于zigbee协议，但不限于zigbee协议无线信号，也可以采用wifi，蓝牙以及2.4G自定义无线RF信号等。
[0020]3.充电粧红外引导信号有五种，如图2所示，在不同的区域红外引导信号不一样， 现在通过不同的红外频率来区分不同的区域，也可以采用同一个频率，但采用不同的信号指令来区分不同的区域。
[0021]4.红外测距单元，在机器人寻找充电粧过程中。在机器人安装有四个红外信号接收单元，两两角度间隔90°，覆盖机器人接收红外信号接收无死角，这样机器人在任意方向都可以接收到红外信号。机器人采集到充电粧发出的红外引导信号后，判断机器人所在区域，使机器人朝向区域3并往充电粧的方向行走过去。机器人位于区域3并通过红外测距单元判断机器人到充电粧的距离小于1米时，机器人将会旋转180度，使机器人背对着充电粧。 同时通过无线信号发送关闭充电粧红外引导信号开关指令和打开充电粧电源开关指令。
[0022]5.当机器人完成背对着充电粧时，将启动视觉识别单元，对充电粧上的定位图形进行识别，根据识别结果判断机器人相对充电粧的位置以及方位，通过不断调整机器人的方向角度，使机器人平行于充电粧，不断慢慢靠近充电粧，最后机器人的对接电极与充电粧上的充电电极相接，并开始充电。[〇〇23]6.当机器人电源监控单元检测到电量已经达到100%，则通过无线信号发送关闭充电粧电源开关指令。[〇〇24]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0025]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【主权项】
1.一种机器人自动充电系统，包括电源监控单元、红外信号接收单元、红外测距单元、 无线信号收发单元、视觉识别单元、机器人控制单元和运动系统单元，其特征在于，所述机 器人控制单元分别连接电源监控单元、红外信号接收单元、红外测距单元、无线信号收发单 元、视觉识别单元和运动系统单元。2.—种机器人自动充电方法，其特征在于，采用所述电源监控单元负责监控机器人电 量，当电量少于一定阈值后，自动充电流程开启；无线信号收发单元在自动充电流程开启 后，利用无线信号将充电粧红外引导信号打开，或是在机器人当与充电粧距离小于1米并完 成旋转180度后，利用无线信号将电粧红外引导信号关闭和电粧电源开关指令打开;红外信 号接收单元是当自动充电流程开启后，充电粧红外引导信号将被打开，通过接收充电粧红 外引导信号不同，判断机器人所在充电粧范围区域，并同时令机器人往区域3移动;红外测 距单元是当机器人到达区域3后，红外测距单元将开始判断机器人到充电粧的距离，距离小 于1米时，机器人将旋转180度，令机器人背对着充电粧;视觉识别单元是在器人完成背对着 充电粧动作后开启，对充电粧上的定位图形进行识别并判断位置，最后成功完成机器人与 充电粧对接;机器人控制单元和运动系统单元是电源监控单元、无线信号收发单元、红外信 号接收单元、红外测距单元和视觉识别单元都通过机器人控制单元来向运动系统单元发出 运动指令，运动系统单元接受运动指令后完成机器人运动执行。3.根据权利要求2所述的机器人自动充电方法，其特征在于，采用所述电源监控单元实 时地监控机器人电池电量，当电量少于一定阈值后，机器人将启动自动充电流程，阈值能够 设置为任意值。4.根据权利要求3所述的机器人自动充电方法，其特征在于，所述机器人开始启动自动 充电流程后，机器人通过无线信号发送打开充电粧红外引导信号开关指令，并收到充电粧 红外引导信号打开的回应。5.根据权利要求4所述的机器人自动充电方法，其特征在于，所述电粧红外引导信号有 五种，在不同的区域红外引导信号不一样，通过不同的红外频率来区分不同的区域，也能够 采用同一个频率，但采用不同的信号指令来区分不同的区域。6.根据权利要求5所述的机器人自动充电方法，其特征在于，红外测距单元在机器人寻 找充电粧过程中，在机器人安装有四个红外信号接收单元，两两角度间隔90°，覆盖机器人 接收红外信号接收无死角，机器人采集到充电粧发出的红外引导信号后，判断机器人所在 区域，使机器人朝向区域3并往充电粧的方向行走过去，机器人位于区域3并通过红外测距 单元判断机器人到充电粧的距离小于1米时，机器人将会旋转180度，使机器人背对着充电 粧，同时通过无线信号发送关闭充电粧红外引导信号开关指令和打开充电粧电源开关指 令。7.根据权利要求6所述的机器人自动充电方法，其特征在于，当机器人完成背对着充电 粧时，将启动视觉识别单元，对充电粧上的定位图形进行识别，根据识别结果判断机器人相 对充电粧的位置以及方位，通过不断调整机器人的方向角度，使机器人平行于充电粧，不断 慢慢靠近充电粧，最后机器人的对接电极与充电粧上的充电电极相接，并开始充电。8.根据权利要求7所述的机器人自动充电方法，其特征在于，当机器人电源监控单元检 测到电量已经达到100%，则通过无线信号发送关闭充电粧电源开关指令。
【文档编号】H02J7/00GK106026288SQ201610564039
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】林绿德, 庄永军
【申请人】旗瀚科技有限公司