一种机器人自主充电对接控制系统及方法与流程

本发明涉及机器人自动充电技术，具体涉及一种机器人自主充电对接控制系统及方法。

背景技术：

室内自治移动机器人被越来越广泛地应用于各种场合，如娱乐、搬运、清洁、保安等。在这些不同场合的应用都需要机器人能适应所处的环境，无论是开放式环境还是封闭式环境，无论是室内环境还是室外环境。由于机载电源容量的限制，机器人的工作时间受到限制，这使得机器人不能实现长期自治的功能，如果这个问题被解决，那么移动机器人将会被用于更加广泛的领域。

目前，移动机器人都是使用高质量的机载可充电蓄电池组来给自身供电，但是一般只能维持几个小时，一旦电能耗尽，必须采用人工干预的方式来给机器人充电。即当移动机器人电力不足时，发出提示信号，由操作人员手动完成机器人与充电器之间的电器连接，然后实施充电，完成后也是人工脱离连接电路。其特点是安全可靠，简单易行，但需要专人看管，浪费人力，而且这也使得机器人的自动化、智能化不完整。如果采用人工充电，那么机器人就处于一种非连续的任务环，这阻碍了机器人的长期自治。

机器人和充电底座进行对接时，不仅要让机器人到达充电底座，还需要机器人以一定的角度和方向进入充电底座，一般方法是要求机器人沿特定的轴线进入和充电底座进行对接。这种方法对机器人移动的精确性和导航的准确性要求很高，不便于推广应用。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的不足，尤其解决现有机器人自动充电技术要求机器人沿特定的轴线进入和充电底座进行对接，对接的角度和方向精度过高、难以一次性实现对接的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种机器人自主充电对接控制系统，其中，所述基于机器人自主充电对接控制系统包括：远程对接模块，使用红外线信号灯寻找并靠近充电底座；近程对接模块，使用摄像头实现机器人和充电底座的精确对接；自动充电模块，根据当前电池状态和充电时间进行自动充电。其中，机器人充电时，在第一阶段使用所述远程对接模块寻找充电底座，然后第二阶段使用所述近程对接模块实现充电器准确对接，最后使用自动充电模块完成机器人自动充电。

本发明还提供一种机器人自主充电对接控制方法，其中，所述基于两阶段对接的机器人自动充电方法包括：S1，使用红外线信号灯寻找并靠近充电底座；S2，使用摄像头实现机器人和充电底座的精确对接；S3，根据当前电池状态和充电时间进行自动充电。

本发明方案的有益效果在于，将自动充电对接分为两阶段实现，在第一阶段只需将机器人看作是一个质点机器人即可，不必考虑角度和尺寸等要求，无需考虑机器人是否与充电器处于一条轴线上，当机器人靠近充电底座后进入第二阶段，使用摄像头进行准确定位。因此本发明方案具有良好的稳定性和准确性。

附图说明

图1是本发明的实施例的机器人自主充电对接控制系统示意图。

图2为本发明的实施例的机器人自主充电对接控制方法的流程图。

图3为本发明的实施例的机器人自动充电区域划分示意图。

图4为本发明的实施例的机器人自动充电远程对接的程序流程图。

图5为本发明的实施例的机器人自动充电红外光信号灯导航的原理图。

图6为本发明的实施例的机器人自动充电近程对接的示意图。

图7为本发明的实施例的机器人自动充电程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明进行更加详细与完整的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

图1是根据本发明的实施例的机器人自主充电对接控制系统示意图。

参照图1，所述机器人自主充电对接控制系统包括：远程对接模块10，使用红外线信号灯寻找并靠近充电底座；近程对接模块20，使用摄像头实现机器人和充电底座的精确对接；自动充电模块30，根据当前电池状态和充电时间进行自动充电。其中，机器人充电时，在第一阶段使用所述远程对接模块10寻找充电底座，然后第二阶段使用所述近程对接模块20实现充电器准确对接，最后使用自动充电模块30完成机器人自动充电。

相对应的，本发明还提供一种机器人自主充电对接控制方法，具体请参照图2，其是本发明的实施例的机器人自主充电对接控制方法的流程图。

参照图2，根据本发明的实施例的基于两阶段对接的机器人自动充电包括：S1、使用红外线信号灯寻找并靠近充电底座；S2、使用摄像头实现机器人和充电底座的精确对接；S3、根据当前电池状态和充电时间进行自动充电。

具体而言，本实施例描述如下：

参照图3，将搜索区域分为非对接区域和对接区域，根据对接目标到充电底座的距离d和对接区域宽度w来划分非对接区域和对接区域，因为轮式机器人为非完整约束，无法横向移动。这样划分，在对接区域内机器人无需进行位姿调整即可实现准确对接。

参照图4，远程对接的程序流程图。远程对接的步骤S1描述如下：

使用红外线信号灯寻找并靠近充电底座。机器人首先根据室内系统来确定对接目标。在充电站上设置导航红外线信号灯，当机器人进入对接区域时，由红外线信号灯来引导机器人调整正确的航向，确保机器人以正确的姿态进行对接。如果到达定位系统显示的目标区域仍找不到充电底座信号，则进行漫游搜索，直到发现目标信号并向目标运动。如果在0.5min内无法发现目标就认为对接失败。

参照图5，图5为红外光信号灯导航的原理图。当红外光源偏左时，传感器A比传感器B接收的光线多；当红外光源居中时，传感器A和传感器B接收的光线相同；当红外光源偏右时，传感器A比传感器B接收的光线少。因此可以根据A、B两个传感器的检测信号便可以判断红外光源的方向。

参照图6，近程对接的程序流程图。近程对接的步骤S2描述如下：使用激光传感器实现机器人和充电底座的精确对接。机器人进入对接区域后，采用激光传感器进行精确定位，判断机器人与充电底座之间的位置，如果与底座所在的墙壁成垂直90°角则直接进行对接，否则调整机器人姿态，直到机器人与墙壁垂直；机器人进入充电底座后，判断充电电压是否正常，如不正常则后退重新进行对接，否则完成对接过程。

参照图6，使用摄像头进行近程对接的示意图。近程对接的步骤S2描述如下：使用摄像头实现机器人和充电底座的精确对接。充电底座601的中心点A，在成像面602上的投影为A'，摄像头603焦点O在成像面602上的投影为O'，以摄像头603焦点O为原点，以机器人两轮为水平面，建立坐标系{XOY}，其中充电底座601的中心点A到摄像头603焦点O的连线A'O，与连线OO'之间的夹角为θ，当机器人与充电器精准对接时，夹角θ＝0。夹角θ的计算方式可表示为其中，f为摄像头焦距。根据所计算得到的夹角θ控制机器人的轮子转向，即可实现近程对接。

参照图7，图7为自动充电程序流程图。自动充电的步骤S3描述如下：当机器人调整位姿到适合对接后，机器人的微控制器发出指令，进行充电。如果机器人电池电压超过11.9V，表明当前机器人无需充电，否则继续充电；如果超过最长充电时间，表明当前机器人充电超时，否则继续充电；如果电池温度超过40°，表明当前电池温度过高存在危险，停止充电，否则继续充电，直到充电结束。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。