一种移动机器人回充控制系统及控制方法与流程

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及到移动机器人回充方法。

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背景技术：
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快节奏的工作，繁重的家务，无情剥夺了人们的个人时间。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。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，机器人就必须快速回充以防止机器电量耗光停止工作，如果电量耗光之前没能成功回充，就会严重影响客户体验，降低机器人的智能程度。

市面上的移动机器人寻找充电座的方法分有多种；1、红外信号随机引导法，移动机器人上装有红外接收单元，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，充电座子按照一定的周期，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，从而追踪到座子的位置。3、图像识别法，充电座子被涂成某一种特殊的颜色或者某一个特殊的形状或者在座子上贴上二维码，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知识识别出来座子位置。

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，红外发射单元的角度必须经过合理的设计，市面上的充电座很多都是使用一个广角度跟两个窄角度的发射单元，两个窄角度的发射单元覆盖范围不广，广角度的发射单元则没有方向性而且覆盖范围比较近。第二种方法虽然不会受到外部障碍物的遮挡跟干扰，但是只能寻找到座子的大概位置，而且产品实现难度跟成本都比较高。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，需要的硬件成本比较高，容易造成移动机器人在找座子的过程当中，电量消耗比较大。

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技术实现要素：
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本发明旨在提供一种移动机器人回充控制系统及控制方法，在低成本的前提下实现可靠、有效的回充控制。本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种移动机器人回充控制系统及控制方法，移动机器人回充控制系统，包括移动机器人和充电座，其中，

所述移动机器人包括：移动机器人机体、行动模块、移动机器人控制主板、无线模块、红外信号接收单元、障碍物检测传感器、碰撞检测装置和陀螺仪传感器；

所述充电座包括：充电座机体、无线模块、充电座控制主板和红外信号发射单元；

其特征在于，所述红外信号接收单元至少有四个，分别设置于移动机器人机体的四周；

所述红外信号发射单元至少有三个，分别设置于充电座机体前端中部以及充电座机体的两侧。

进一步地，所述红外信号接收单元分别布置于移动机器人机体的正后端、左前端、右前端和正前端，正前端的红外接收单元的接收角度为β1，左前端与右前端两个红外接收单元的接收角度都为β2，正后端的红外接收单元的接收角度为β3,β1的较β2、β3小，用于移动机器人对准充电座中部红外发射单元发射的信号进行回充行为，β2大于β1,β3大于或者等于β2，用于大范围内接收充电座的信号，β1+β2+β2+β3>＝360°。

进一步地，所述设置于充电座机体前端中部的红外信号发射单元的发射角度为β4，设置于充电座机体的两侧的红外信号发射单元的发射角度都为β5，β4小于β5，β4+β5+β5>＝180°。

进一步地，其中的三个设置于充电座机体前端中部，中间部分的第一红外信号发射单元发射角度为β4，第二、第三红外信号发射单元设置于第一红外信号发射单元两侧，发射角度都为β6，所述设置于充电座机体的两侧的第四、第五红外信号发射单元的发射角度都为β5，β4小于β5、β6，β6小于β5，β4+β5+β5+β6>＝180°。

进一步地，一种基于权利要求1所述移动机器人回充控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，移动机器人通过无线通信的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；

步骤2，移动机器人接收到允许充电信号的回复以后，移动机器人根据运动过程中建立的地图信息导航到所标记的红外信号的坐标处；

步骤3，移动机器人根据不同方位的红外接收单元接收到不同的充电座红外信号组合，选择相应的运动策略进行行为调整，直到移动机器人正前端位置的红外信号接收单元接收到充电座中间位置红外发射单元发射的信号；

步骤4，移动机器人根据调整后的行为策略进行移动，直到移动到充电座前并与充电座完成对接，移动机器人通过无线通信的方式向充电座发送充电请求信号；

步骤5，充电座接收到移动机器人的请求后开启充电系统，并返回信息给移动机器人，移动机器人接收到充电座的返回信息后，进入充电状态。

进一步地，所述移动机器人在移动的过程中，会判断是否接收到充电座的红外信号和无线通信的信号，如果有接收到，则移动机器人就会利用行动模块、移动机器人控制主板、障碍物检测传感器、碰撞检测装置和陀螺仪传感器通过SLAM技术建立地图，并在地图上对移动机器人在接收到充电座红外信号的方位进行标记坐标，和定位充电座在地图中的位置。

进一步地，步骤1中所述移动机器人等待充电座回复允许充电信号过程中，如果移动机器人一直没有接收到充电座回复允许充电信号，移动机器人会一直循环发送请求，直到请求的次数大于一个设定值,移动机器人才认为所在的区域不存在充电座，这时移动机器人通过语音跟显示模块提醒，并按照预定策略返回移动机器人出发的坐标原点,在返回的过程中如果发现接收到充电座发射的信号，移动机器人则放弃返回原点的策略，进入步骤2。

进一步地，步骤2中所述移动机器人接收到允许充电信号的回复以后，如果移动机器人在此前的移动的过程中没有接收到充电座发射的红外信号,因而没有在地图上标记坐标，则移动机器人随机采取沿墙和交叉运动的方式不断扩大寻找充电座信号的范围，一旦发现充电座的信号，则进入步骤3，否则继续寻找充电座信号，一直到机器人的电量低于设定的警戒线，则机器就返回原点。

进一步地，步骤5中如果所述移动机器人没有进入充电状态，则移动机器人认为可能与充电座对接失败，移动机器人重新尝试与充电座对接，如果反复次数达到设定值都没有充电成功，则认为充电座已经损坏，机器人停止回充流程并报错停机。

本发明提供的移动机器人回充控制系统及控制方法，使用无线通信的方式建立沟通机制，不会受到障碍物的干扰，信号的传送距离远，可以确认当前环境下是否存在充电座，避免在没有发现充电座或者充电座异常时，机器盲目找充电座；通过无线沟通，充电座可以确认何时开启充电电源实现用电安全，机器也可以知道充电座是否出现异常；使用陀螺仪，机器人上的码盘里程机、障碍物检测等检测手段，通过SLAM(即时定位与地图构建)技术建立运动地图，从而可以快速定位充电座在地图中的位置，实现快速回充；移动机器人上的红外接收单元接收信号范围可以覆盖大于360度的空间，充电座上的红外发射信号可以覆盖大于180度的空间，可以快速引导机器人跑到充电座的正前方。

〖附图说明〗

图1为本发明实施例中移动机器人结构示意图。

图2为本发明实施例中移动机器人接收单元的接收角度范围。

图3为本发明实施例中移动机器人充电座示意图。

图4为本发明实施例中移动机器人充电座信号接收角度示意图。

图5为本发明实施例中移动机器人寻找充电座的示意图。

图6为本发明实施例中移动机器人回充操作流程图。

〖具体实施方式〗

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

结合图1、本发明的移动机器人如图1所示，图1并不代表本发明的移动机器人的真实结构跟外观，只代表本发明的一个示意图；本发明的移动机器人的充电座如图3所示，图3并不代表本发明的充电座的真实结构跟外观，只代表本发明的一个示意图。

如图1和图5，移动机器人底座4用于固定放置控制移动机器人前进方向的行动装置2，移动机器人的控制板3，无线模块6，红外接收单元1，碰撞检测装置7；无线模块6用于跟充电座建立无线沟通机制，可以不受到障碍物的影响，即使隔着障碍物，两者之间也可以正常通信；四个红外接收单元1用于接收充电座发送的红外信号，分别安装在移动机器人的前后左，右，前，后等不同的方位，每个红外接收单元的接收角度都不一样，以便充电座能够识别移动机器人相对于充电座子的运动位置跟朝向,并用于移动机器人接近充电座子时，移动机器人与充电座的准确对接；红外接收单元可通过移动机器人模具上使用黑色的塑料件将红外接收单元的接收角度限定，比如安装在正前端的红外接单元接收角度为β1，左前端与右前端两个红外接收单元的角度为β2，正后端的红外接收单元的接收角度为β3,β1较β2、β3小，用于移动机器人对准充电座中部红外发射单元发射的信号进行回充行为，β2大于β1，β3大于或者等于β2，用于大范围内接收充电座的信号，β1+β2+β2+β3>＝360°，可以实现全方位搜索充电座发射的红外信号同时充电座上分布着不同的红外发射单元，发射的码值跟角度都不一样，移动机器人根据不同的接收单元接收到不同红外信号的组合，调整移动机器人的运动策略；例如当移动机器人左边的红外接收单元接收到充电座左边发射的红外信号，移动机器人就知道充电座在移动机器人的左边，而移动机器人在充电座的右边，移动机器人就可以直行，一直到接收到充电座的中间发射单元发射的信号，再左转直到中间的红外接收单元接收到充电座发射的红外信号。如果移动机器人是背对着充电座，那么正后端的红外接收单元就会接收信号，移动机器人就旋转直到正前端的红外接收单元接收到信号；陀螺仪用于感知移动机器人的当前的相对角度；障碍物检测传感器可以让移动机器人提前预知障碍物而改变前进方向；在移动机器人运动的过程中，有可能遇到各种各样的障碍物，碰撞检测装置7就可以判断出所遇到的障碍物的方向，以便移动机器人及时调整姿态，并在运动地图上标记碰撞坐标；陀螺仪、障碍物检测传感器、碰撞检测装置结合机器人轮子的码盘信号用于SLAM的地图标记，地图导航。。

如图2是移动机器人的红外接收单元接收红外信号的角度范围图，如图上总共有4个红外接收单元，每个红外接收单元接收信号范围都分别被限制在如图β1～β3的区域内，正前端的红外接收单元用于跟充电座中间部分的红外发射单元对准，因此发射范围比较小。

如图3的充电座机体上有无线模块6，充电座控制主板8，红外发射单元101～105，充电座无线模块6用于跟移动机器人建立无线沟通机制，红外发射单元101～105用于发射不同码值跟不同角度的红外信号引导移动机器人。

如图4是充电座机体上的红外发射单元发射信号的角度范围图，如图上总共有5个红外发射单元，每个红外发射单元发射信号范围都分别被限制在如图β4～β6的区域内，前面的中间部分三个红外发射单元用于跟移动机器人正前端的红外接收单元对准，因此发射范围比较小；左右两边的红外发射角度为β1，用于实现大范围引导机器人。

具体的工作流程如图6所示，移动机器人在移动的过程中，会判断是否接收到充电座的红外信号和无线通信的信号，如果有接收到，则移动机器人就会利用行动模块、移动机器人控制主板、障碍物检测传感器、碰撞检测装置和陀螺仪传感器通过SLAM技术建立地图，并在地图上对移动机器人在接收到充电座红外信号的方位进行标记坐标，和定位充电座在地图中的位置；移动机器人通过无线通信向充电座发射充电请求信号，当充电座连接上电源并正常工作时，充电座会回复移动机器人一个允许充电的信号同时开始发射红外信号，移动机器人接收到回复以后，首先会判断在之前的运动过程中是否接收到充电座的信号，如果有则移动机器人就会根据运动过程中建立的地图信息导航到有红外信号的坐标，移动机器人根据不同方位的红外接收单元接收到不同的充电座红外信号组合，选择相应的运动策略进行行为调整，直到移动机器人正前端位置的红外信号接收单元接收到充电座中间位置红外发射单元发射的信号，移动机器人就会直走一直到接触上充电座的金属片；当移动机器人接触上充电座的金属片时，移动机器人就会检测到并联到两片金属片上的电阻，代表移动机器人已经与充电座完成对接，这时移动机器人通过无线通信方式发射命令要求充电座开启电源进行充电，充电座接收到移动机器人请求后开启电源，并返回开启电源的信息给移动机器人，移动机器人接收导已经开启电源的信息后，检测是否已经进入充电流程，如果没进入充电的流程则认为可能没接触好或者是充电座已经损坏，移动机器人重新尝试与充电座对接，如果反复多次都没有成功充电，则认为充电座已经损坏，移动机器人停止回充流程并停机报错。

如果移动机器人等待充电座回复允许充电信号过程中，如果移动机器人一直没有接收到充电座回复允许充电信号，移动机器人会一直循环发送请求，直到请求的次数大于一个设定值,移动机器人才认为所在的区域不存在充电座，这时移动机器人通过语音跟显示模块提醒，并按照预定策略返回移动机器人出发的坐标原点,在返回的过程中如果发现接收到充电座发射的信号，移动机器人则放弃返回原点的策略，进入回充流程。

如果移动机器人接收到允许充电信号的回复以后，如果移动机器人在此前的移动的过程中没有接收到充电座发射的红外信号,因而没有在地图上标记坐标，则移动机器人随机采取沿墙和交叉运动的方式不断扩大寻找充电座信号的范围，一旦发现充电座的信号，则进入回充流程，否则继续寻找充电座信号，一直到机器人的电量低于设定的警戒线，则机器就返回原点。

以上实施例仅为充分公开而非限制本发明，凡基于本发明的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。