1.本发明涉及机器人自动充电技术领域，具体涉及一种多移动机器人自主充电引导系统及方法。
背景技术：
2.移动机器人经过多年的研究与发展，已经逐步走向实用化，在制造行业、物流行业、安保行业等多个领域得到应用。且随着科学技术的进步，移动机器人在更多领域发挥出更大作用，显现出了广泛的应用前景，各行业对移动机器人的需求也日益明显。
3.移动机器人自动充电可以延长机器人的自治时间，扩大其活动范围，实现连续任务动作。自动充电技术要求移动机器人能够在活动区域范围内快速、准确地定位自身及充电桩位置，并选择合理路径到达充电桩处进行充电。在现行的充电方法中，使用较多的是电子围栏引导方法，但电子围栏布设麻烦，且不易移动。另外有超声波引导方法，但是超声波在户外较容易受到干扰。
技术实现要素：
4.本发明提出一种多移动机器人自主充电引导系统及方法，对工作中的移动机器人进行充电引导，使需要进行充电的移动机器人完成自主充电。
5.一种多移动机器人自主充电引导系统，包括引导通信模块、定位模块、红外发射器和红外接收器。
6.所述引导通信模块安装于移动机器人和充电桩处，用于移动机器人之间、移动机器人与充电桩之间的通信。移动机器人在工作时随机分布于一个空间内，通过引导通信模块与周围通信距离内的其它移动机器人和充电桩保持通信。
7.所述定位模块安装于移动机器人和充电桩处，用于定位确定自身位置信息；移动机器人通过自身位置信息和充电桩位置信息，确定自身与充电桩之间的距离。
8.所述红外发射器安装于充电桩插口处，所述红外接收器安装于移动机器人充电口处，用于充电口的引导。在需要充电的移动机器人运动到充电桩附近，即进入充电引导区后，红外发射器发射红外信号，移动机器人原地转动，直到移动机器人充电口处的红外接收器采集到该红外信号，移动机器人停止转动，向充电桩处缓慢直行。待到达充电桩近处后，最后进行一次姿态调整，直到移动机器人充电口正对充电桩插口，完成引导。
9.一种多移动机器人自主充电引导方法，采用如上所述的一种多移动机器人自主充电引导系统实现，具体包括如下步骤：
10.s1：某工作空间内共有m个随机分布的移动机器需要进行充电，通过引导通信模块和定位模块实时地获取自身与充电桩之间的距离，并与通信距离内的其它移动机器人交换该信息；
11.s2：基于s1，各个移动机器人通过算法确定自身是否属于距离某个充电桩最近的n个移动机器人，n最大值为该充电桩同时最多可充电个数；
12.s3：若是，则距离充电桩最近的前n个移动机器人根据位置信息向充电桩移动，待完成引导开始充电后，充电桩的引导通信模块和定位模块关闭；
13.s4：充电完成，移动机器人返回工作空间，充电桩的引导通信模块和定位模块打开；其它充电桩附近若有移动机器人需要充电，重复步骤s1-s3。
14.其中，步骤s2所述的判定算法如下所示：首先定义一个分段函数f(x)，当x＜0时，f(x)＝0，当x＞1时，f(x)＝1，其它情况下，f(x)＝x；定义移动机器人通信连接矩阵c是一个m
×
m矩阵，c
ij
是矩阵c中第i行第j列的元素，表示第i个移动机器人和第j个移动机器人通信连接权值，即在两个移动机器人通信连接，则c
ij
＝1，否则c
ij
＝0。利用以下公式进行判定：
15.αi＝ω(pi)
[0016][0017][0018][0019][0020][0021]
其中，pi、βi、θi为辅助变量，初始值随机给定；ω(pi)表示对pi进行约束；j∈m(i)表示与第i个移动机器人连接权值为1的移动机器人的编号；di表示第i个移动机器人到充电桩的距离，λ为采样间隔，b为设计参数，在实际应用中要尽可能的小；γ、c0、c1均为大于0的参数，上标k表示迭代次数；d表示通信延迟；yi为切换网络拓扑结构补偿函数，当网络拓扑结构没有改变时，yi保持不变，若网络拓扑结构发生变化时，δc
ij
为通信拓扑网络切换发生时，切换前后所对应的多移动机器人系统的通信连接权值间的差值；ωi表示第i个移动机器人是否是距离充电桩最近的n个机器人之一；经过一定迭代次数后，ωi的输出值为1或0，ωi＝1表示该移动机器人可以去该充电桩处进行充电，ωi＝0则表示不可。
[0022]
所述ω()约束是为了避免信号因在传输中受到外部噪声影响，而超出引导通信模块的可测量域，干扰移动机器人正常工作。
[0023]
所述移动机器人通信连接采用切换网络拓扑结构，有效地避免了移动机器人之间因环境干扰、单个通信故障、传感器限制等因素造成的通信连接问题，提高了通信连接的稳定性。
[0024]
本发明通过提供一种多移动机器人自主充电引导系统及方法，引导工作中电量不足的移动机器人完成自主充电。本发明结构简单，容易实现，实用性较强，利用算法使移动机器人选取最近的充电桩进行充电，充电效率较高。且通信连接采用切换拓扑网络，并考虑到信号约束和信号传输延迟问题，避免移动机器人之间的通信干扰问题，克服了通信距离的限制，提高通信连接的稳定性。
附图说明
[0025]
图1为本发明流程图。
[0026]
图2为一种多移动机器人自主充电引导系统工作示意图.
具体实施方式
[0027]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
[0028]
本发明提出一种多移动机器人自主充电引导系统，能够引导工作中电量不足的移动机器人完成自主充电。
[0029]
一种多移动机器人自主充电引导系统，包括引导通信模块、定位模块、红外发射器和红外接收器。
[0030]
所述引导通信模块安装于移动机器人和充电桩处，用于移动机器人之间、移动机器人与充电桩之间的通信。移动机器人在工作时随机分布于一个空间内，通过引导通信模块与周围通信距离内的其它移动机器人和充电桩保持通信。
[0031]
所述定位模块安装于移动机器人和充电桩处，用于定位确定自身位置信息；移动机器人通过自身位置信息和充电桩位置的信息，确定自身与充电桩之间的距离。
[0032]
所述红外发射器安装于充电桩插口处，所述红外接收器安装于移动机器人充电口处，用于充电口的引导。在需要充电的移动机器人运动到充电桩附近，即进入充电引导区后，红外发射器发射红外信号，移动机器人原地转动，直到移动机器人充电口处的红外接收器采集到该红外信号，移动机器人停止转动，向充电桩处缓慢直行。待到达充电桩近处后，最后进行一次姿态调整，直到移动机器人充电口正对充电桩插口，完成引导。
[0033]
一种多移动机器人自主充电引导方法如图1所示：
[0034]
s1：某工作空间内共有m个随机分布的移动机器需要进行充电，通过引导通信模块和定位模块实时地获取自身与充电桩之间的距离，并与通信距离内的其它移动机器人交换该信息
[0035]
s2：基于s1，各个移动机器人通过算法确定自身是否属于距离某个充电桩最近的n个移动机器人，n最大值为该充电桩同时最多充电个数；
[0036]
s3：若是，则距离充电桩最近的前n个移动机器人根据位置信息向充电桩移动，待完成引导开始充电后，充电桩的引导通信模块和定位模块关闭；
[0037]
s4：充电完成，移动机器人返回工作空间，充电桩的引导通信模块和定位模块打开；其它充电桩附近若有移动机器人需要充电，重复步骤s1-s3。
[0038]
其中，步骤s2所述的判定算法如下所示：首先定义一个分段函数f(x)，当x＜0时，f(x)＝0，当x＞1时，f(x)＝1，其它情况下，f(x)＝x；定义移动机器人通信连接矩阵c是一个m
×
m矩阵，c
ij
是矩阵c中第i行第j列的元素，表示第i个移动机器人和第j个移动机器人通信连接权值，即在两个移动机器人通信连接，则c
ij
＝1，否则c
ij
＝0。利用以下公式进行判定：
[0039]
αi＝ω(pi)
[0040][0041][0042]
[0043][0044][0045]
其中，pi、βi、θi为辅助变量，初始值随机给定；ω(pi)表示对pi进行约束；j∈m(i)表示与第i个移动机器人连接权值为1的移动机器人的编号；di表示第i个移动机器人到充电桩的距离，λ为采样间隔，取λ＝0.01，参数γ＝1000、c0＝5、c1＝5、b＝0.01，上标k表示迭代次数；d表示通信延迟；yi为切换网络拓扑结构补偿函数，当网络拓扑结构没有改变时，yi保持不变，若网络拓扑结构发生变化时，δc
ij
为通信拓扑网络切换发生时，切换前后所对应的多移动机器人系统通信连接权值间的差值；ωi表示第i个移动机器人是否是距离充电桩最近的n个机器人之一；经过一定迭代次数后，ωi的输出值为1或0，ωi＝1表示该移动机器人可以去该充电桩处进行充电，ωi＝0则表示不可。
[0046]
如图2所示的一种多移动机器人自主充电引导系统工作示意图，工作空间中共有20个移动机器人随机分布，编号为1-20，各移动机器人通过引导通信模块相互通信连接，充电桩01和充电桩02也在其中。当移动机器人10、移动机器人13、移动机器人17和移动机器人18需要进行充电，3个移动器人通过引导通信接收到充电桩位置信息，并通过自身位置信息与充电桩确定自身与充电桩之间的距离；此实例中充电桩01与充电桩02每次只能允许一个，即设置n＝1；根据算法判定，移动机器人10前往充电桩01处充电，移动机器人17前往充电桩02处充电；待移动机器人10和移动机器人17充电完成后，移动机器人根据算法判定前往充电桩02处充电。在充电过程中，其余移动机机器人仍在移动中，所以再继续判定中，移动机器人通信网络拓扑结构发生变化，在进行判定计算时，需要加上切换网络拓扑结构补偿函数yi，本发明通过提供一种多移动机器人自主充电引导系统及方法，引导工作中电量不足的移动机器人完成自主充电。本发明结构简单，容易实现，实用性较强，利用算法使移动机器人选取最近的充电桩进行充电，充电效率较高。且通信连接采用切换拓扑网络，并考虑到信号约束和信号传输延迟问题，避免移动机器人之间的通信干扰问题，克服了通信距离的限制，提高通信连接的稳定性。