一种机器人自动充电控制方法与流程

本发明涉及一种机器人充电控制方法，具体涉及一种机器人自动充电控制方法。

背景技术：

具有自主行为的机器人，会遇到电池电量不足的情况，此时，需要返回充电器补充电量。目前移动机器人充电多采用人工辅助插接充电器或使用机械对位进行自动充电。人工辅助插接充电器需要人员的操作复杂，而使用机械对位进行自动充电的方式成功率低且难以多平台通用。现在自动归位充电方法分为以下几种：基于红外接收器和陀螺仪、基于红外接收器和视觉传感器、基于红外接收器。

基于红外接收器和陀螺仪的方法由于陀螺仪自身存在漂移，即使有磁力计进行校正，仍需要复杂的卡尔曼滤波算法，在外界存在磁场干扰时，测量误差更大。基于红外和视觉传感器的方法中，用视觉采集的图像来调整机器人的姿态，虽然图像处理理论很成熟，但是需要昂贵的硬件支持，使用成本高。基于红外接收器的方法中，具有自主行为的机器人在返回充电器补充电量时，需要接收充电器发射的信号，再向充电器运动，而红外信号传输距离较近，当机器人不在充电器发射的红外信号覆盖范围内时，无法完成自主充电，缩小了机器人自主活动的范围。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是机器人不在充电器发射的红外信号覆盖范围内时，无法完成自主充电，缩小了机器人自主活动的范围，目的在于提供一种机器人自动充电控制方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种机器人自动充电控制方法，所述机器人包括蓝牙定向接收器、充电触片和设置于左右两侧的光敏传感装置；充电器上设置一个红外光源和蓝牙信标；所述红外光源向充电器外发射的红外充电信号分布在以红外光源为圆心的扇形区域；所述蓝牙信标发射蓝牙充电信号；所述蓝牙定向接收器接收蓝牙充电信号；所述一种机器人自动充电控制方法包括以下步骤：S1：机器人需要充电时，在活动区域内随机运动寻找蓝牙充电信号；S2：机器人检测到蓝牙充电信号时，向蓝牙发射源方向运动，并寻找红外充电信号；S3：机器人有一侧光敏传感装置检测到红外充电信号时，机器人停止并原地旋转使得左右两侧光敏传感装置接收到的红外充电信号强度一致，且机器人前方指向蓝牙发射源方向，然后机器人前进；S4：机器人前进过程中，调整前进方向，使得左右两侧光敏传感装置接收的红外充电信号强度始终保持一致；S5：机器人检测机器人的充电触片是否受电，如果未受电，则继续运动直至受电并停止运动开始充电。

现有技术中，机器人不在充电器发射的充电信号覆盖范围内时，无法完成自主充电，缩小了机器人自主活动的范围；红外信号传播范围在80cm～400cm，蓝牙信号传播范围则在10m～50m，如果只使用红外信号，则极大的限制了机器人的自主充电能力，而如果只使用蓝牙信号，则精度不足，不能使机器人精确的完成充电定位。现有技术中为了增大红外信号覆盖面积，往往采用多个红外光源，但是多个红外光源之间会发生干扰；多个红外光源产生的红外信号相互叠加的部分，红外光线强度会增大，从而影响机器人对自身前进方向的判断；多个红外光线相互之间存在空白盲区，当机器人处在这种空白盲区时，其两侧光敏传感装置位于不同的红外光源照射范围内，使得机器人对充电器方向发生误判，导致充电失败。

本发明应用时，机器人需要充电时，在活动区域内随机运动寻找蓝牙充电信号，机器人检测到蓝牙充电信号时，向蓝牙发射源方向运动，并寻找红外充电信号，机器人有一侧光敏传感装置检测到红外充电信号时，机器人停止并原地旋转使得左右两侧光敏传感装置接收到的红外充电信号强度一致，且机器人前方指向蓝牙发射源方向，然后机器人前进，机器人前进过程中，调整前进方向，使得左右两侧光敏传感装置接收的红外充电信号强度始终保持一致，机器人检测机器人的充电触片是否受电，如果未受电，则继续运动直至受电并停止运动开始充电。蓝牙信号的范围远大于红外信号，而红外信号的定位方式比蓝牙信号的定位准确，本发明将蓝牙信号和一个红外信号结合在一起，先寻找蓝牙信号，再利用蓝牙信号寻找该红外信号；一个红外信号不会出现多光源叠加区域信号强度加强的情况，也不会出现多光源之间存在盲区的情况，实现了的充电信号在精度不变的前提下，覆盖范围扩大。本发明通过机器人需要充电时，在活动区域做随机运动寻找蓝牙充电信号，实现了机器人不在充电器发射的信号覆盖范围内时，也可以完成自主充电，增大了机器人自主活动的范围。

现有技术中，

进一步的，本发明还包括以下步骤：S6：机器人检测电量，如果电量已充满，则终止充电并离开充电器。

现有技术中，机器人充电情况往往通过充电器进行检测，并在充电完成时，切断电源并向机器人发送离开指令。本发明应用时，机器人自行检测电量，在电量已充满时，终止充电并离开充电器，将控制过程完全由机器人执行，简化了充电器的设计。

进一步的，机器人设置定时器；执行步骤S2时，如果机器人无法检测到蓝牙充电信号，则定时器启动，机器人原地旋转检测蓝牙充电信号，当定时器到达定时时间时，机器人还无法检测到蓝牙充电信号，则执行S1。

再进一步的，4、根据权利要求3所述的一种机器人自动充电控制方法，其特征在于，机器人设置等待时间；执行步骤S3和S4时，如果机器人检测不到红外充电信号，则定时器启动，机器人原地旋转检测红外充电信号，当定时器到达定时时间时，机器人还无法检测到红外充电信号，则执行S1。

现有技术中，机器人自主运动充电时，在接近充电器的过程中，如果出现障碍物阻挡了充电器发射的信号，很容易出现机器人持续向充电器运动而与障碍物发生碰撞。本发明应用时，当机器人在接近充电器的过程中，如果出现障碍物阻挡了充电器发射的信号，机器人无法检测到信号，则原地旋转检测充电信号，不会发生与障碍物的碰撞。

进一步的，所述红外光源在充电器上的开口的尺寸大于红外光源发光体的尺寸。

现有技术中为了增大红外信号覆盖面积，往往采用多个红外光源，但是多个红外光源之间会发生干扰；多个红外光源产生的红外信号相互叠加的部分，红外光线强度会增大，从而影响机器人对自身前进方向的判断；多个红外光线相互之间存在空白盲区，当机器人处在这种空白盲区时，其两侧光敏传感装置位于不同的红外光源照射范围内，使得机器人对充电器方向发生误判，导致充电失败。

本发明应用时，只需要设置一个散射范围较大的红外光源在充电器上，红外光源的光线经发光体发出，通过光线出口，形成扇形红外充电信号覆盖区域，该扇形区域覆盖角度由红外光源在充电器上的开口调整，只需一个红外光源即可实现较大的红外充电信号覆盖范围，没有其他红外光源干扰，引导机器人前进不易发生错误。

进一步的，所述红外充电信号采用固定频率红外线光波；所述步骤S3包括以下子步骤：S31：光敏传感装置接收红外充电信号；S32：放大红外充电信号并将该信号进行带通滤波和检波；S33：将处理后的红外充电信号进行模数转换；S34：对比模数转换后的红外充电信号。本发明对光敏传感装置采集到充电信号进行滤波，消除了环境光线变化对充电信号的干扰

进一步的，所述光敏传感装置采用光敏二极管。本发明采用光敏二极管，成本低廉。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种机器人自动充电控制方法，通过机器人需要充电时，在活动区域做随机运动寻找蓝牙充电信号，实现了机器人不在充电器发射的信号覆盖范围内时，也可以完成自主充电，增大了机器人自主活动的范围；

2、本发明一种机器人自动充电控制方法，通过将控制过程完全由机器人执行，简化了充电器的设计；

3、本发明一种机器人自动充电控制方法，当机器人在接近充电器的过程中，如果出现障碍物阻挡了充电器发射的信号，机器人无法检测到信号，则原地旋转检测充电信号，不会发生与障碍物的碰撞；

4、本发明一种机器人自动充电控制方法，本发明应用时，只需要一个红外光源设置在充电器上，没有其他红外光源干扰，引导机器人前进不易发生错误；

5、本发明一种机器人自动充电控制方法，对光敏传感装置采集到红外充电信号进行滤波，消除了环境光线变化对充电信号的干扰；

6、本发明一种机器人自动充电控制方法，采用光敏二极管，成本低廉；

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明步骤示意图；

图2为本发明步骤3的子步骤示意图；

图3为本发明实施示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-充电器，2-机器人，3-光敏传感装置，4-红外光源，5-充电信号扇形区域。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1和图3所示，本发明一种机器人自动充电控制方法，其特征在于，所述机器人2包括蓝牙定向接收器、充电触片和设置于左右两侧的光敏传感装置3；充电器1上设置一个红外光源4和蓝牙信标；所述红外光源4向充电器1外发射的红外充电信号分布在以红外光源4为圆心的扇形区域；所述蓝牙信标发射蓝牙充电信号；所述蓝牙定向接收器接收蓝牙充电信号；所述一种机器人自动充电控制方法包括以下步骤：机器人2需要充电时，在活动区域内随机运动寻找蓝牙充电信号；机器人2检测到蓝牙充电信号时，向蓝牙发射源方向运动，并寻找红外充电信号；机器人2有一侧光敏传感装置3检测到红外充电信号时，机器人2停止并原地旋转使得左右两侧光敏传感装置3接收到的红外充电信号强度一致，且机器人2前方指向蓝牙发射源方向，然后机器人2前进；机器人2前进过程中，调整前进方向，使得左右两侧光敏传感装置3接收的红外充电信号强度始终保持一致；机器人2检测机器人2的充电触片是否受电，如果未受电，则继续运动直至受电并停止运动开始充电。

本实施例实施时，红外充电信号所在的扇形区域设置为半径300cm，而蓝牙充电信号覆盖半径设置为20m，当机器人2需要充电时，先在机器人2活动区域内随机运动寻找蓝牙充电信号；机器人2进入充电器1的10m范围内时，检测到蓝牙充电信号，向蓝牙发射源方向运动，并寻找红外充电信号；机器人2进入充电器1的80m范围内时，一侧光敏传感装置3检测到红外充电信号，机器人2停止并原地旋转使得左右两侧光敏传感装置3接收到的红外充电信号强度一致，且机器人2前方指向蓝牙发射源方向，然后机器人2前进；机器人2前进过程中，调整前进方向，使得左右两侧光敏传感装置3接收的红外充电信号强度始终保持一致；机器人2检测机器人2的充电触片是否受电，如果未受电，则继续运动直至受电并停止运动开始充电。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，还包括以下步骤：机器人2检测电量，如果电量已充满，则终止充电并离开充电器1。

本实施例实施时，机器人2检测电量已充满时，不需要与充电器1进行通信，只需要终止充电并离开充电器1就可以完成充电。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，机器人2设置定时器，定时器设置定时时间为30s；机器人2向蓝牙信号源运动时，如果机器人2无法检测到蓝牙充电信号，则定时器启动，机器人2原地旋转检测蓝牙充电信号，当定时器到达定时时间时，机器人还无法检测到蓝牙充电信号，则执行重新随机运动寻找蓝牙充电信号。

本实施例实施时，机器人2检测到蓝牙充电信号并向蓝牙信号源运动时，蓝牙信号源和机器人2之间出现障碍物，蓝牙充电信号被阻断，机器人2无法检测到蓝牙充电信号，则定时器启动，机器人2原地旋转检测蓝牙充电信号，当定时器到达30s时，机器人2还无法检测到蓝牙充电信号，则重新开始随机运动并寻找蓝牙充电信号。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，机器人2在红外充电信号的引导下向充电器1方向运动时，如果机器人2检测不到红外充电信号，则定时器启动，机器人2原地旋转检测红外充电信号，当定时器到达定时时间时，机器人还无法检测到红外充电信号，则执行重新随机运动寻找蓝牙充电信号。

本实施例实施时，机器人2在红外充电信号的引导下向充电器1方向运动时，充电器1与机器人2之间出现障碍，红外充电信号被阻断，机器人2无法检测到红外充电信号，则定时器启动，机器人2原地旋转检测红外充电信号，当定时器到达30s时，机器人2还无法检测到红外充电信号，则重新开始随机运动并寻找蓝牙充电信号。

实施例5

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上，所述红外光源4在充电器1上的开口的尺寸大于红外光源4发光体的尺寸。

本实施例实施时，红外光源4选择散射范围较大的红外发射器，充电器1在前部设置一个三角行开口，该三角形一边朝向充电器1外部，且尺寸大于红外光源4发光体的尺寸，与该边相对的顶点设置于充电器1内部，红外光源4设置于该顶点处，红外光源4发出的红外充电信号经三角形开口形成了以红外光源4为圆心的扇形。

实施例6

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，所述红外充电信号采用固定频率红外线光波；所述步骤S3包括以下子步骤：光敏传感装置3接收红外充电信号；放大红外充电信号并将该信号进行带通滤波和检波；将处理后的红外充电信号进行模数转换；对比模数转换后的红外充电信号。

本实施例实施时，红外充电信号的频率设置为38kHz，光敏传感装置3接收红外充电信号；红外充电信号经过放大后，以38kHz为标准进行带通滤波和检波，然后进行模数转换，红外充电信号转换为数字信号后，对比左右两侧光敏传感装置3接收到的信号。本发明对光敏传感装置3采集到红外充电信号进行滤波，消除了环境光线变化对充电信号的干扰。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。