本发明涉及移动机器人自动充电技术领域，尤其涉及一种充电座、移动机器人以及自动充电系统。
背景技术：
随着技术的发展和人们生活水平的提高，诸如清洁机器人、服务机器人、远程监控机器人等移动机器人逐渐进入人们的生活中。由于这些移动机器人多数是自带可充电电池，当移动机器人需要充电时，除了人工主动介入充电操作外，现有技术中出现了一种配合使用的移动机器人和充电座，移动机器人能够自动寻找充电座进行充电对接。在充电对接过程中涉及到充电座识别的问题，最典型的几种做法包括：一、充电座上设置多个红外发射管，利用移动机器人上的红外接收管接收红外发射管生成的红外信号引导移动机器人寻找充电座，实现与充电座充电对接；二、充电座上设置图标，利用移动机器人上的摄像头识别图标，实现与充电座充电对接；三、充电座上设置凹凸平面结构，利用移动机器人上的激光雷达识别凹凸平面结构，实现与充电座充电对接。
然而，在第一种做法中，当移动机器人靠近充电座时，由于充电座上的红外发射管生成的红外信号被移动机器人表面反射后形成干扰信号、多个红外发射管的特性不一致性等原因，导致移动机器人误判而碰撞回充座。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的移动机器人容易误判而碰撞回充座，为此，提供一种充电座、移动机器人以及自动充电系统。
一种充电座，包括：
第一充电极，被配置为在所述充电座与移动机器人对接时，与移动机器人上的第二充电极电性接触；
定向发射源，被配置为生成引导信号；
全向发射源，被配置为生成近卫信号；以及
控制器，被配置为以分时复用的方式执行第一控制模式和第二控制模式，在所述第一控制模式下，控制所述定向发射源生成第一强度的引导信号，在所述第二控制模式下，控制所述定向发射源生成第二强度的引导信号，所述第二强度小于所述第一强度。
其中，所述定向发射源包括至少两个定向发射源；在所述第一控制模式下，控制所述定向发射源生成具有不同识别特征的引导信号，在所述第二控制模式下，控制所述定向发射源生成具有相同或不同识别特征的引导信号。
其中，在所述第二控制模式下，由所述控制器的一个预置端口控制所述定向发射源生成具有相同识别特征的引导信号。
其中，在所述第二控制模式下控制所述全向发射源生成的近卫信号的强度小于在所述第一控制模式下控制所述全向发射源生成的近卫信号的强度。
其中，在所述第二控制模式下控制所述全向发射源生成的近卫信号的识别特征不同于在所述第一控制模式下控制所述全向发射源生成的近卫信号的识别特征。
其中所述识别特征包括：载波频率、波长、波形中的任意一种或多种。
一种移动机器人，包括：
第二充电极，被配置为在移动机器人与充电座对接时，与充电座上的第一充电极电性接触；
信号接收器，被配置为接收充电座上的定向发射源生成的引导信号以及全向发射源生成的近卫信号；以及
处理器，被配置为根据在第一控制模式下具有第一强度的引导信号以及在第二控制模式下具有第二强度的引导信号，调整移动机器人寻找充电座的回充路径，以避免误碰充电座；所述处理器还被配置为控制移动机器人避开充电座上全向发射源生成的近卫信号；其中，第一控制模式和第二控制模式是充电座以分时复用的方式执行，所述第二强度小于所述第一强度。
其中，所述定向发射源包括左定向发射源和右定向发射源；在所述第一控制模式下，控制所述左定向发射源和所述右定向发射源生成具有不同识别特征的引导信号，在所述第二控制模式下，控制所述左定向发射源和所述右定向发射源生成具有相同或不同识别特征的引导信号。
其中，所述调整移动机器人寻找充电座的回充路径，包括：驱动移动机器人将移动机器人的信号接收器保持在所述右定向发射源生成的引导信号的左侧；驱动移动机器人将移动机器人的信号接收器保持在所述左定向发射源生成的引导信号的右侧，以与充电座对接。
其中，所述定向发射源包括：左定向发射源、中间定向发射源、右定向发射源；在所述第一控制模式下，控制所述左定向发射源、所述中间定向发射源、以及所述右定向发射源生成具有不同识别特征的引导信号，在所述第二控制模式下，控制所述左定向发射源、所述中间定向发射源以及所述右定向发射源生成具有相同或不同识别特征的引导信号。
其中，所述调整移动机器人寻找充电座的回充路径，包括：驱动移动机器人将移动机器人的信号接收器保持在所述右定向发射源生成的引导信号的左侧；驱动移动机器人将移动机器人的信号接收器保持在所述左定向发射源生成的引导信号的右侧；驱动移动机器人将移动机器人的信号接收器保持在所述中间定向发射源生成的引导信号的覆盖区域内，并沿所述中间定向发射源生成的引导信号朝向充电座移动，以与充电座对接。
一种自动充电系统，包括上述任意一项所述的充电座以及上述任意一项所述的移动机器人。
一种充电座，包括：
第一充电极，在所述充电座与移动机器人对接时，与移动机器人上的第二充电极电性接触；
生成近卫信号的全向发射源；
生成引导信号的至少两个定向发射源，所述至少两个定向发射源间隔、横向排布于所述充电座；以及
控制器，在第一控制模式下，所述控制器控制所述至少两个定向发射源生成具有不同识别特征的至少两个引导信号，以便于移动机器人根据至少两个引导信号调整寻找充电座的回充路径。
其中，在第一控制模式下，所述至少两个定向发射源生成第一强度的至少两个引导信号，在第二控制模式下，所述控制器控制所述至少两个定向发射源生成第二强度的至少两个引导信号，所述第一控制模式和所述第二控制模式是充电座以分时复用的方式执行，所述第二强度小于所述第一强度。
本发明实施例提供的一种充电座，包括：生成引导信号的定向发射源、生成近卫信号的全向发射源、以及控制器，该控制器以分时复用的方式执行第一控制模式和第二控制模式，在第一控制模式下，控制定向发射源生成第一强度的引导信号，在第二控制模式下，控制定向发射源生成小于第一强度的第二强度的引导信号。移动机器人根据第一控制模式和第二控制模式下的引导信号调整寻找充电座的回充路径，避免因强度比较大的引导信号反射后形成干扰信号、定向发射源的特性不一致性等原因，导致移动机器人误判而碰撞回充座。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的变形形式。
图1是本发明实施例的移动机器人的结构示意图；
图2是图1中移动机器人的底部结构示意图；
图3是全向发射源生成近卫信号的示意图；
图4是定向发射源生成引导信号的示意图；
图5是定向发射源生成存在重叠区域的两个引导信号的示意图；
图6是定向发射源生成不存在重叠区域的两个引导信号的示意图；
图7是一实施例中充电座包含的电路连接示意图；
图8是在第二控制模式下生成的三个引导信号的示意图；
图9是在第二控制模式下生成的近卫信号的示意图；
图10是另一实施例中充电座包含的电路连接示意图；
图11是本发明实施例中一种移动机器人的简易图；
图12是图5中的充电座与移动机器人的简易图；
图13是在第二控制模式下生成的两个引导信号的示意图；
图14是图4中的充电座与移动机器人的简易图；
图15是在第二控制模式下生成的三个引导信号的充电座与移动机器人的简易图。
具体实施方式
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。
在本发明实施例中，单数的表述在文中没有明确地反义的情况下，可以包括复数的表述。并且，使用的“包括”或者“具有”等术语表示说明书上记载的特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或者其组合的存在，而不预先排除一个或以上的其他特征、数字、步骤、操作、构成要素、部件或者它们的组合的存在或者附加可能性。并且，本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可以用于说明多种构成要素，但是所述构成要素不被上述术语所限制，所述术语仅用于区分一个构成要素和其他构成要素。
以下，参照附图对公开的本发明实施例进行详细说明。附图中示出的相同的附图编号或者符号可以表示执行实质相同的功能的部件或者构成要素。
如图1所示，其为本发明实施例中充电座10的结构示意图。充电座10包括：第一充电极11、定向发射源12、全向发射源13、控制器14。
在本发明实施例中，充电座10包括底座部15和背靠部16，第一充电极11包括正充电极和负充电极，如图2所示，其为本发明实施例中移动机器人20的底部结构示意图。移动机器人20的底部设有第二充电极21，该第二充电极21包括正充电极和负充电极，移动机器人20与充电座10对接时，第一充电极11的正充电极和负充电极分别与第二充电极21的正充电极和负充电极电性接触，实现充电座10向移动机器人20充电。在一可选实施例中，第一充电极11也可以设于充电座10的背靠部16，相应的，第二充电极21设于移动机器人20的侧壁。在一可选实施例中，第一充电极11和第二充电极21之间也可以通过无线充电实现能量的传输；例如，第一充电极11是无线发射线圈，第二充电极21是无线接收线圈，无线发射线圈与无线接收线圈之间通过电磁感应实现能量的传输。
如图3和图4所示，图3是全向发射源13生成近卫信号的示意图，图4是定向发射源12生成引导信号的示意图。在本发明实施例中，全向发射源13被配置为生成近卫信号131，定向发射源12被配置为生成引导信号，定向发射源12和全向发射源13为红外线发射器；在其他实施例中，定向发射源12和/或全向发射源13也可以为红外线发射器、紫外线发射器、可见光线发射器中的任意一种。
在本发明实施例中，近卫信号131可以由指向全向反射器的led发出，该全向反射器的几何形状通过围绕其焦点旋转的抛物线来确定，因此，参阅图3，该全向反射器以360°的角度范围投射近卫信号131。在实际应用中，通常将充电座10靠墙放置在地面上，即背靠部16靠墙设置，因此，在其他实施例中，全向反射器也可以以150°～360°中的任意角度范围投射近卫信号131。
通过调节全向发射源13来限定近卫信号131的辐射范围，使得近卫信号131的辐射范围全部或基本上覆盖充电座10所占据的区域面积，采用此设计，主要是为了让移动机器人10识别定近卫信号131的轮廓边缘，从而可以控制移动机器人20避开充电座10上全向发射源13生成的近卫信号。
定向发射源12包括至少两个定向发射源，至少两个定向发射源间隔、横向排布于充电座10。在本发明实施例中，定向发射源12包括三个定向发射源，为了方便引述，将这三个定向发射源命名为左定向发射源、中间定向发射源、右定向发射源。参阅图4，左定向发射源生成左引导信号121，中间定向发射源生成中间引导信号122，右定向发射源生成右引导信号123。在一其他实施例中，如图5所示，定向发射源12包括两个定向发射源，即左定向发射源和右定向发射源，左定向发射源生成的引导信号12a的视场与右定向发射源生成的引导信号12b的视场存在重叠区域12ab。在一其他实施例中，如图6所示，左定向发射源生成的引导信号12c的视场与右定向发射源生成的引导信号12d的视场存在引导信号未覆盖区域12cd。
在本发明实施例中，充电座10的控制器14被配置为以分时复用的方式执行第一控制模式和第二控制模式，在第一控制模式下，控制定向发射源12生成第一强度的引导信号，在第二控制模式下，控制定向发射源12生成第二强度的引导信号，并且，第二强度小于第一强度。
如图7所示，图7是充电座10中包含的电路连接示意图。其中，l1为全向发射源13，l2、l3、l4分别是左定向发射源、中间定向发射源、右定向发射源。l1、l2、l3、l4的正极连接电压端，l1、l2、l3、l4的负极分别一一对应地通过电阻连接npn型三极管，具体的，l1的负极通过电阻r11连接npn型三极管q1的集电极，npn型三极管q1的基极连接控制器14的p1端；l2的负极通过电阻r21连接npn型三极管q2的集电极，npn型三极管q2的基极连接控制器14的p2端；l3的负极通过电阻r31连接npn型三极管q3的集电极，npn型三极管q3的基极连接控制器14的p3端；l4的负极通过电阻r41连接npn型三极管q4的集电极，npn型三极管q4的基极连接控制器14的p4端。npn型三极管q1的发射极、npn型三极管q2的发射极、npn型三极管q3的发射极、npn型三极管q4的发射极分别一一对应地通过电阻r12、电阻r22、电阻r32、电阻r42连接npn型三极管q5的集电极，npn型三极管q5的发射极接地，npn型三极管q5的集电极通过电阻r5连接控制器14的p5端。l1的负极通过二极管d1、l2的负极通过二极管d2、l3的负极通过二极管d3、l4的负极通过二极管d4均连接电阻r61的一端，电阻r61的另一端连接npn型三极管q6的集电极，npn型三极管q6的基极连接控制器的p6端，npn型三极管q6的发射极通过电阻r62连接npn型三极管q5的集电极。
实际应用中，在第一控制模式下，控制器14通过控制p2端、p3端、p4端来控制l2、l3、l4生成第一强度的引导信号(参阅图4中的第一强度的左引导信号121、中间引导信号122、右引导信号123)。另外，在第一控制模式下，控制器14还可以通过控制p1端来控制l1生成近卫信号(参阅图3中的近卫信号131)。在第二控制模式下，控制器14通过控制p6端来同时控制l1、l2、l3、l4，以便l2、l3、l4生成第二强度的引导信号(参阅图8中的第二强度的左引导信号121’、中间引导信号122’、右引导信号123’)，以及l1生成近卫信号，第二强度小于第一强度，可以通过选用相对于电阻r22、电阻r32、电阻r42的阻值较大的电阻r62来实现第二强度小于第一强度。在本实施例中，由于第二强度小于第一强度，使得左引导信号121’的辐射距离小于左引导信号121的辐射距离、中间引导信号122’的辐射距离小于中间引导信号122的辐射距离、右引导信号123’的辐射距离小于右引导信号123的辐射距离(对比图4和图8)。控制器14通过控制p1端来控制l1生成的近卫信号(参阅图3中的近卫信号131)的强度大于控制器14通过控制p6端来控制l1生成的近卫信号(参阅图9中的近卫信号132)，使得近卫信号131’的辐射距离小于近卫信号131的辐射距离。
在第一控制模式下，控制定向发射源12生成具有不同识别特征的引导信号，具体的，控制器14通过控制p2端、p3端、p4端来控制l2、l3、l4生成第一强度的左引导信号121、中间引导信号122、右引导信号123；左引导信号121、中间引导信号122、右引导信号123这三个引导信号具有不同识别特征。另外，在第一控制模式下，控制器14通过控制p1端来控制l1生成的近卫信号131(参阅图3)与上述三个引导信号具有不同识别特征。
在第二控制模式下，控制定向发射源12生成具有相同或不同识别特征的引导信号。在本发明实施例中，在第二控制模式下，由控制器14的一个预置端口(即p6端)控制定向发射源12生成具有相同识别特征的引导信号(左引导信号121’、中间引导信号122’、右引导信号123’)和近卫信号(近卫信号131’)，也就是说，左引导信号121’、中间引导信号122’、右引导信号123’、近卫信号131’具有相同识别特征。在一可选实施例中，在第一控制模式下生成的近卫信号131的识别特征不同于在第二控制模式下生成的近卫信号131’的识别特征。
在本文中提到的识别特征可以包括：载波频率、波长、波形中的任意一种或多种。例如，在本发明实施例中，引导信号和近卫信号的波形均是方波，通过调节方波的占空比来输出具有不同识别特征的引导信号和近卫信号。
在其他实施例中，图10中的电路图相对于图7中的电路图，省去了二极管d1，基于这种设计，在第二控制模式下，控制器14无法通过p6端来控制l1生成近卫信号131’。
如图11所示，其为本发明实施例中一种移动机器人20的简易图，移动机器人20上设置有信号接收器22，信号接收器22可以设于移动机器人20的顶部，用于接收充电座10上的定向发射源12生成的引导信号以及全向发射源13生成的近卫信号。信号接收器22可以包括全向发射器和光电传感器，该全向反射器的几何形状通过围绕其焦点旋转的抛物线来确定，该全向发射器能够以360°的角度范围接收引导信号或近卫信号，光电传感器用于将引导信号、近卫信号转换成相应的电信号。在其他实施例中，信号接收器22也可以设于移动机器人20的侧边，信号接收器22的个数可以是两个或多个，并且间隔、横向排布于移动机器人20的侧边。
移动机器人20设置有处理器23，处理器23根据在第一控制模式下具有第一强度的引导信号以及在第二控制模式下具有第二强度的引导信号，调整移动机器人20寻找充电座10的回充路径，以避免误碰充电座10；其中，第一控制模式和第二控制模式是充电座10以分时复用的方式执行，第二强度小于第一强度。
如图12所示，以移动机器人20与图5中的充电座10匹配为例进行说明，在第一控制模式下，控制左定向发射源和右定向发射源生成具有不同识别特征的引导信号(左引导信号12a和右引导信号12b)。调整移动机器人20寻找充电座10的回充路径的过程中，可以基于满足以下两个条件(c1和c2)的方式沿着左引导信号12a和右引导信号12b的重叠区域12ab逐渐靠近充电座10，以便与充电座10对接。
条件c1：驱动移动机器人20将信号接收器22保持在右定向发射源生成的右引导信号12b的左侧。
条件c2：驱动移动机器人20将信号接收器22保持在左定向发射源生成的左引导信号12a的右侧。
如图13所示，在第二控制模式下，控制左定向发射源和右定向发射源生成具有相同识别特征的引导信号(左引导信号12a’和右引导信号12b’)。由于在第二控制模式下的左引导信号12a’和右引导信号12b’的强度比较小，当移动机器人20非常靠近充电座10时，才能检测到左引导信号12a’和右引导信号12b’，避免因强度比较大的左引导信号12a和右引导信号12b反射后形成干扰信号以及两个定向发射源的特性不一致性等原因，导致移动机器人20误判而碰撞回充座10。在本发明实施例中，当移动机器人20的信号接收器22接收到充电座10上全向发射源13生成的近卫信号131，处理器23可以控制移动机器人20避开近卫信号131，防止移动机器人20碰撞到充电座10。
如图14所示，以移动机器人20与图4中的充电座10匹配为例进行说明，在第一控制模式下，控制左定向发射源、中间定向发射源、以及右定向发射源生成具有不同识别特征的引导信号(左引导信号121、中间引导信号122、右引导信号123)。调整移动机器人20寻找充电座10的回充路径的过程中，可以基于满足以下三个条件(d1、d2和d3)的方式沿着中间引导信号122逐渐靠近充电座10，以便与充电座10对接。
条件d1：驱动移动机器人20将信号接收器22保持在右引导信号123的左侧。
条件d2：驱动移动机器人20将信号接收器22保持在左引导信号121的右侧。
条件d3：驱动移动机器人20将信号接收器22保持在中间引导信号122的覆盖区域内，并沿中间引导信号122朝向充电座10移动。
如图15所示，在第二控制模式下，控制左定向发射源、中间定向发射源以及右定向发射源生成具有相同识别特征的引导信号(左引导信号121’、中间引导信号122’、右引导信号123’)。由于在第二控制模式下的左引导信号121’、中间引导信号122’、右引导信号123’的强度比较小，当移动机器人20非常靠近充电座10时，才能检测到左引导信号121’、中间引导信号122’、右引导信号123’，避免因强度比较大的左引导信号121、中间引导信号122、右引导信号123发射后形成干扰信号以及三个定向发射源的特性不一致等原因，导致移动机器人20误判而碰撞回充座10。
本发明实施例还提供一种自动充电系统，该自动充电系统包括：上述充电座10以及与充电座10匹配的移动机器人20。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一可选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。