应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法及系统与流程

1.本发明属于智能机器人充电技术领域，具体涉及一种应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着市政、电力、通信等行业电缆隧道数量逐年增加和智能巡检及消防机器人的规模性应用，需要不同种类的机器人可以同时在复杂的轨道环境中实现自动巡检以及消防灭火任务，并且保证其在长距离宽区域内能稳定可靠的工作，从而需要实现在同一轨道段对不同型号的的机器人进行充电业务操作。
4.目前在同一轨道区间存在两种类型或者多于两种类型机器人的工况下，实现此功能通常需要在此轨道区间内安装多种不同型号的充电装置，以适应不同类型机器人的充电业务，但是，多种不同型号的充电装置和多种类型的机器人在相互适配过程中容易造成混淆，影响机器人的充电效率，无法为多台机器人提供可靠的续航保障。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法及系统，本发明用一台多功能自适应充电装置解决了在同一轨道区间为多种不同类型的机器人充电的问题，可以仅用一台设备实现对多台不同类型的机器人的错时充电业务，在复杂分支结构隧道以及长距离隧道环境中为多台机器人协作运行提供可靠的续航保障。
6.根据一些实施例，本发明的第一方案提供了一种应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法，采用如下技术方案：
7.应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法，包括：
8.根据机器人的电子标签匹配对应的充电参数；
9.根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，根据调节后的充电盘位置姿态进行充电；
10.其中，根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，包括根据机器人的结构调节充电装置的充电高度和进深，再控制充电装置的纵向臂和横向臂之间的关节电机实现充电盘左右摆动角度的调节，同时配合位置检测传感器的数据实现不同机器人的自适应充电。
11.根据一些实施例，本发明的第二方案提供了一种应用于多种机器人自适应充电装置的控制系统，采用如下技术方案：
12.应用于多种机器人自适应充电装置的控制系统，包括：
13.机器人型号识别模块，被配置为根据机器人的电子标签匹配对应的充电参数；
14.充电装置位姿调节模块，配置为根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动
伸缩调节，根据调节后的充电盘位置姿态进行充电；
15.其中，根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，包括根据机器人的结构调节充电装置的充电高度和进深，再控制充电装置的纵向臂和横向臂之间的关节电机实现充电盘左右摆动角度的调节，同时配合位置检测传感器的数据实现不同机器人的自适应充电。
16.根据一些实施例，本发明的第三方案提供了一种计算机可读存储介质。
17.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一个方面所述的应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法中的步骤。
18.根据一些实施例，本发明的第四方案提供了一种计算机设备。
19.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一个方面所述的应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法中的步骤。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
21.1、本发明通过对多台多种型号的机器人的的电子标签匹配对应的充电参数，智能充电站会对进入充电站辖区机器人进行型号和编号识别，并将该机器人的常规参数和充电参数一并打包发送到智能充电站进行解析处理，仅用一台多功能自适应充电装置解决了在同一轨道区间为多种不同类型的机器人充电的问题，可以仅用一台设备实现对多台不同类型的机器人的错时充电业务，在复杂分支结构隧道以及长距离隧道环境中为多台机器人协作运行提供可靠的续航保障。
22.2、本发明的机器人可以灵活调整充电盘的位置和姿态，可以对充电盘的纵向高度、横向进深、左右摆动角度和上下俯仰角度进行精确调节，以保证为不同工况下不同型号的机器人可靠充电；根据机器人的型号不同、编号不同可以对充电电压、充电电流、充电时间、过充保护等参数进行自动调整，并且可以通过前端机对网络内所有机器人个体的充电参数进行编辑。
23.3、本发明采用无线充电技术，通过充电站的发射装置和机器人本体中的接受装置进行非接触充电，从而避免了充电时充电口的拔插，增加了充电装置的使用寿命减少了充电过程中出现碰撞事故的机率，同时提高了充电成功率和可靠性；当系统调度多台机器人同时到同一台充电站进行充电时机器人之间会发生冲突。本着先到先充的原则为充电站设置占用标志，当充电站正在为一台机器人充电时则标记该充电站被占用，其他机器人在电保护区以外排队等待。
24.4、本发明为了保证充电装置控制的可靠性，本装置的所有关于位置的检测都采用编码器位置反馈与开关限位设备相结合的冗余检测方案。首先以电机的位置信号反馈作为到位条件的初步判定，在此条件满足的情况下再由现场的开关限位信号作为位置确认，在两个条件都满足的情况下才可以进行下一步的动作，否则不动作且向控制系统发出警告信号，等待检查并确认故障后流程方可继续执行；机器人进入充电站网络链接范围之内，若在规定时间内不能成功建立网络通讯，则充电站会自动缩回到安全位置，防止碰撞事故的发生。
25.5、本发明为了给隧道巡检灭火系统的运行维护和故障维修提供详尽的参考数据，本发明充电站具备充电记录保存和查询功能，可以通过本地触摸屏以及远程前端机对充电
机器人id、充电时间、充电电流、充电时长、电池电量、充电机器人类型等信息进行查询，并可生成运行报表；智能充电站作为server端通过tcp网络同时与机器人本体以及前端机进行实时通信，根据远程指令进行相应动作，同时反馈运行状态和数据给远程设备和平台。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1是本发明的实施例一所述的一种应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法的流程图。
具体实施方式
28.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
29.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.本发明中的充电装置的适用对象及工况
33.圆轨道巡检机器人：圆轨巡检机器人是一款能够应用于电力隧道、监狱隔离带监控等领域的单功能紧凑型视频机器人，该款机器人具有体积小、成本低、防护能力高、模块化等特点。体积为620(l)*440(w)*400(h)、重量在50kg以内。安装时外壳顶部距离吊顶天花板不大于5cm，机器人机壳顶部至底部机壳距离不大于40cm。包含球机顶部的最大轮廓高度尺寸50cm以内。轨道采用din-60焊接钢管，厚度不低于2.5mm，驳接件采用不锈钢蜡模铸造，挂架采用钣金冲压折弯方式，便于批量生产和成本控制。
34.圆轨消防机器人：隧道管廊消防移动灭火机器人是一款能够实现其现场监测、高效联动、就地灭火等功能的巡检灭火机器人。其体积为1070(l)*622(w)*640(h)。轨道总成由圆管型材轨道、连接件、吊挂件、避震器部分组成。圆管型材采用ф60，2.5mm或3mm热轧无缝钢管，具有低成本优势，同时为满足管廊使用环境和寿命需求，采用热镀锌防腐工艺处理。
35.机器人本体倾斜充电工况：由于采用单条圆轨的轨道总成，如果机器人本体存在不平衡现象或者处于轨道的转弯处，可能造成机器人在充电过程中出现不同程度的车体倾斜，从而致使机器人本体的充电接收盘与充电站发射盘之间存在相应的角度，此时对充电盘间距的要求变的相对苛刻，间距太大则可能造成充电失败，间距太小则存在机器人与充电盘碰撞的风险，此时需要对充电站发射盘的角度进行适度的调节，使充电发射盘与机器人车体靠近充电站的侧面保持平行，从而保证充电的稳定性与程序流程的健壮性。
36.机器人充电位置离充电盘中心距较远工况：在工程施工过程中，受限于现场条件
经常存在寻找不到合适安装位置的状况，此时可以利用自适应充电站横向、纵向及角度可调的特性来寻找到较为合理的安装位置，降低对施工条件的要求。
37.实施例一
38.如图1所示，本实施例提供了一种应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法，该方法包括以下步骤：
39.步骤s1：根据机器人的电子标签匹配对应的充电参数；
40.步骤s2：根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，根据调节后的充电盘位置姿态进行充电；
41.其中，根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，包括根据机器人的结构调节充电装置的充电高度和进深，再控制充电装置的纵向臂和横向臂之间的关节电机实现充电盘左右摆动角度的调节，同时配合位置检测传感器的数据实现不同机器人的自适应充电。
42.在步骤s1中，所述根据机器人的电子标签匹配对应的充电参数，具体为：
43.s1.1：根据不同机器人型号对应的不同充电标准构建机器人充电参数数据库；
44.s1.2：扫描机器人本体上的电子标签，得到机器人id来识别机器人的型号；
45.s1.3：基于机器人充电参数数据库，根据机器人的型号匹配对应的充电参数。
46.充电站的前后50m设置用于机器人型号检测的rfid设备，在机器人经过时扫描机器人本体的电子标签，根据扫描到的机器人id来识别机器人的型号。
47.机器人进入智能充电站的辖区范围之后会主动与智能充电站通过无线通讯网络建立网络链接，将机器人的id号发送给智能充电站，与充电站扫描到的id做比对，如果id比对通过则机器人会将自身实时位置、运动速度、机器人型号、ip地址等信息统一打包发送智能充电站控制系统，信息在充电站控制系统中解析处理，从而识别当前待充电机器人的具体信息，同时匹配适合该型号机器人的相关充电参数(充电装置的伸缩高度、长度、额定电流、过流保护、过压保护、过充保护、超时保护等)。
48.具体地，在步骤s2中，将根据机器人匹配的对应的充电参数和调节后的充电盘位置姿态存储到充电装置的掉电保持区内，用于充电装置在网络中断时脱机运行，根据机器人的编号对充电盘位置进行调用，完成充电操作。
49.在机器人充电的各项参数以及充电盘的位姿都调整到最佳状态后可以通过充电站本地触摸屏对相关的参数进行一键保存，方便下次直接调用；这些参数被存储在plc的掉电保持区内，同时可以通过网络上传至平台数据库进行保存；在网络中断充电站脱机运行时可以通过机器人的编号对电盘位置进行调用，完成正常充电操作。
50.充电装置的纵向臂和横向臂均为可伸缩结构，内置可精确定位运动的直线电机用来调节充电装置的充电高度和进深(纵向、横向)；在纵臂与横臂的结合处装有关节电机用于充电盘左右摆动角度的调节，并且在横臂与充电盘的结合处也安装关节电机用于充电盘俯仰摆动角度的调节，配合以到位置检测传感器实现上下伸缩、前后伸缩、左右摆角、上下俯仰的8向精准调节。
51.具体地，机器人内部安装有与该智能充电装置配对的接收盘，通过can与机器人控制器进行通讯，根据机器人的型号不同、编号不同可以对充电电压、充电电流、充电时间、过充保护等参数进行自动调整，并且可以通过前端机对网络内所有机器人个体的充电参数进
行编辑。
52.通过can与机器人控制器进行通讯，实现根据机器人的不同型号和不同编号实现对充电电压、充电电流、充电时间、过充电保护的自动调整。
53.具体地，本实施例采用中惠创智自主研发的中功率无线供电模组，该充电模组采用磁共振的原理具有充电距离感应检测、负载变化自调节功能，适合各种移动机器人或装置非接触式充电，能实现电池充电过程的完全自动化，使用便捷，维护简单；同时具备以下特点
54.(1)无接触充电，工效高，寿命长，可实现充电时间碎片化；
55.(2)独创的控制算法，反应迅速,自动充停，实现无人化管理；
56.(3)发射和接收控制器通信数据传输稳定，频率段抗干扰能力强。
57.(4)全新的磁芯结构设计，磁场聚集在线圈内部，漏磁小，辐射低；
58.(5)具备过温保护、过压保护、过流保护、短路保护等多重保护；
59.(6)空载保护完善，可实现免通信充电，充电过程中电池负载断开或者上位机带接收部分离开，发射部分自动进入待机模式，安全可靠；
60.(7)自主研发的充电距离感应检测，提高充电效率；
61.(8)可定制ip55级别防护外壳，防水、防尘、防爆、防油，适应各种恶劣工作。
62.本实施例还能实现充电盘防碰撞保护功能设备安全是所有功能实现的前提，本实施例可以防止充电盘与机器人本体发生碰撞事故：
63.【1】采用非接触的无线充电方式；【2】充电装置控制器中做了完善的逻辑保护程序和非正常工况保护程序，比如充电站不工作、网络中断、上电初始化等情况下充电装置自动回安全位置、若充电装置不在安全位置禁止机器人驶入充电装置保护区等；【3】充电装置安装碰撞传感器，在发生碰撞的第一时间控制机器人停车，充电装置退回到安全位置。
64.本实施例还能实现机器人充电防冲突保护功能，当充电位置范围之内有机器人停留时，为充电站的busy占用位置位，禁止其他机器人驶入充电区域，并依次间隔1.5m在充电区域以外等待正在进行的充电业务完成，充电站解除占用方可驶入；以机器人自身实时位置和充电站在隧道中的设置位置比对作为充电站的占用依据。
65.当充电装置不工作或者网络中断时，自动退回到安全位置。
66.在根据机器人的电子标签匹配对应的充电参数之前，对机器人的位置和充电装置的位姿进行检测，具体为：
67.在充电站充电区域内等距离布设射频识别设备；
68.通过射频识别设备实时获取机器人的位置，并进行位置偏差校准；
69.利用充电装置内置的直线电机和伺服电机获取充电装置的位姿。
70.所述充电参数包括充电装置的伸缩高度、长度、额定电流、过流保护、过压保护、过充保护、超时保护。
71.为精确检测机器人是否已经到充电的指定位置和充电装置是否处于正确的设定位姿，本实施例的位置检测采用如下冗余检测方式：
72.机器人到达充电位置检测：机器人采用伺服电机作为驱动，可以实时测算车体位置，此外在充电站的前后2m距离处都布置有rfid用于机器人位置偏差校准，确保机器人能够准确到达充电待机位置；
73.充电装置位姿检测：充电装置的位置和姿态的调整依靠具有闭环反馈功能的直线电机和伺服电机来实现，确保了其位姿的精确和连续调节，此外为了防止意外的发生和提高控制的安全性，在每个驱动的极限位置都装有霍尔传感器和行程开关作为限位保障，保证其在安全范围之内进行位姿调节。
74.本实施例中的充电装置能够实现断网故障处理功能
75.机器人进入智能充电站的辖区范围之后会主动与智能充电站通过无线通讯网络建立网络链接，在此范围内充电装置会以2s心跳判断网络链接是否正常，如果出现网络故障会进入故障处理流程(1)智能充电站自动缩回到安全位置待命；(2)停止辖区内所有机器人的充电及运动；(3)将故障类型上报给平台进行报警；(4)尝试重新建立链接，恢复网络通讯。
76.本实施例中的充电装置能够充电记录查询功能模块
77.多功能智能充电站通过以太网与平台软件进行实时交互，并以固定采样与事件驱动相结合的方式生成并存储历史数据至平台服务器的数据库中，可以通过平台软件对机器人的编号、开始充电时间、结束充电时间、充电电压、充电电流、充电站位置角度、故障报警等信息以报表的形式进行查询和输出；其中充电电流、充电电压等关键数据可以查看历史趋势图。
78.本实施例中的充电装置还能够实现网络通讯功能
79.充电装置plc与各机器人之间以及平台前端机均采用tcp网络协议进行互联，如此规划使得上层网络的通讯协议一致，方便网络扩展和程序维护；同时以网线和光纤作为传输介质的以太网通讯无论传输速率还是抗干扰能力均优于rs485通讯。
80.充电装置通过can通讯方式来控制充电装置的伺服电机，从而可以在充电控制箱和充电装置之间布置距离较远的情况下实现控制，并且可更加便利的读取电机的运行参数和故障信息。
81.充电装置的状态和数据既可以与平台直接进行交互，又可以经过机器人中转之后再与平台进行交互。平台与充电装置的直连网络可以用作控制和反馈信号的传输通道；此外平台还可以通过机器人中转获取充电装置的信息来确认控制和反馈信号的正确性。在平台离线的情况下，充电装置的动作可以通过机器人plc进行控制，配合机器人完成平台离线前发出的任务流程。
82.充电装置的控制器在与平台以及机器人通讯的过程中，通过心跳脉冲收发的方式实时确认通信网络的连接以及数据收发的成功与否。在检测到通讯异常时，及时停止设备和机器人运行，并尝试重新连接，在多次重新连接未成功的情况下，将故障信息发送至机器人和平台，待网络恢复正常并确认后方可继续运行。
83.实施例二
84.本实施例提供了一种应用于多种机器人自适应充电装置的控制系统，包括：
85.机器人型号识别模块，被配置为根据机器人的电子标签匹配对应的充电参数；
86.充电装置位姿调节模块，配置为根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，根据调节后的充电盘位置姿态进行充电；
87.其中，根据确定的充电参数实现充电盘位置姿态的自动伸缩调节，包括根据机器人的结构调节充电装置的充电高度和进深，再控制充电装置的纵向臂和横向臂之间的关节
电机实现充电盘左右摆动角度的调节，同时配合位置检测传感器的数据实现不同机器人的自适应充电。
88.上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例一所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
89.上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
90.所提出的系统，可以通过其他的方式实现。例如以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如上述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时，可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另外一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
91.实施例三
92.本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法中的步骤。
93.实施例四
94.本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的应用于多种机器人自适应充电装置的控制方法中的步骤。
95.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
96.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
97.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random accessmemory，ram)等。
98.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。