CN100999078A - 一种机器人自动充电方法及其自动充电装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人自动充电方法，所述的方法以下步骤：(1)当机器人需要补充电源时，打开位于机器人前部的红外信息接收装置，机器人随机行走，搜索充电座上的红外充电引导信号；(2)找到引导信号后，确定接收到引导信号的红外接收管，并根据所述的红外接收管计算充电座相对于机器人的距离和角度；(3)将机器人的位置调整到机器人的正前方；(4)机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极和充电座上的充电电极接触，对接完成；(5)关闭红外信息接收装置。以及实现该方法的机器人自动充电装置。本发明提供一种工作效率高、能够适应多种情况的机器人自动充电方法及其自动充电装置。

Description

一种机器人自动充电方法及其自动充电装置

(一)技术领域

本发明涉及一种机器人自动充电方法以及自动充电装置。

(二)背景技术

现在，服务机器人越来越多进入我们的生活，大量的服务机器人如清洁机器人(或叫自动吸尘器)、负责家庭安全的保安机器人已经开始进入实用，并逐步进入我们的生活为我们提供服务。

为了提高这些服务机器人的工作效率，减少人对机器的干预和维护，提高产品的可靠性以及降低产品的成本，都是该产品能否大批量进入实用的关键。这种移动机器人动力来源一般都是充电电池，如何对机器人自动充电是我们必须面对的问题。关于对机器人进行自动充电，国内外不同的厂家提供了很多的解决方案，如美国ROOMBA产品、伊莱克斯的三叶虫、国内厂家和院校也提供了不同的方案。归结他们的方案，分为以下几种：韩国厂家用图像识别来完成自动充电的方案，ROOMBA利用充电座发射两束引导光以及自身的360度接收装置来完成充电引导，伊莱克斯的三叶虫和国内厂家利用贴墙回归加上充电座发射信号(电磁或红外线)引导完成充电。这些方案都能够达到自动充电的目的。但也有一些缺点：贴墙回归对于复杂环境，回归时间长，而且需要机器人具有能够分清墙壁和房间孤岛障碍物的能力；图像识别成本高；ROOMBA只能适用与简单的产品，否则会对其他红外线传感器造成干扰。

(三)发明内容

为了克服已有的服务机器人充电方法工作效率低、适应性差的不足，本发明提供一种工作效率高、能够适应多种情况的机器人自动充电方法及其自动充电装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人自动充电方法，所述的方法以下步骤：

(1)、当机器人需要补充电源时，打开位于机器人前部的红外信息接收装置，所述的红外信息接收装置包括分布在机器人本体前部的多个红外接收管，机器人随机行走，红外信息接收装置搜索充电座上的红外充电引导信号；

(2)、当红外信息接收装置找到引导信号后，确定接收到引导信号的红外接收管，并根据所述的红外接收管计算充电座相对于机器人的距离和角度；

(3)、判断充电座所在的方位是否在机器人的正前方，

(3.1)、如果不是，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.2)、如果已经在正前方，进入下一步；

(4)、机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极和充电座上的充电电极接触，对接完成；

(5)、关闭红外信息接收装置。

进一步，所述的机器人前部还设有触发信号发射器，所述的充电座上还设有用于根据触发信号启动引导信号发射源的激发模块、用于对接完成后关闭发射源的关闭模块，所述的(1)包括：

(1.1)、当机器人需要补充电源时，打开位于机器人前部的红外信息接收装置、触发信号发射器，触发信号发射器发出触发信号；

(1.2)、充电座上的激发模块接收到触发信号，启动引导信号发射源，发射引导信号；

(1.3)、机器人随机行走，红外信息接收装置搜索充电座上的红外充电引导信号。

所述的(5)中，关闭充电座上的引导信号发射源；或者可以采用定时器限时，设定发射源的工作时限。

再进一步，所述的充电座的引导信号发射源根据不同的红外频率包括左发射源、中发射源、右发射源，所述的(3.1)包括：

(3.1.1)、如机器人红外信息接收装置接收到左发射源的引导信号，控制机器人向右移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.1.2)、如机器人红外信息接收装置接收到右发射源的引导信号，控制机器人向左移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座。

更进一步，所述的充电座的引导信号发射源根据不同的红外频率包括左发射源、中发射源、右发射源，所述的(3.1)包括：

(3.1.1)、如机器人红外信息接收装置接收到左发射源的引导信号，控制机器人正对左发射源，依照左发射源角度移动，在设定的距离，控制机器人向右移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.1.2)、如机器人红外信息接收装置接收到右发射源的引导信号，控制机器人正对右发射源，依照右发射源方位移动，在设定的距离，控制机器人向左移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在方位进行调整，直到机器人正对充电座。

在所述的(1)中，所述的红外信息接收装置包括支架、红外接收管，所述的红外接收管安装在支架上，所述的支架与机器人的工作平面水平，所述的支架上设有接收光通道，所述的红外接收管位于所述的接收光通道内，所述红外接收管以支架中心为中心向外水平排布，根据接收到引导信号的红外接收管的位置确定充电座相对与机器人的角度根据接收到引导信号的红外接收管的数量确定充电座相对于机器人的距离。

在所述的(1)中，机器人随机行走的工作路径为螺旋形路径或S形路径。

所述的触发信号发射器是红外发射器或超声波发射器或微波发射器。

一种实现所述的机器人自动充电方法的机器人自动充电装置，该自动充电装置包括充电座、安装有机器人本体前部的红外接收装置、对接电极，所述的充电座上设有红外引导信号发射源、充电电极，所述的红外信息接收装置包括支架、红外接收管，所述的红外接收管安装在支架上，所述的支架与机器人的工作平面水平，所述的支架上设有接收光通道，所述的红外接收管位于所述的接收光通道内，所述红外接收管以支架中心为中心向外水平排布；所述的机器人本体上还设有主控制器，所述的主控制器包括：

搜索发射信号模块，用于需要充电时发出启动红外接收装置的指令，控制机器人随机行走，搜索充电座上的红外引导信号；

方位确定模块，用于搜索到发射源后，根据接收到引导信号的红外接收管，确定充电座相对于机器人的距离和角度；

方位调整模块，用于判断充电座不在机器人的正前方时，进行位置调整，直到机器人正对充电座；

对接模块，用于控制机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极和充电座上的充电电极接触；

关闭信息接收模块，用于在对接完成后，关闭红外信息接收装置。

进一步，所述的机器人前部还设有触发信号发射器，所述的充电座上还设有用于根据触发信号启动引导信号发射源的激发模块；所述的主控制器还包括：

发射器启动模块，用于在需要充电时，发出启动触发信号发射器的指令。

关闭发射源模块，用于在对接完成后，发出关闭发射源的指令。

本发明的工作原理是：当机器人需要充电时，打开机器人本体的前部设有红外接收装置，能够接收设定角度范围(120度或180度)内的红外信号，在自动充电座上设有引导信号发射源；充电座上的发射源发射引导信号，红外接收装置接收到信号后，判断充电座相对于机器人本体的位置和角度，并调整机器人本体的位置，将机器人本体调整到正对充电座，并控制机器人本体直行，机器人上的对接电极与充电座上的充电电极相接，并充电。

本发明的有益效果主要表现在：1、机器人能够有效回归，工作效率高；2、能够适应多种不同情况。

(四)附图说明

图1是机器人的结构图。

图2是机器人前部的结构图。

图3是红外接收装置的结构图。

图4是充电座的结构图。

图5是充电座的结构图。

图6是充电座的引导信号发射源发出引导信号的示意图。

图7是机器人随机寻找引导信号的示意图。

图8是机器人找到引导信号的示意图。

图9是机器人找到引导信号，从右侧位置调整到与充电座正对的示意图。

图10是机器人找到引导信号，从左侧位置调整到与充电座正对的示意图。

图11是机器人本体与充电座正对的示意图。

图12是充电座上有三个引导信号发射源的示意图。

图13是机器人找到右发射源的引导信号的示意图。

图14是机器人找到右发射源的引导信号，再左移寻找中发射源的引导信号的示意图。

图15是图13所示的机器人找到中发射源的引导信号，并调整到与充电座正对的示意图。

图16是机器人找到右发射源的引导信号，依照右发射源前进，在较近距离再左移寻找中发射源的引导信号的示意图。

图17是主控制器的原理框图。

(五)具体实施方式

下而结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11，一种机器人自动充电方法，所述的方法以下步骤：

(1)、当机器人需要补充电源时，打开位于机器人前部的红外信息接收装置1，所述的红外信息接收装置包括分布在机器人本体前部的多个红外接收管，机器人随机行走，红外信息接收装置搜索充电座3上的红外充电引导信号；

(2)、当红外信息接收装置1找到引导信号后，确定接收到引导信号的红外接收管，并根据所述的红外接收管计算充电座3相对于机器人的距离和角度；

(3)、判断充电座3所在的方位是否在机器人的正前方，

(3.1)、如果不是，根据充电座3所在角度进行调整，直到机器人正对充电座3；

(3.2)、如果已经在正前方，进入下一步；

(4)、机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极2和充电座上的充电电极5接触，对接完成；

(5)、关闭红外信息接收装置1。

在所述的(2)中，所述的红外信息接收装置包括支架17、红外接收管18，所述的红外接收管18安装在支架17上，所述的支架17与机器人的工作平面水平，所述的支架17上设有接收光通道19，所述的红外接收管18位于所述的接收光通道19内，所述红外接收管18以支架中心为中心向外水平排布，根据接收到引导信号的红外接收管18的位置确定充电座3相对与机器人的角度，根据接收到引导信号的红外接收管18的数量确定充电座3相对于机器人的距离。在所述的(1)中，机器人随机行走的工作路径为螺旋形路径或S形路径。

本实施例的工作过程：

第一步、当机器人工作完毕或者需要补充电源的时候，机器人就打开前面的红外信息收发装置1，寻找并接收充电座3的发射源4发出的红外线充电引导信号，为了提高寻找的效率，机器人这个时候可以采用螺旋形路径或S型路径。

第二步、当机器人进入充电座的红外线充电引导信号范围，由于其红外信息收发装置1能够在机器人前部180度范围内接收并能够区分具体的哪个接收头接收到信号，这样就能够向机器人提供准确和充电座相对的位置和方位。

第三步、机器人接收到充电引导信号后，并根据接收到信号的接收头的多少和位置，来大致判断机器人与充电座的距离和夹角：收到信号的接收头多，表示距离充电座远；接收到信号的接收头少，表示距离近；根据接收到信号的接收头所在机器人上的位置，来判断机器人和充电座之间的方位。

如果发现充电座3不在机器人的正前方，则进行位置和方位调整，调整到机器人正对着充电座：首先必须保证正前方接收头收到充电引导信号。同时多个接收头能够收到引导信号，如中间接收头两边能够接收到信号的接收头对称，判断机器人和充电座正前方对准。

第四步、机器人对准充电座靠近，机器人前行，当机器人的充电电极2和充电座上的充电电极5接触，向机器人发出充电对接完成的信号，充电引导对接完成，并关闭红外信号接收装置1。

实施例2

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11，本实施例的机器人前部还设有触发信号发射器6，所述的充电座上还设有用于根据触发信号启动引导信号发射源的激发模块7、用于对接完成后关闭发射源的关闭模块9，所述的(1)包括：

(1.1)、当机器人需要补充电源时，打开位于机器人前部的红外信息接收装置1、触发信号发射器6，触发信号发射器6发出触发信息；

(1.2)、充电座上的激发模块7接收到触发信号，启动引导信号发射源4，发射引导信号；

(1.3)、机器人随机行走，红外信息接收装置1搜索充电座3上的红外充电引导信号。

本实施例的其他步骤与实施例1相同。

本实施例的工作过程：第一步，当机器人工作完毕或者需要补充电源的时候，机器人就打开前面的红外信息收发装置1和触发信号发射器6，触发信号发射器6以一定时间间隔发射充电激发信号(可以是微波、红外线等无线信号)。充电座3收到机器人发射的发射充电激发信号后，发射充电引导信号。红外接收装置1寻找并接收充电座3的发射源4发出的红外线充电引导信号，为了提高寻找的效率，机器人这个时候可以采用螺旋形路径或S型路径。

引导信号发射源4可以发射一定时间的充电引导信号，采用定时器限时，自动关闭发射源，也可以在所述的(5)中，关闭充电座的引导信号发射源4。

其余工作过程与实施例1相同。

实施例3

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图12、图13、图14，本实施例的方法，所述的充电座的引导信号发射源根据不同的红外频率包括左发射源、中发射源、右发射源，所述的(3.1)包括：

(3.1.1)、如机器人红外信息接收装置接收到左发射源的引导信号，控制机器人向右移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.1.2)、如机器人红外信息接收装置接收到右发射源的引导信号，控制机器人向左移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座。

其余步骤与实施例1相同。

本实施例的工作过程是：

第一步，与实施例1相同。

第二步，发现引导信号后，根据收到的引导信号编码，判断出机器人在充电座的哪个方向，如果不是中间充电座的引导信号，直接调整机器人到充电座的中发射源的引导信号。

第三步、将机器人位置调整到正对中发射源，并前进；

第四步、机器人对准充电座靠近，当机器人的充电电极2和充电座上的充电电极5接触，则向机器人发出充电对接完成的信号，充电引导对接完成，并关闭红外信号接收装置1。

本实施例相对与实施例1、2来说，能够提高充电引导的效率。

实施例4

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图12、图15，本实施例的所述的充电座的引导信号发射源根据不同的红外频率包括左发射源、中发射源、右发射源，所述的(3.1)包括：

(3.1.1)、如机器人红外信息接收装置接收到左发射源的引导信号，控制机器人正对左发射源，依照左发射源角度移动，在设定的距离，控制机器人向右移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.1.2)、如机器人红外信息接收装置接收到右发射源的引导信号，控制机器人正对右发射源，依照右发射源方位移动，在设定的距离，控制机器人向左移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在方位进行调整，直到机器人正对充电座。

本实施例的工作过程：

第一步、与实施例3相同。

第二步、发现引导信号后，根据收到的引导信号编码，判断出机器人在充电座的哪个方向，如果不是中间充电座的引导信号，将机器人正前方对准这条引导信号，根据接收到信号的接受头多少来判断和充电座的距离，如果发现比较远，可以沿着这条引导信号向充电座运动；当判断距离充电座较近后，再调整机器人到充电座中发射源的引导信号并对准充电座。

第三步、第四步与实施例3相同。

实施例5

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图17，一种机器人自动充电装置，该自动充电装置包括充电座3、安装有机器人本体前部的红外接收装置1、对接电极2，所述的充电座3上设有红外引导信号发射源4、充电电极5，所述的红外信息接收装置1包括支架17、红外接收管18，所述的红外接收管18安装在支架17上，所述的支架17与机器人的工作平面水平，所述的支架17上设有接收光通道19，所述的红外接收管18位于所述的接收光通道19内，所述红外接收管18以支架中心为中心向外水平排布；所述的机器人本体还设有主控制器9，所述的主控制器包括：

搜索发射信号模块10，用于在需要充电时启动红外接收装置的指令，控制机器人随机行走，搜索充电座上的红外引导信号；

方位确定模块11，用于搜索到发射源后，根据接收到引导信号的红外接收管，确定充电座相对于机器人的距离和角度；

方位调整模块12，用于判断充电座不在机器人的正前方时，进行位置调整，直到机器人正对充电座；

对接模块13，用于控制机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极和充电座上的充电电极接触；

关闭信息接收模块14，用于在对接完成后，关闭红外信息接收装置。

在所述的(1)中，机器人随机行走的工作路径为螺旋形路径或S形路径。

实施例6

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图17，本实施例的所述的机器人前部还设有触发信号发射器6，所述的充电座上还设有用于根据触发信号启动引导信号发射源的激发模块7；所述的主控制器9还包括：

发射器启动模块15，用于在需要充电时，发出启动触发信号发射器的指令。

所述的触发信号发射器是红外发射器或超声波发射器或微波发射器。所述的主控制器还包括关闭发射源模块16，用于在对接完成后，发出关闭发射源的指令；也可以发射一定时间的充电引导信号，采用定时器限时，自动关闭发射源4。

Claims (10)

1、一种机器人自动充电方法，所述的方法以下步骤：

(1)、当机器人需要补充电源时，打开位于机器人前部的红外信息接收装置，所述的红外信息接收装置包括分布在机器人本体前部的多个红外接收管，机器人随机行走，红外信息接收装置搜索充电座上的红外充电引导信号；

(2)、当红外信息接收装置找到所述引导信号后，确定接收到引导信号的红外接收管，并根据所述的红外接收管计算充电座相对于机器人的距离和角度；

(3)、判断充电座所在的方位是否在机器人的正前方，

(3.1)、如果不是，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.2)、如果已经在正前方，进入下一步；

(4)、机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极和充电座上的充电电极接触，对接完成；

(5)、关闭红外信息接收装置。

2、如权利要求1所述的机器人自动充电方法，其特征在于：所述的机器人前部还设有触发信号发射器，所述的充电座上还设有用于根据触发信号启动引导信号发射源的激发模块、用于对接完成后关闭发射源的关闭模块，所述的(1)包括：

(1.1)、当机器人需要补充电源时，打开红外信息接收装置、触发信号发射器，触发信号发射器发出触发信号；

(1.2)、充电座上的激发模块接收到触发信号，启动引导信号发射源，发射引导信号；

(1.3)、机器人随机行走，红外接收管搜索充电座上的红外充电引导信号。

3、如权利要求1或2所述的机器人自动充电方法，其特征在于：所述的充电座的引导信号发射源根据不同的红外频率分为左发射源、中发射源、右发射源，所述的(3.1)包括：

(3.1.1)、如机器人红外信息接收装置接收到左发射源的引导信号，控制机器人向右移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.1.2)、如机器人红外信息接收装置接收到右发射源的引导信号，控制机器人向左移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座。

4、如权利要求1或2所述的机器人自动充电方法，其特征在于：所述的充电座的引导信号发射源根据不同的红外频率包括左发射源、中发射源、右发射源，所述的(3.1)包括：

(3.1.1)、如机器人红外信息接收装置接收到左发射源的引导信号，控制机器人正对左发射源，依照左发射源角度移动，在设定的距离，控制机器人向右移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在角度进行调整，直到机器人正对充电座；

(3.1.2)、如机器人红外信息接收装置接收到右发射源的引导信号，控制机器人正对右发射源，依照右发射源方位移动，在设定的距离，控制机器人向左移动，直到红外信息接收装置接收到中发射源的引导信号，根据充电座所在方位进行调整，直到机器人正对充电座。

5、如权利要求3所述的机器人自动充电方法，其特征在于：在所述的(2)中，所述的红外信息接收装置包括支架、红外接收管，所述的红外接收管安装在支架上，所述的支架与机器人的工作平面水平，所述的支架上设有接收光通道，所述的红外接收管位于所述的接收光通道内，所述红外接收管以支架中心为中心向外水平排布，根据接收到引导信号的红外接收管的位置确定充电座相对与机器人的角度根据接收到引导信号的红外接收管的数量确定充电座相对于机器人的距离。

6、如权利要求4所述的机器人自动充电方法，其特征在于：在所述的(1)中，所述的红外信息接收装置包括支架、红外接收管，所述的红外接收管安装在支架上，所述的支架与机器人的工作平面水平，所述的支架上设有接收光通道，所述的红外接收管位于所述的接收光通道内，所述红外接收管以支架中心为中心向外水平排布，根据接收到引导信号的红外接收管的位置确定充电座相对与机器人的角度根据接收到引导信号的红外接收管的数量确定充电座相对于机器人的距离。

7、如权利要求1或2所述的机器人自动充电方法，其特征在于：在所述的(1)中，机器人随机行走的工作路径为螺旋形路径或S形路径。

8、如权利要求2所述的机器人自动充电方法，其特征在于：所述的触发信号发射器是红外发射器或超声波发射器或微波发射器。

9、一种用于实现如权利要求1所述的机器人自动充电方法的机器人自动充电装置，该自动充电装置包括充电座、安装有机器人本体前部的红外接收装置、对接电极，所述的充电座上设有红外引导信号发射源、充电电极，其特征在于：所述的红外信息接收装置包括支架、红外接收管，所述的红外接收管安装在支架上，所述的支架与机器人的工作平面水平，所述的支架上设有接收光通道，所述的红外接收管位于所述的接收光通道内，所述红外接收管以支架中心为中心向外水平排布；所述的机器人本体还设有主控制器，所述的主控制器包括：

搜索发射信号模块，用于在机器人需要补充电源时，发出启动红外接收装置的指令，控制机器人随机行走，搜索充电座上的红外引导信号；

方位确定模块，用于搜索到发射源后，根据接收到引导信号的红外接收管，确定充电座相对于机器人的距离和角度；

方位调整模块，用于判断充电座不在机器人的正前方时，进行位置调整，直到机器人正对充电座；

对接模块，用于控制机器人依照正前方方向前进，机器人的对接电极和充电座上的充电电极接触；

关闭信息接收模块，用于在对接完成后，关闭红外信息接收装置。

10、如权利要求9所述的自动充电装置，其特征在于：所述的机器人前部还设有触发信号发射器，所述的充电座上还设有用于根据触发信号启动引导信号发射源的激发模块，所述的主控制器还包括：

发射器启动模块，用于在机器人需要补充电源时，发出启动触发信号发射器的指令；

关闭发射源模块，用于在对接完成后，发出关闭发射源的指令。

Images