CN102738862A - 移动机器人的自动充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种移动机器人的自动充电系统，所述移动机器人包括控制器和充电输入机构，所述自动充电系统包括自动充电站，所述自动充电站包括红外引导模块、与所述充电输入机构配合的充电输出机构以及充电控制模块，所述移动机器人上设有与所述红外引导模块适配的红外接收模块；所述自动充电站入口处设有引导线，移动机器人上设有与引导线配合的若干个红外传感器；所述移动机器人上设有电量检测装置，所述电量检测装置连接至控制器。本发明能够有效的进行大范围导航，进而识别到自动充电站的位置；能够有效的实现精确引导，进而使移动机器人顺利高效地回到自动充电站；能够提供多种安全措施，确保移动机器人在整个过程中的安全运行。
Description
技术领域
本发明属于机械电子领域，具体地说是涉及一种移动机器人的自动充电系统。
背景技术
目前在机器人系统中，尤其是自主移动的机器人系统设计中，系统供电已经成为一个十分重要的组成部分。由自主移动机器人的特征所要求，自主移动机器人必须是采用可充电的电池进行供电的，而不能采用普通市电等有线的供电方式。同时，为了提高移动机器人的利用率和工作效率，通常要求自主移动机器人必须是具备自动充电功能的。
中国专利CN100999078公开了一种机器人自动充电方法以及实现该方法的机器人自动充电装置。其方法包括以下步骤：（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。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。但是该专利只采用了一种引导方式来实现机器人的回站导航，导航效率低，引导范围很有限，并且没有相关的异常检测及处理措施。
中国专利CN201985575U公开了一种电动汽车自动充电系统，包括安装于车库地面上的充电桩，充电桩上设有与车库内供电系统电连接的充电插座，电动汽车上设有与所述充电插座插接配合进行充电的充电插头，充电插头与电动汽车蓄电池电连接，电动汽车与充电桩上对应设有检测汽车到位情况的到位检测装置，充电插头连接一伸缩装置，当到位检测装置检测到汽车到位后，伸缩装置驱动所述充电插头插入充电插座充电，车库地面上设有移动定位装置承载电动汽车。本专利通过到位检测装置检测电动汽车的到位情况，并通过移动定位装置的移动及充电插头的移动来实现电动汽车的充电，方便快捷的实现了电动汽车在车库的充电。但是，该专利自动充电部分仅局限于充电桩自动检测到汽车并自动接通充电电路，没有实现电动车自动移动定位和导航，实质上是有人工参与的自动充电过程。
发明内容
针对目前移动机器人系统中自动充电技术所存在的问题，本发明的提供了一种可以高效的实现移动机器人自动引导、自动充电的结构及其控制装置。
一种移动机器人的自动充电系统，所述的移动机器人包括控制器和充电输入机构，所述的自动充电系统包括自动充电站，所述的自动充电站包括红外引导模块、与所述充电输入机构配合的充电输出机构以及充电控制模块，所述的移动机器人上设有与所述红外引导模块适配的红外接收模块；所述的自动充电站入口处设有引导线，移动机器人上设有与引导线配合的若干个红外传感器；所述的移动机器人上设有电量检测装置，所述的电量检测装置连接至控制器。
优选地，所述的电量检测装置包括当前电量检测模块、任务分析模块和行程估算模块，所述的当前电量检测模块、任务分析模块和行程估算模块均连接至控制器。
优选地，所述引导线为白色，引导线两侧设置有吸光材料。该吸光材料对红外光具有很强的吸收特性。
优选地，所述的控制器连接报警器。
优选地，所述的移动机器人上设有短路检测模块，所述的充电输入机构包括正负电极，该短路检测模块连接至正负电极和报警器。
当移动机器人在巡线回站时，如果没有检测到充电站发出的红外引导信号，表明移动机器人不在充电站区域或者充电站引导信号出现异常或者移动机器人信号检测电路出现故障，此时，移动机器人停止进站流程并通过报警器发出报警信号；如果在巡线回站时，中途检测不到白色引导线，则表明引导线被污损或者进入了非法的引导区域，此时，移动机器人停止进站流程并通过报警器发出报警信号；当移动机器人在户外使用时，尤其是遇到雨雪天气时，移动机器人上的正负电极可能由于粘上雨雪而使其发生短路，当由于各种原因使得电极发生短路时，移动机器人会自动检测出来，不得继续进行回站导航，并且通过报警器发出报警信号。
优选地，所述移动机器人的充电输入机构处设有防雨挡板。使得移动机器人在一般雨雪天气中可以正常使用。
优选地，所述的充电输入机构或充电输入机构包括正负电极，所述的正负电极均由弹簧支撑；所述充电输入机构的接口处采用长条形结构，其正负电极周围设置了一个以上的微动开关；所述充电输出机构的接口处采用半圆形结构，其接口处安装有活动导轨。
正负电极采用柔性对接机构以确保电极间电气接触良好；微动开关的设置用于检测充电对接是否压缩足够，是否接触良好，为电气接触良好提供保障；充电输入机构和充电输出机构的接口处设置提高了对接接触准确率，以使得即使移动机器人后退进站时有所偏移，不会造成对接失败。
优选地，所述的红外传感器为红外光电传感器，所述的红外传感器安装在移动机器人底盘下方。使得其受外部光照的影响降低到最小，提高了系统稳定性。
优选地，所述自动充电站上安装有接近传感器和电气对接检测电路，接近传感器和电气对接检测电路连接至充电控制器。
优选地，所述移动机器人的充电输入机构安装于移动机器人车体的后部，所述自动充电站布置于一个房间内。
本发明能够有效的进行大范围导航，进而识别到自动充电站的位置；能够有效的实现精确引导，进而使移动机器人顺利高效地回到自动充电站；能够提供多种安全措施，确保移动机器人在整个过程中的安全运行。本发明可应用于家用移动机器人、工业移动机器人、远程操作移动机器人、服务类移动机器人等多种移动机器人的自动充电。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明自动充电站布置的结构示意图；
图3为本发明自动充电站的结构示意图；
图4为本发明自动充电站工作的原理框图；
图5为本发明自动充电站充电输出机构的结构示意图；
图6为本发明移动机器人输入机构的结构示意图；
图7为本发明电量检测装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
参照图1~7，一种移动机器人的自动充电系统，所述的移动机器人包括控制器和充电输入机构，所述的自动充电系统包括自动充电站1，所述的自动充电站1包括红外引导模块2、与所述充电输入机构配合的充电输出机构以及充电控制模块，所述的移动机器人上设有与所述红外引导模块适配的红外接收模块3；所述的自动充电站入口处设有白色引导线4，白色引导线4两侧设置有吸光材料6，移动机器人上设有与白色引导线4配合的6个红外传感器5；所述的移动机器人上设有电量检测装置，所述的电量检测装置连接至控制器。
自动充电站布置于一房间8内，吸光材料6为深色地毯，并位于自动充电站房间8正前方，地毯6长度约为500cm，宽度约为60cm；房间8大小视移动机器人大小而定，自动充电站前方是移动机器人进出通道7，通道7尺寸为120cm×120cm2，整个自动充电站房间8尺寸为200cm×200cm×180cm3。深色地毯6对红外光具有很强的吸收特性，而且，所采用地毯具有较好的吸水特性，当户外由于下小雨而产生积水时，地毯面可以把积水吸收掉，从而降低路面对光的反射性，提高移动机器人回站的导航的稳定性。
为实现充电接口的可靠对接，避免由于接触不良而产生电火花、充电电流过小、充电意外间断等问题，采用了多重保障措施。首先，自动充电站充电输出机构的接口处的正电极9、负电极10采用半圆形结构，移动机器人上的充电输入机构的接口处的正电极11、负电极12采用长条形结构，以提高对接接触准确率，以使得即使移动机器人后退进站时有所偏移，不会造成对接失败；其次，移动机器人上的充电输入机构的正负电极周围设置了2个微动开关13，以检测充电电极是否被压紧；再次，充电输入机构的电极、充电输出机构的电极处均安装了强度适中的弹簧14，并且，充电输出机构处电极接口处安装了活动导轨15，以使得充电对接时实现柔性对接和充分压缩、接触，确保电气接触良好。
自动充电站上安装有接近传感器16和电气对接检测电路，接近传感器16和电气对接检测电路连接至充电控制器。
移动机器人通过电量检测模块检测当前自身的剩余电量，通过任务分析模块和行程估算模块综合评估当前的任务及行驶路线，在自身电量不足以完成当前任务时，能够根据自动充电站的红外引导信号进行大区域的定位与导航，控制器指示移动机器人的朝向及转向，使得移动机器人回到自动充电站附近，并识别出距离最近的自动充电站位置，然后通过移动机器人上设有的与白色引导线4配合的6个红外传感器5感应信号，控制器读取信号后，转入进自动充电站流程，通过判断出移动机器人与白色引导线的相对偏移量进而做出转向、后退、对接等运动控制，使移动机器人沿着白色引导线逐步准确的回到自动充电站位置进行充电。
针对在实际应用中，移动机器人可能工作在室内、户外等不同的应用场合，在自动充电的过程中必须考虑足够的安全性。本发明充分考虑了这一方面的要求。第一，移动机器人导航回站失败的预警与处理，当移动机器人在巡线回站时，如果没有检测到充电站发出的红外引导信号，表明移动机器人不在充电站区域或者充电站引导信号出异常或者移动机器人信号检测电路出故障，此时，移动机器人停止进站流程并进行声光报警；第二，移动机器人在巡线回站时，如果在中途检测不到白色引导线，则表明引导线被污损或者进入了非法的引导区域，此时，移动机器人停止进站流程并进行声光报警；第三，当移动机器人在户外使用时，尤其是遇到雨雪天气时，移动机器人上的自动充电电极可能由于粘上雨雪而使得充电电极发生短路，当由于各种原因使得充电电极发生短路时，移动机器人会自动检测出来，不得继续进行回站导航，并且发出最紧急的报警信号；第四，为更好的做好充电电极的防水防尘保护，提供自动充电的安全性，移动机器人的自动充电电极处还设计、安装了防雨挡板，该防雨挡板使得移动机器人可以在小雨、小雪等恶劣天气中正常使用。
本发明能够实现自动充电整个过程的安全监测及保护措施，使得移动机器人自动充电达到充电场所不会因充电事故而发生火灾、避免冲撞其他路障及保护自身安全的目的。
Claims (10)
1.一种移动机器人的自动充电系统，所述的移动机器人包括控制器和充电输入机构，其特征在于：所述的自动充电系统包括自动充电站，所述的自动充电站包括红外引导模块、与所述充电输入机构配合的充电输出机构以及充电控制模块，所述的移动机器人上设有与所述红外引导模块适配的红外接收模块；所述的自动充电站入口处设有引导线，移动机器人上设有与引导线配合的若干个红外传感器；所述的移动机器人上设有电量检测装置，所述的电量检测装置连接至控制器。
2.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述的电量检测装置包括当前电量检测模块、任务分析模块和行程估算模块，所述的当前电量检测模块、任务分析模块和行程估算模块均连接至控制器。
3.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述引导线为白色，引导线两侧设置有吸光材料。
4.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述的控制器连接报警器。
5.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述的移动机器人上设有短路检测模块，所述的充电输入机构包括正负电极，该短路检测模块连接至正负电极和报警器。
6.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述移动机器人的充电输入机构处设有防雨挡板。
7.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述的充电输入机构或充电输入机构包括正负电极，所述的正负电极均由弹簧支撑；所述充电输入机构的接口处采用长条形结构，其正负电极周围设置了一个以上的微动开关；所述充电输出机构的接口处采用半圆形结构，其接口处安装有活动导轨。
8.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述的红外传感器为红外光电传感器，所述的红外传感器安装在移动机器人底盘下方。
9.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述自动充电站上安装有接近传感器和电气对接检测电路，接近传感器和电气对接检测电路连接至充电控制器。
10.根据权利要求1所述的移动机器人的自动充电系统，其特征在于：所述移动机器人的充电输入机构安装于移动机器人车体的后部，所述自动充电站布置于一个房间内。
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