CN103066645B - 一种机器人及其自动充电系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人，包括接收器和控制器，接收器与控制器相连，其中，接收器包括相互信号隔离的左接收器和右接收器，用于接收充电座发射的信号，并将是否接收到信号的状态传送给控制器；控制器用于根据左接收器和/或右接收器发送的接收信号状态，控制机器人移动到左接收器和右接收器都能接收到充电座发射的信号的方向并与充电器的电极对接进行充电。本发明还提供一种自动充电系统及方法。通过本发明提供的一种机器人、自动充电系统及方法，使机器人能从任意的角度接触充电座并进行充电；并且充电座也可以同时为多台机器人充电。此外，自动充电系统只需安装一个用于导航的红外发射器，从而降低系统成本及设计难度。

Description

一种机器人及其自动充电系统和方法

技术领域

本发明涉及一种机器人充电领域，特别涉及一种机器人及其自动充电系统和方法。

背景技术

机器人一般使用充电电池提供电力。当电池的电力快消耗尽时，机器人需进行充电以维持工作。

现有的存在一种技术能让机器人自动寻找充电设备及自行对接充电。这种技术能减少人手对机器人进行充电的动作。但采用这种技术，自动充电座都需要机器人从某一特定角度接触充电座，而且每次只能为一部机器人充电。此外，系统用于导航的红外发射器数目都多于一个。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是提供一种机器人、自动充电系统及方法，以解决使机器人能从任意的角度导航接触充电座进行充电的同时，充电座也可以同时为多于一台机器人充电。

为解决以上技术问题，本发明提供一种机器人，包括接收器、控制器，接收器与控制器相连，其中，

接收器，包括相互信号隔离的左接收器和右接收器，用于接收充电座发射的信号，并将是否接收到信号的状态传送给控制器；

控制器，用于根据左接收器和/或右接收器发送的状态，控制机器人移动到左接收器和右接收器都能接收到充电座发射的信号的方向并与充电座的电极对接进行充电。

优选地，左接收器和右接收器之间通过一挡板相互隔离，挡板位于机器人左右居中的位置，用于隔离左边的信号不能被右接收器接收到，右边的信号不能被左接收器接收到。

优选地，控制器具体用于：

当判断出左接收器和右接收器都收不到信号时，控制机器人以螺旋或者随机的移动方式移动，直到左接收器和/或右接收器能接收到充电座发射的信号；

当判断出只有左接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向左旋转，直到右接收器能收到充电座发射的信号；

当判断出只有右接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向右旋转，直到左接收器能收到充电座发射的信号；

当判断出左接收器和右接收器都能接收到充电座发射的信号时，控制机器人移动到机器人的电极与充电座的电极对接并充电。

优选地，机器人包括电量检测器，用于测量机器人的电量信息，并将电量信息发送给控制器；相应地，控制器还用于根据机器人的电量信息判断是否需要与充电座进行对接充电。

优选地，机器人包括移动驱动器，用于接收控制器的驱动控制指令，根据驱动控制指令驱动机器人移动直到左接收器和右接收器都接收到充电座发射的信号，并驱动机器人的电极接触到充电座的电极。

优选地，机器人包括障碍物检测器，用于检测机器人在行进过程中前方的障碍物，并将检测信号发送给控制器；相应地，控制器还用于根据检测信号控制机器人避开障碍物。

为解决以上技术问题，本发明还提供一种机器人自动充电系统，包括充电座和机器人，

充电座的横截面为圆形，发射器设置在圆心轴线上，电极为设置在充电座侧表面的两环电极；

机器人可以自动侦测充电座发射的信号并根据该信号自动移动至充电座进行充电。需要说明的是，本系统中可以采用上述机器人中的任意技术方案。

优选地，发射器的数量为一个，其发射角度小于等于360度，且发射角度能根据场地允许机器人的移动空间和充电座的摆放位置进行调节。

为解决以上技术问题，本发明还提供一种机器人自动充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制机器人移动至能接收到充电座发射的信号；

控制机器人旋转调整方向直到左接收器和右接收器都接收到充电座发射的信号；

控制机器人移动到机器人电极与充电座的电极对接并充电。

优选地，控制机器人旋转调整方向直到左接收器和右接收器都能接收到充电座发射的信号包括：

当判断只有左接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向左旋转直到右接收器收到充电座发射的信号；

当判断只有右接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向右旋转直到左接收器收到充电座发射的信号。

优选地，控制机器人移动到机器人的电极与充电座的电极对接并充电的步骤中，进一步包括：如果判断出只有左接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向左旋转直到右接收器收到充电座发射的信号；或者，如果判断出只有右接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向右旋转直到左接收器收到充电座发射的信号。

与现有技术相比，本发明提出的一种机器人，通过接收相互隔离信号的左接收器和右接收器，以及控制器，控制器根据左右接收器接收到的不同信号驱动机器人做不同的动作，左右旋转或向前移动，实现自动导航。此外，本发明提出的一种自动充电系统及方法，通过设计横截面为圆形的充电座，可以同时为多于一台机器人充电，并且充电座的侧表面设置两环电极，可以使机器人能从任意角度接触充电座并进行充电；自动充电系统只需在充电座圆心轴线上设置一个用于导航的发射器即可，从而降低系统成本及设计难度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种机器人自动充电系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种充电座的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种充电座同时为多台机器人充电示意图；

图5为本发明实施例提供的一种机器人以随机移动方式侦测充电座信号的移动示意图；

图6为本发明实施例提供的一种机器人以螺旋移动方式侦测充电座信号的移动示意图；

图7为本发明实施例提供的一种机器人自动充电方法的流程图；

图8为本发明实施例提供的另一种机器人自动充电方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2和图3所示，本发明提供一种机器人自动充电系统，包括充电座10，至少一台机器人20。其中：

充电座10，用于向其周围发射信号，并为至少一台机器人20充电。具体来说，该充电座10的横截面呈圆形，其侧表面分别设置有两环电极11，机器人20通过与该两环电极11接触进行充电。充电座10内部设有变压器12，用于连接输入外部电源，并对外部电源进行变压后输出到两环电极11。充电座10的圆心轴线上设置有一个发射器13，用于向周围发射信号，引导机器人20对接充电座10进行充电，距离充电座10越远，信号越弱。该发射器13发射的波段可以采用红外线，超声波等，发射方向可以是360度，或少于360度，以便调节引导机器人20在该特定范围对接充电座10。此外，该发射器13的发射角度可因应场地许可机器人20的移动空间及充电座10的摆放位置调节。

机器人20可以自动侦测充电座10发射的信号并根据该信号自动移动至充电座10进行充电。该机器人20由任何形状组成，其移动能力可以通过任何方法实现，例如两轮差速驱动方法等。该机器人包括两个电极21，充电器22，电池23，电量检测器24，控制器26，接收器25，障碍物检测器27，移动驱动器28。其中，

接收器25，用于自动侦测并接收充电座10的发射器13发射的信号，并将是否接收到信号的状态发送给控制器26进行处理。该接收器25包括左接收器252和右接收器253，左接收器252和右接收器253的中间位置设置一挡板254来隔离信号，以使挡板左边传过来的信号不能被右边的右接收器253接收，挡板右边传过来的信号亦不能被左边的左接收器252接收。控制器26根据左接收器252和/或右接收器253发送的状态，控制机器人20移动到左接收器252和右接收器253都能接收到充电座10发射的信号的方向并与充电座10的环电极11对接进行充电。

两个电极21设置在该机器人20前端的上下方，用来与充电座10的环电极11对接，其设置的位置高度及两个电极21的间距与充电座10的两环电极11的位置及两环电极11的间距相适应，实现电极21与环电极11的对接。两个电极21位于挡板254所在平面延长面的两边，即挡板254所在平面的延长面可将两电极21一分为二，这样使得当左、右接收器都能接收到发射器13的信号时，两个电极21能与充电座10的电极11对接。电极21后的机械结构是富有弹性的，使对接时更加顺利。

充电器22，设置于机器人20内部，用于根据控制器26发送的充电信号为机器人20内部的电池23充电，其输入端与机器人20前端的电极21连接，输出端与电池23连接。

电池23，用于存储经充电器22传输过来的电量，并为移动驱动器28提供驱动电力。

电量检测器24，与电池23连接，用于测量电池23的电量，并将电量信息传送到控制器26。

障碍物检测器27，用于检测机器人20在行进过程中前方的障碍物，并将检测信号发送给控制器26处理。该障碍物检测器27可以采用但不限于以超声波、激光、电磁波等原理进行测距。障碍物与充电座10的分辨可以障碍物检测器27所收到的信号强弱判断。若检测到物体时，障碍物检测器27接收到的信号弱于某一个设定值时便把物体判断为障碍物。遇到障碍物时机器人会先避开障碍物然后重新进行图5或图6所示的搜索及导航。

控制器26，用于根据电量检测器24的电池电量信息发送充电信号给充电器22为电池23充电，当充满电时，也会控制机器人断开与充电座的连接；以及根据接收器25接收的信号和障碍物检测器27的检测信号，发送驱动控制指令给移动驱动器28。控制器26具体用于：

当判断出左接收器252和右接收器253都收不到信号时，控制机器人以螺旋或者随机的移动方式移动，直到左接收器252和/或右接收器253能接收到充电座10发射的信号；

当判断出只有左接收器252接收到充电座10发射的信号时，控制机器人向左旋转，直到右接收器253能收到充电座10发射的信号；

当判断出只有右接收器253接收到充电座10发射的信号时，控制机器人向右旋转，直到左接收器252能收到充电座10发射的信号；

当判断出左接收器252和右接收器253都能接收到充电座10发射的信号时，控制机器人移动到机器人的电极21与充电座10的电极11对接并充电。

移动驱动器28，用于根据控制器26的驱动控制指令，驱动机器人20避开障碍物或搜索充电座10并向充电座10导航移动，使电极21与充电座10的环电极11进行对接。

具体地，当机器人20需要充电时，即电量检测器24检测到电池电量低于某一预设值时，首先会检查接收器25是否已能接收到充电座10的发射器13发出的信号，如果接收器25没有接收到信号，即可以判定充电座10不在机器人20附近。在此情况下，机器人20会在移动驱动器28的驱动下以不同的方式移动侦测充电座10发出的信号。可以采用如图5所示的以随机移动方式移动，即先以直线走动侦测充电座10发出的信号，并在走动的同时以障碍物检测器27检测前方是否有障碍物，当检测障碍物或走到某等定距离时便以随机的角度转向再直线移动，直到侦测到充电座10发出的信号。也可以采用如图6所示的以螺旋移动方式移动，即以螺旋的移动形式侦测充电座10发出的信号，并在走动的同时以障碍物检测器27检测前方是否有障碍物，当检测障碍物时，先避开障碍物然后重新以螺旋的移动形式不断扩大搜索范围，直到侦测到充电座10发出的信号。

如图4所示为本发明实施例提供的一种充电座同时为多台机器人充电示意图。图中，虚线圆圈表示充电座发射器13发射的信号示意图，点划线表示机器人左右接收器接收充电座发射信号的角度示意图，靠右边的机器人，左接收器252由于背离充电座无法接收到其发射的信号，右接收器253由于面对充电座能接收到其发射的信号。由图4中可以看出，机器人能以任意的方向对接充电座，对接的数目取决于机器人与充电座之间的大小比例。充电座的环电极11可以覆盖机器人前端某个角度从而减少因导航误差引起的电极对接的失败率。

如图7所示为本发明实施例提供的一种机器人自动充电方法的流程图。图中，该方法包括以下步骤：

S402、机器人控制器控制机器人移动直到侦测到充电座发射的信号；

具体来说，本步骤中控制器控制机器人可以采用如图5所示的以随机移动方式移动，即控制器控制机器人先以直线走动侦测充电座发射的信号，并在走动的同时以障碍物检测器检测前方是否有障碍物，当检测障碍物或走到某等定距离时便以随机的角度转向再直线移动，直到侦测到充电座发射的信号。也可以采用如图6所示的以螺旋移动方式移动，即控制器控制机器人以螺旋的移动形式侦测充电座发射的信号，并在走动的同时以障碍物检测器检测前方是否有障碍物，当检测障碍物时，先避开障碍物然后重新以螺旋的移动形式不断扩大搜索范围，直到侦测到充电座发射的信号。

S404、当机器人20侦测到充电座10发射的信号后，控制器26先判断左右接收器是否都收到信号，据此可以确定机器人的方向是否正对着充电座，如果控制器26判断左右接收器都收到信号，则转到S412，否则转到S406；

S406、控制器26判断是否只有左接收器接收到信号，如果是，转到S408，否则即是只有右接收器接收到信号，转到S410；

S408、控制器控制机器人向左旋转直到右接收器也能接收到信号，据此可以确定机器人的方向正对着充电座，转到S412；

S410、控制器控制机器人向右旋转直到左接收器也能接收到信号，据此可以确定机器人的方向正对着充电座，转到S412；

S412、控制器控制机器人向前直线移动进一步接近充电座；

优选地，在向前直线移动过程中，由于环境等因素有机会令机器人走偏，控制器控制机器人必需进行以下检测及动作不断修正航道令机器人的电极能接触充电座的环电极。方法是：如果控制器判断只有左接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向左旋转直到右接收器收到充电座发射的信号；如果控制器判断只有右接收器接收到充电座发射的信号时，控制机器人向右旋转直到左接收器收到充电座发射的信号；如果控制器判断左右接收器都接收到信号便向前直线移动，直到机器人的电极能接触到充电座的环电极。

S414、判断机器人的电极是否已接触到充电座的环电极，如果是，转到S416，否则，转到S404；

S416、控制器控制机器人停止移动，开始充电。

如图8所示为本发明实施例提供的另一种机器人自动充电方法的流程图，与图7的方法相比，区别仅在于，S406、S408、S410这个三步骤的判断到左、右接收器的不同。该方法包括：

S402、机器人控制器控制机器人移动直到侦测到充电座发射的信号；

S404、当机器人20侦测到充电座10发射的信号后，控制器26先判断左右接收器是否都收到信号，据此可以确定机器人的方向是否正对着充电座，如果控制器26判断左右接收器都收到信号，则转到S412，否则转到S406’；

S406’、控制器26判断是否只有右接收器接收到信号，如果是，转到S408’，否则即是只有左接收器接收到信号，转到S410’；

S408’、控制器控制机器人向右旋转直至左接收器也能接收到信号，据此可以确定机器人的方向正对着充电座，转到S412；

S410’、控制器控制机器人向左旋转直至右接收器也能接收到信号，据此可以确定机器人的方向正对着充电座，转到S412；

S412、控制器控制机器人以向前直线移动进一步接近充电座；

S414、判断机器人的电极是否已接触到充电座的环电极，如果是，转到S416，否则，转到S404；

S416、控制器控制机器人停止移动，开始充电。

本发明提出的一种机器人，通过接收相互隔离信号的左接收器和右接收器，以及控制器，控制器根据左右接收器接收到的不同信号驱动机器人做不同的动作，左右旋转或向前移动，实现自动导航。此外，本发明提出的一种自动充电系统及方法，通过设计横截面为圆形的充电座，可以同时为多于一台机器人充电，并且充电座的侧表面设置两环电极，可以使机器人能从任意角度接触充电座并进行充电；自动充电系统只需在充电座圆心轴线上设置一个用于导航的发射器即可，从而降低系统成本及设计难度。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，并非因此局限本发明的权利范围。本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明，比如作为一个实施例的特征可用于另一实施例而得到又一实施例。凡在运用本发明的技术构思之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本发明的权利范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人，包括接收器和控制器，所述接收器与控制器相连，

所述接收器，包括相互信号隔离的左接收器和右接收器，用于接收充电座发射的信号，并将是否接收到信号的状态传送给所述控制器；

所述控制器，用于根据所述左接收器和/或所述右接收器发送的状态，控制所述机器人移动到所述左接收器和所述右接收器都能接收到充电座发射的信号的方向并与充电座的电极对接进行充电；

其中，所述左接收器和所述右接收器之间通过一挡板相互隔离，所述挡板位于所述机器人左右居中的位置，用于隔离左边的信号不能被所述右接收器接收到，右边的信号不能被所述左接收器接收到；

其特征在于，所述控制器具体用于：

当判断出所述左接收器和所述右接收器都收不到信号时，控制所述机器人以螺旋或者随机的移动方式移动，直到所述左接收器和/或所述右接收器能接收到充电座发射的信号；

当判断出只有所述左接收器接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人向左旋转，直到所述右接收器能收到充电座发射的信号；

当判断出只有所述右接收器接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人向右旋转，直到所述左接收器能收到充电座发射的信号；

当判断出所述左接收器和所述右接收器都能接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人移动到所述机器人的电极与所述充电座的电极对接并充电。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人包括电量检测器，用于测量机器人的电量信息，并将所述电量信息发送给所述控制器；相应地，所述控制器还用于根据所述机器人的电量信息判断是否需要与充电座进行对接充电。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人包括移动驱动器，用于接收所述控制器的驱动控制指令，根据驱动控制指令驱动所述机器人移动直到所述左接收器和所述右接收器都接收到充电座发射的信号，并驱动所述机器人的电极接触到充电座的电极。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人包括障碍物检测器，用于检测机器人在行进过程中前方的障碍物，并将检测信号发送给所述控制器；相应地，所述控制器还用于根据所述检测信号控制所述机器人避开所述障碍物。

5.一种机器人自动充电系统，包括充电座和机器人，其特征在于：

所述充电座的横截面为圆形，发射器设置在圆心轴线上，电极为设置在所述充电座侧表面的两环电极；

所述机器人为权利要求1～4中任意一项权利要求所述的一台机器人中的至少一台。

6.根据权利要求5所述的自动充电系统，其特征在于，所述发射器的数量为一个，其发射角度小于等于360度，且所述发射角度能根据场地允许机器人的移动空间和充电座的摆放位置进行调节。

7.一种机器人自动充电方法，所述方法包括以下步骤：

控制所述机器人移动至能接收到充电座发射的信号；

控制所述机器人旋转调整方向直到左接收器和右接收器都接收到充电座发射的信号；

控制所述机器人移动到所述机器人电极与充电座的电极对接并充电；

其特征在于，所述控制所述机器人旋转调整方向直到左接收器和右接收器都能接收到充电座发射的信号的步骤进一步包括：

当判断出所述左接收器和所述右接收器都收不到信号时，控制所述机器人以螺旋或者随机的移动方式移动，直到所述左接收器和/或所述右接收器能接收到充电座发射的信号；

当判断只有所述左接收器接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人向左旋转，直到所述右接收器能收到充电座发射的信号；

当判断只有所述右接收器接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人向右旋转，直到所述左接收器能收到充电座发射的信号；

所述控制所述机器人移动到所述机器人的电极与充电座的电极对接并充电的步骤中，还进一步包括：如果判断出只有所述左接收器接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人向左旋转直到所述右接收器能收到充电座发射的信号；或者，如果判断出只有所述右接收器接收到充电座发射的信号时，控制所述机器人向右旋转直到所述左接收器能收到充电座发射的信号。