CN104626204B - 机器人自主充电对接系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人自主充电对接系统和方法，通过由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列的红外发射模块间隔轮流发射红外脉冲信号，再由包括DSP控制模块的红外接收模块，收集所述红外脉冲信号，并根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域，运动控制模块根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，使所述机器人靠近充电站。本发明提供的一种机器人自主充电对接系统使用扇形排布的红外发射阵列，每个红外发射管具有发射角度小，发射距离远等特性，这样使得发射阵列作为整体能拥有较远的发射距离，较大的发射角度，从而增大可引导的范围。

Description

机器人自主充电对接系统和方法

技术领域

本发明涉及机器人充电技术领域，尤其涉及一种机器人自主充电对接系统和方法。

背景技术

随着自动化技术不断提高，人们对生活设施自动化，智能化的需求越来越高。近年各种生活服务类的机器人如雨后春笋一样涌现到市场中，清扫机器人、导游机器人、咨询机器人等。这些机器人具有一些共同特点，比如活动范围小且固定，电池续航能力差等。于是自动充电技术应运而生，在机器人电量不足时，通过某种方式引导机器人自行走到充电站，完成充电后再自动开始工作。这就免去了频繁手动充电的需求。

现有技术中，用于室内导航的方式主要有激光导航、超声波探测、红外线引导、视觉引导和地图检索方式。其中激光导航由于激光的光束集中特性，直线对准的准确性最高。但是激光不适用于大角度范围内的引导，只适合最后阶段的辅助对接校准。且激光装置的成本较高。超声波测距技术在现阶段应用很广泛，技术成熟度较高，但是超声波覆盖范围大，角度性不好，比较适合远距离的大致方向的引导。视觉引导和地图检索方式都是新兴起来的技术，技术不够成熟，成本较高，且对软件算法和数据库方面的设计要求很高。红外线引导没有超声波远，但是方向性比超声波好。同时方向性不如激光，但是可用于大角度的引导。所以在实际应用中，多是两个或多个配合。比如市面上销售的夏普清洁机器人，使用超声波进行远距离引导，到达充电站附近时使用红外线引导。

现阶段红外线引导技术基本都是以红外发射角度为理想扇形为模型，未能充分考虑红外发射角度的变化以及发射角度边缘的信号波动情况。所以是有现有技术制造的机器人在自动充电引导过程中成功率较低，需要多次尝试和调整，甚至会出现机器人离充电站很近却一直无法完成引导。有些技术使用红外测距技术，根据接收到的回波相位测试距离，这种方法接收强度易受外界干扰，且能判断相位差的设备成本。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种机器人自主充电对接系统。

一种机器人自主充电对接系统，包括：

红外发射模块，由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列，所述红外发射管间隔轮流发射红外脉冲信号；

红外接收模块，包括DSP控制模块，所述DSP控制模块信号连接于所述红外发射模块，用于收集所述红外脉冲信号，所述红外接收模块还用于根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域；

运动控制模块，信号连接于所述DSP控制模块，用于根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站。

优选地，所述红外发射管发射的红外脉冲信号载波频率和调制频率相同，所述红外发射管发射的红外脉冲信号的脉冲波占空比不同。

优选地，所述扇形红外发射阵列中相互间隔的红外发射管同时发射红外脉冲信号。

优选地，相互间隔的两组红外发射管轮流发射红外脉冲信号，且所述两组红外发射管发射红外脉冲信号的占用时间相同，所述轮流发射的间隔周期为所述占用时间的两倍。

优选地，所述DSP控制模块包括：大角度接收器和小角度接收器，所述大角度接收器用于收集所述红外脉冲信号，所述小角度接收器用于接收所述红外脉冲信号并根据所述红外脉冲信号计算、解析出所述机器人所在区域。

优选地，所述大角度接收器为安装于所述机器人前方的两个广角接收器F和G构成，所述大角度接收器在所述机器人的前进过程中不断检测所述红外脉冲信号。

优选地，所述小角度接收器包括：

DSP捕获单元，所述DSP捕获单元的捕获引脚用于根据电平变化记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值；

计算单元，根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比；

解析单元，根据所述脉冲占空比确定所述机器人当前所在区域。

优选地，所述占空比为10%～50%或90%～50%时为所述机器人行进正常区域。

另外，本发明还提供了一种机器人自主充电对接方法，包括下述步骤：

提供一间隔轮流发射红外脉冲信号；

收集所述红外脉冲信号；

根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域；

根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，使所述机器人靠近充电站。

优选地，根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域，包括下述步骤：

根据电平变化记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值；

根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比；

根据所述脉冲占空比确定所述机器人当前所在区域。

优选地，根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比，具体包括下述步骤：

记录点A时所述定时器的计数器值m；

记录点B时所述定时器的计数器值q；

采用公式（q-m）/n计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比，其中，n为一个脉冲周期内计数器的差值。

优选地，所述占空比为10%～50%或90%～50%时为所述机器人行进正常区域。

根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站，包括下述步骤：随所述机器人与所述充电站之间距离的缩小，所述机器人的行走的单位距离越小。

本发明上述实施例提供了一种机器人自主充电对接系统和方法，通过由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列的红外发射模块间隔轮流发射红外脉冲信号，再由包括DSP控制模块的红外接收模块，收集所述红外脉冲信号，并根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域，运动控制模块根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，使所述机器人靠近充电站。本发明提供的一种机器人自主充电对接系统使用扇形排布的红外发射阵列，每个红外发射管的发射角度小，发射距离远等特性，这样使得发射阵列作为整体能拥有较远的发射距离，较大的发射角度，从而增大可引导的范围；另外，由于采用扇形排布的红外发射阵列，每个红外发射管发射不同信号，并采用轮流发射的方式，避免的多个红外发射管同时工作相互干扰的情况，同时又能起到近距离小角度引导对接的功能；此外，由于扇形排布的红外发射阵列中多个红外发射管发射相同载波频率，相同调制频率的脉冲波，不同之处在于各个脉冲波占空比不同，红外接收端采用多数占优的方法分析接收到的脉冲的占空比情况，来判断接收到的信号的来源。这种策略相比于常用的标准红外通信协议方式，具有更好的防干扰性。

另外，本发明提供的一种机器人自主充电对接系统和方法，使用先粗调的方式对机器人的行进区域进行调整，保证机器人对接速度；再采用微调的方式，防止机器人已经行进到要对接的距离内时角度还未能调整好的缺陷，保证了对接的精准性。

最后，本发明提供的一种机器人自主充电对接系统和方法，使用价格低廉的红外发射管，所使用红外接收器也是没有红外回波测试功能，整体成本低，适合应用在民用智能机器人上，比如清扫机器人，导游机器人等。

附图说明

图1为本发明提供的机器人自主充电对接系统结构示意图；

图2为红外发射管阵列示意图；

图3为红外接收模块的结构示意图；

图4为5个红外发射管发送不同红外脉冲信号的结构示意图；

图5为以发射管C为例对比发送信号和正确的接收信号；

图6为以发射管C为例对比发送信号和接收器在边缘区域收到的不稳定信号；

图7为以发射管A和B为例显示不同组的红外发射管轮流发射的结构示意图；

图8为使用DSP控制模块识别红外信号来调整机器人动作的系统示意图；

图9为本发明提供的一种机器人自主充电对接方法的步骤流程图；

图10为以机器人从区域2进入红外发射区到完成对接的具体实例示意图。

其中，1为红外发射管A发射范围、2为红外发射管B发射范围、3为红外发射管C发射范围、4为红外发射管D发射范围、5为红外发射管E发射范围、6为大角度红外接收管F接收范围、7为大角度红外接收管G接收范围、8为小角度红外接收管H接收范围、12为红外发射管A与B交叉区域、23为红外发射管B与C交叉区域、34为红外发射管C与D交叉区域、45为红外发射管D与E交叉区域、67为红外接收管F和G交叉区域、100为机器人、160为捕获点A、161为捕获点B、162为捕获点C、80为机器人第1次调整点、81为机器人第2次调整点、82为机器人第3次调整点、83为机器人第4次调整点、84为机器人第5次调整点、85为机器人第11次调整点、86为机器人第12次调整点、87为机器人第13次调整点。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，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。

请参阅图1，图1为本发明提供的机器人自主充电对接系统，包括红外发射模块110、红外接收模块120及运动控制模块130。

红外发射模块110由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列，红外发射管间隔轮流发射红外脉冲信号。

请参阅图2，图2为本发明一较佳实施例提供的红外发射模块的结构示意图。本发明实施例中使用一种圆形封装的红外发射管，共5个，分别标记为A、B、C、D、E。上述5个红外发射管呈扇形排布。可以理解，在实际操作中可以根据不同的红外发射器的特性选择不同个数。本实施例中红外发射管经实际测量，最远发射距离为6.6米，有效角度为30°的条件下边缘距离为5.7米，5个发射管排布时以30°为边界，构成一个覆盖角度为150°，有效半径为5.7米的扇形。

优选地，红外发射管发射的红外脉冲信号载波频率和调制频率相同，红外发射管发射的红外脉冲信号的脉冲波占空比不同。请参阅图4，图4为本发明实施例提供的为5个红外发射管发送不同红外脉冲信号示意图。其中红外发射管A发送的脉冲占空比20%，红外发射管B脉冲占空比40%，红外发射管C发送的脉冲占空比50%，红外发射管D脉冲占空比30%，红外发射管E发送的脉冲占空比10%。

优选地，扇形红外发射阵列中相互间隔的红外发射管同时发射红外脉冲信号。可以理解，相邻发射管必定有部分发射范围重合，如图2所示的12、23、34、45区域。为了避免机器人行进到重合区域时受到干扰，采用间隔轮流方式发送红外脉冲信号，在本实施例中红外发射管A、C、E同时发射，然后再红外发射管B、D同时发射，两组轮流发送红外信号，这样重合区域12、23、34、45在同一时刻只有一种红外信号。当然这两组轮流发送的频率要根据机器人的行进速度和自转速度来设定，要保证频率足够高来满足机器人不会在自转过程中小角度接收器H错过所在区域的信号。

优选地，相互间隔的两组红外发射管轮流发射红外脉冲信号，且两组红外发射管发射红外脉冲信号的占用时间相同，所述轮流发射的间隔周期为所述占用时间的两倍。如图7所示，红外发射管A、C、E占用T1时间发射，红外发射管B、D占用T2时间，两者时间相等。Tp为一个轮流发射的周期，为2倍T1或2倍T2。

请参阅图3和图8，图3为红外接收模块的结构示意图，图8为使用DSP控制模块识别红外信号来调整机器人100动作的系统示意图。

红外接收模块120包括DSP控制模块（图未示），DSP控制模块信号连接于红外发射模块110，用于收集红外脉冲信号，红外接收模块120还用于根据红外脉冲信号解析出机器人100当前所在区域。

优选地，DSP控制模块包括：大角度接收器和小角度接收器H，大角度接收器用于收集红外脉冲信号，小角度接收器H用于接收红外脉冲信号并根据红外脉冲信号计算、解析出机器人100所在区域。

优选地，大角度接收器为安装于机器人100前方的两个广角接收器F和G构成，大角度接收器在机器人的前进过程中不断检测所述红外脉冲信号。

优选地，小角度接收器H包括：DSP捕获单元，计算单元及解析单元。

其中，DSP捕获单元的捕获引脚（图未示）用于根据电平变化记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值；以TI公司的TMS320F2812为例，此DSP拥有6个捕获单元。DSP的捕获引脚一旦发生电平变化，将会记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值。本实施例中红外发射模块发射载频38KHz,调制频率为500Hz的红外信号。而DSP中通用定时器的计数频率最高可达150MHz，所以使用DSP的定时器计数来计算脉冲占空比是可以满足精度要求的。

其中，计算单元根据定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比。具体地，以一个500Hz的占空比40%脉冲信号为例，如图7所示，当DSP捕获到上升沿A点（此处以发射信号示例，接收端信号为反向）时，DSP记录定时器的计数器值为m，捕获到下降沿B点时，记录计数器值为q。另外可以计算出一个脉冲周期2ms内计数器的差值n。不考虑计数器循环的话，则占空比为（q-m）/n。可以理解，本发明中使用占空比来区分不同区域。每接到一个脉冲，DSP就以n为基准计算占空比。DSP每捕获到一个跳变，则开启一个定时器计数，定时器周期设为n。如果在周期之内接到下一个跳变沿，则将定时器计数归零，重新计数。如果在一个周期n之内都没有捕获到跳变沿，则检查此时电平，高电平则认为是丢失信号，接收器转出了能够接收信号的角度，低电平则认为出错。

其中，解析单元根据所述脉冲占空比确定所述机器人当前所在区域。可以理解，可以采用上述计算公式得到计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比。这里需要注意一种情况，即接收器接收到信号可能是从下降沿开始的，如图7所示，从小角度接收器H开始进入到能够接收到信号范围开始，DSP捕获第一个跳变沿将是发送信号的下降沿，这样算出的占空比为60%。所以在选择占空比时只选择0%-50%，如图4所示，本实施例中共5个发射管发射信号占空比分别为10%、20%、30%、40%、50%。如果计算得到占空比90%、80%、70%、60%、50%，则与10%、20%、30%、40%、50%一一对应，也是认为接到正确的信号。

可以理解，本发明中使用指定类型脉冲信号的个数来确认区域。机器人自转过程中，小角度接收器H在所处区域能够接收到信号的过程中，本区域会多次发射红外信号，提供给机器人足够的确认信息。DSP对不同占空比的脉冲进行计数，当有意义的占空比类型脉冲计数值达到设定值时，则确认处于相应区域。此时如果相邻区域的脉冲类型计数值能达到设定值的90%，则认为机器人处于两个区域的交叉区。确认区域之后，机器人执行相应的动作，同时将5个不同占空比类型的计数器清0。机器人在小角度接收器H扫描一周后如果未能确认区域信息，也将计数器清0，避免多次扫描使干扰脉冲累计到设定值。机器人执行完动作之后，接收器再次转动以扫描红外信号，当某类型脉冲个数达到设定值，则再执行相应动作，如此重复。因为红外线易受外界干扰，这种方法只计算扫描过程中有效信号个数，忽略其他各种干扰信号，即使是干扰信号与有效信号同类型，但是有效脉冲的个数到达设定值才能确认区域，少量的干扰信号不会造成错误判断。

另外，干扰接收器判断脉冲占空比和有效脉冲个数最大的因素来源于边缘干扰。当接收器处于发射范围边缘时，或者接收器转动过程中处于刚进入可接收范围，或者接收器转动过程中处于将要离开可接收范围，此时由于信号的不稳定性和外界影响，实际接收到信号如图6所示，可以与图5中正常接收情况对比。此时会计算出很多相对小占空比的脉冲。按照区域确认的方法，不符合10%、20%、30%、40%、50%占空比的脉冲都不计数。即使有同类型干扰，但是数量不足以达到设定值。

运动控制模块130信号连接于DSP控制模块，用于根据机器人100的所在区域控制机器人100的电机（图未示），电机驱动机器人100调整行进方向，校准机器人100的区域，使机器人靠近充电站。

请参阅图9，本发明还提供了一种机器人自主充电对接方法，包括下述步骤：

步骤S1：提供一间隔轮流发射红外脉冲信号；

具体地，由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列的红外发射模块间隔轮流发射红外脉冲信号。

步骤S2：收集所述红外脉冲信号；

具体地，红外接收模块120包括DSP控制模块（图未示），DSP控制模块信号连接于红外发射模块110，用于收集红外脉冲信号。

步骤S3：根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域；

具体地，红外接收模块120还用于根据红外脉冲信号解析出机器人100当前所在区域。

步骤S4：根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站。

运动控制模块130根据机器人100的所在区域控制机器人100的电机，电机驱动机器人100调整行进方向，校准机器人100的区域，使机器人靠近充电站。

优选地，根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域，包括下述步骤：

根据电平变化记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值；

根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比；

根据所述脉冲占空比确定所述机器人当前所在区域。

优选地，根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比，具体包括下述步骤：

记录所述机器人在点A时所述定时器的计数器值m；

记录所述机器人在点B时所述定时器的计数器值q；

采用公式（q-m）/n计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比，其中，n为一个脉冲周期内计数器的差值。

优选地，所述占空比为10%～50%或90%～50%时为所述机器人行进正常区域。

优选地，根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站，还包括下述步骤：随所述机器人与所述充电站之间距离的缩小，所述机器人的行走的单位距离越小。

具体地，请再参阅图2，机器人在实际搜索充电站的过程中，机器人前方的两个广角接收器F和G构成大角度接收器FG，机器人在前进过程中不断检测是否接到信号。大角度接收器只是用来搜索红外信号，不用判断脉冲占空比。机器人本身处于漫游模式，一旦收到红外信号，说明机器人进入到红外发射范围边缘，机器人切换到自主充电模式。按本实施例中的数据，机器人距离充电站小于等于6.6m。机器人自转一周，记录大角度接收器FG收到信号和丢失信号的两个角度值。然后机器人转到这两个角度的中间值，这样机器人基本处于与充电站的直线行进方向。机器人前行1.5m，保证机器人进入5.7m的全覆盖半径范围之内。然后机器人开始自转，使用小角度接收器H扫描红外信号，大角度接收器FG停止工作。小角度接收器接收到红外信号，经过几个红外发送周期之后，接收器收到足够的有效脉冲，判断所处区域。如果处于发射器A或B的区域，则左转90°，前行0.5m。顺时针自转，接收器H再次扫描，判断所处区域。直到到达发射管C的发射区域内（不包括与发射管B与D的交叉区域）。如果处于发射器D或E的区域，则右转90°，前行0.5m。逆时针自转，接收器H再次扫描，判断所处区域。直到到达发射管C的发射区域内（不包括与发射管B与D的交叉区域），到此完成区域校正。

若所述机器人进入交叉区域，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，直至所述机器人与外围充电站直线对接；其中，所述交叉区域为相邻红外发射管发射红外脉冲信号的交叉区域。

优选地，若所述机器人进入交叉区域，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，直至所述机器人与外围充电站的直线对接，还包括对所述机器人的行进距离按递减方式向最小单位收敛的步骤，其中，所述最小单位为0.1m。

具体地，请再参阅图2，在区域3内，机器人自转直到接收器H收到发射管C的红外信号。机器人行进0.3m。再次扫描信号，若还能接到信号，则继续前进，若不能收到信号，则自转直到接收器H收到信号再前进。若收到C区域信号的同时也收到B或D区域的信号，说明机器人进入交叉区域，此时执行区域校正，此时区域校正的行进距离是微调，所以不能固定设为0.5m，而且每次微调此距离单位都要减小，向一个最小单位收敛。此处设定为依次0.4m、0.3m、0.2m、0.1m…，距离单位到达0.1m之后就保持不变。经过区域微调之后，机器人每次行进距离也做调整，由0.3m减小到0.1m。由图2中可以看出区域3（不包括与发射管B与D的交叉区域）的角度是逐渐收敛的，机器人最后能够完成与充电站的直线对接。充电站与机器人的充电接口可以通过适当的机械设计来解决误差问题。

实施例一：

如图10所示，智能机器人100从漫游状态下进入红外发射范围，大角度接收器FG收到红外信号，到达位置80。不用判断信号类型，机器人自转，记录两个转向上信号丢失的角度，以此计算出中间角度。机器人转至中间角度，前行1.5m，进入5.7m全覆盖范围。到达位置81。机器人自转，直到小角度接收器H接收到红外信号，此时自转角度约为180度，之后都是使用小角度接收器H来扫描红外信号，调整机器人姿态，外观上机器人的行进都是后退动作。接收器H对收到的红外信号解析，计算占空比，对相应类型的脉冲进行计数。区域2的占空比为40%，在接收器H转动过程中，收到的40%占空比的脉冲个数达到设定值，确认机器人处于区域2，将各个脉冲计数器清0。

确认机器人处于区域2，左转90°，行进0.5m，到达位置82。机器人自转，接收器H扫描红外信号，扫描过程中40%占空比的脉冲再次达到设定值，确认处于区域2，再左转90°，行进0.5m，机器人到达位置点83。

机器人自转，接收器H扫描红外信号，扫描过程中50%占空比的脉冲个数达到设定值，同时40%占空比的脉冲个数不少于设定值90%，确认机器人处于区域23，即区域2与区域3的交叉部分。机器人左转90°，行进0.5m，机器人到达位置点84。

机器人自转，接收器H扫描红外信号，扫描过程中50%占空比的脉冲个数达到设定值，确认机器人处于区域3（不包含交叉区域）。机器人达到中心区域，区域调整暂时结束。机器人行进0.3m。机器人自转扫描收到红外信号，并确认处于区域3（不包含交叉区域），继续行进0.3m。

这种状态保持到到达位置85。位置85处于区域3内，区域2的边界处。在一组A、C、E发射周期，接收器H接到C发送的50%占空比的信号，在二组B、D发射周期，因为机器人处于区域2的边缘，接收器H收到的信号为如图5所示的干扰信号。机器人判断处于区域3（不包含交叉区域），继续行进0.3m。

机器人到达位置86，机器人自转，在扫描过程中50%占空比的脉冲个数达到设定值，同时40%占空比的脉冲个数不少于设定值90%，确认机器人处于区域23。这时机器人进行区域微调，左转90°，行进0.4m。

机器人到达位置87，机器人自转，接收器H扫描红外信号，确认机器人处于区域3（不包含交叉区域）。结束区域微调。机器人行进0.1m。此后机器人没有进入到交叉区域内，一直行进直到完成对接。

从机器人进入到红外发射范围，到机器人达到对接位置，共计经历21次调整。多次调整能够带来更高的准确性。前期行进距离大，后期行进距离小，既保证了后期对接精准度，又使前期调整速度快。

本发明上述实施例提供了一种机器人自主充电对接系统和方法，通过由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列的红外发射模块间隔轮流发射红外脉冲信号，再由包括DSP控制模块的红外接收模块，收集所述红外脉冲信号，并根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域，运动控制模块根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，使所述机器人靠近充电站。本发明提供的一种机器人自主充电对接系统使用扇形排布的红外发射阵列，每个红外发射管的发射角度小，发射距离远等特性，这样使得发射阵列作为整体能拥有较远的发射距离，较大的发射角度，从而增大可引导的范围；另外，由于采用扇形排布的红外发射阵列，每个红外发射管发射不同信号，并采用轮流发射的方式，避免的多个红外发射管同时工作相互干扰的情况，同时又能起到近距离小角度引导对接的功能；此外，由于扇形排布的红外发射阵列中多个红外发射管发射相同载波频率，相同调制频率的脉冲波，不同之处在于各个脉冲波占空比不同，红外接收端采用多数占优的方法分析接收到的脉冲的占空比情况，来判断接收到的信号的来源。这种策略相比于常用的标准红外通信协议方式，具有更好的防干扰性。

另外，本发明提供的一种机器人自主充电对接系统和方法，使用先粗调的方式对机器人的行进区域进行调整，保证机器人对接速度；再采用微调的方式，防止机器人已经行进到要对接的距离内时角度还未能调整好的缺陷，保证了对接的精准性。

最后，本发明提供的一种机器人自主充电对接系统和方法，使用价格低廉的红外发射管，所使用红外接收器也是没有红外强度测试功能，整体成本低，适合应用在民用智能机器人上，比如清扫机器人，导游机器人等

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人自主充电对接系统，包括：

红外发射模块，由若干红外发射管组成的扇形红外发射阵列，所述红外发射管间隔轮流发射红外脉冲信号；

红外接收模块，包括DSP控制模块，所述DSP控制模块信号连接于所述红外发射模块，用于收集所述红外脉冲信号，所述红外接收模块还用于根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域；

运动控制模块，信号连接于所述DSP控制模块，用于根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站；

所述DSP控制模块包括：大角度接收器和小角度接收器，所述大角度接收器用于收集所述红外脉冲信号，所述小角度接收器用于接收所述红外脉冲信号并根据所述红外脉冲信号计算、解析出所述机器人所在区域；

所述小角度接收器包括：

DSP捕获单元，所述DSP捕获单元的捕获引脚用于根据电平变化记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值；

计算单元，根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比；

解析单元，根据所述脉冲占空比确定所述机器人当前所在区域。

2.根据权利要求1所述的机器人自主充电对接系统，其特征在于，所述红外发射管发射的红外脉冲信号载波频率和调制频率相同，所述红外发射管发射的红外脉冲信号的脉冲波占空比不同。

3.根据权利要求2所述的机器人自主充电对接系统，其特征在于，所述扇形红外发射阵列中相互间隔的红外发射管同时发射红外脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的机器人自主充电对接系统，其特征在于，相互间隔的两组红外发射管轮流发射红外脉冲信号，且所述两组红外发射管发射红外脉冲信号的占用时间相同，所述轮流发射的间隔周期为所述占用时间的两倍。

5.根据权利要求1所述的机器人自主充电对接系统，其特征在于，所述大角度接收器为安装于所述机器人前方的两个广角接收器F和G构成，所述大角度接收器在所述机器人的前进过程中不断检测所述红外脉冲信号。

6.根据权利要求1所述的机器人自主充电对接系统，其特征在于，所述占空比为10％～50％或90％～50％时为所述机器人行进正常区域。

7.一种机器人自主充电对接方法，其特征在于，包括下述步骤：

提供一间隔轮流发射红外脉冲信号；

收集所述红外脉冲信号；

根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域；

根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站；

根据所述红外脉冲信号解析出所述机器人当前所在区域，包括下述步骤：

根据电平变化记录相应的事件管理器中通用定时器的计数值；

根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比；

根据所述脉冲占空比确定所述机器人当前所在区域。

8.根据权利要求7所述的机器人自主充电对接方法，其特征在于，根据所述定时器的计数值来计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比，具体包括下述步骤：

记录所述机器人在点A时所述定时器的计数器值m；

记录所述机器人在点B时所述定时器的计数器值q；

采用公式(q-m)/n计算所述红外脉冲信号的脉冲占空比，其中，n为一个脉冲周期内计数器的差值。

9.根据权利要求7或8所述的机器人自主充电对接方法，其特征在于，所述占空比为10％～50％或90％～50％时为所述机器人行进正常区域。

10.根据权利要求7所述的机器人自主充电对接方法，其特征在于，根据所述机器人的所在区域控制所述机器人的电机，所述电机驱动所述机器人调整行进方向，校准所述机器人的区域，使所述机器人靠近充电站，还包括下述步骤：随所述机器人与所述充电站之间距离的缩小，所述机器人的行走的单位距离越小。