CN105361817A - 一种机器人的自动对接系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人的自动对接系统，包括机器人和对接站，对接站上设有信号发射器，用于：在对接站的主体正前方沿一轴发射对接信号形成一预定角度的对接区；在对接区的左右两侧分别发射左和右对接导向信号，左和右对接导向信号的传送距离小于或等于对接信号的传送距离；以及在对接站主体前侧发射对接引导信号，对接引导信号的传送距离大于对接信号的传送距离；机器人设有用于接收来自对接站的信号的信号接收器，机器人感测到对接引导信号后，循着对接引导信号找到左或右对接导向信号，并沿着左或右对接导向信号的外边缘移动到对接区，并循着对接信号移动与对接站对接。本发明相对于最对接近的现有技术来说具有降低功耗，提高回充效率的优点。

Description

一种机器人的自动对接系统

技术领域

本发明涉及机器人自动对接技术，尤其涉及一种机器人的自动对接系统。

背景技术

“机器人”是在不需要用户操纵的情况下在工作区内移动的同时执行工作任务。例如机器人清洁器执行诸如但不限于从地板吸取灰尘、杂质或类似物的清洁操作；家庭机器人监视器执行家庭监控；自走式移动装置执行特定任务等。机器人清洁器一般包括用于驱动机器人清洁器在地面行走的驱动轮模块和动力系统、用于在行走时对地面进行清洁的清洁模块、用于控制机器人按内嵌程序进行清洁以及避开障碍物的控制系统以及用于探测工作环境的各种传感器。机器人还可以使用传感器或相机测量到位于工作区内的诸如家具、办公用品或墙壁等障碍物的距离，并且在移动的同时使用测量的信息在不与障碍物碰撞的情况下执行预定操作。

机器人通常会自带可充电电池，以便于移动时获得能量。当机器人的电量不足时，需要自动回到对接站充电（这个用于给机器人充电的对接站通常称为充电座，自动回到充电座的行为称为“回充”），专利号为201010208702.0、201410177561.9和201410177455.0的中国发明专利，公开了一种机器人的自动对接系统，在对接站的左右两侧发射对接导向信号，根据所述对接导向信号的到达距离将所述对接导向区区分为第一对接导向区和第二对接导向区；左右两侧中间发射对接信号。机器人清洁器用于当感测到对接导向信号时沿第一对接导向区与第二对接导向区之间的边界移动到所述对接区，和沿对接区的对接信号移动以执行对接。该自动对接系统虽然能有效引导机器人回到对接站，但是由于左右两侧分别需要足够大的发射功率发射强度不同的信号，以及中间的对接信号发射器需要足够大的发射功率以分割左右两个不重叠的对接导向区，增加了耗电量和电路复杂程度，且对接信号发射的距离过长还可能导致对接信号被障碍物反射的信号太多，使得机器人的信号接收器容易在非对接区接收到反射信号而产生误判，降低了回充效率。

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动对接系统。所述自动对接系统不仅能有效引导机器人回到对接站，而且能降低功耗和降低机器人的误判情况，提高机器人的信号接收器的抗干扰性和提高回充效率。本发明提供的自动对接系统，不限于用在机器人自动充电方面，还可用于其他需要自动对接的情况。

本发明是这样实现的：

一种机器人的自动对接系统，包括机器人和对接站，所述对接站上设有信号发射器，用于：

在所述对接站的主体正前方沿一轴发射对接信号，形成一预定角度的对接区；

在所述对接区的左侧和右侧分别发射左对接导向信号和右对接导向信号，所述左对接导向信号和右对接导向信号的传送距离小于或等于所述对接信号的传送距离；

以及在所述对接站主体前侧发射对接引导信号，所述对接引导信号的传送距离大于所述对接信号的传送距离；

所述机器人设有用于接收所述对接信号、左对接导向信号、右对接导向信号和对接引导信号的信号接收器，所述机器人感测到所述对接引导信号后，循着所述对接引导信号找到左对接导向信号或右对接导向信号，并沿着所述左对接导向信号或右对接导向信号的外边缘移动到所述对接区，并循着对接信号移动从而与所述对接站对接。

在一种实施例中，所述机器人上的信号接收器至少有一个用于接收所述机器人的前端预定角度范围的信号，至少有两个用于分别接收所述机器人左右两侧预定角度范围的信号。

具体地，所述信号接收器包括信号接收单元和设于所述信号接收单元前端的狭缝，所述狭缝遮挡了所述信号接收单元两侧一定角度范围的信号，使得所述信号接收单元只能接收到其正前方一预定角度的穿过所述狭缝的信号。

作为本发明的进一步改进，所述信号接收器包括设于所述机器人顶部的全方位接收信号的信号接收器。

具体地，所述对接信号、左对接导向信号和右对接导向信号由设于所述对接站前侧的信号发射器发出；所述对接引导信号由设于所述对接站顶部的信号发射器发出。

具体地，所述左对接导向信号和右对接导向信号至少有一点与所述对接信号重叠。

具体地，所述左对接导向信号和右对接导向信号的传送距离为1m~1.5m范围内的其中一个数值。

在一种实施例中，所述左对接导向信号和右对接导向信号的信号范围由两个发射单元发射的信号范围叠加形成。

具体地，所述左对接导向信号至少有一点与所述对接引导信号的左边界重合；所述右对接导向信号至少有一点与所述对接引导信号的右边界重合。

具体地，所述对接引导信号至少覆盖所述机器人前方180°的角度范围。

进一步地，所述对接站的外围还发射有防撞信号，所述防撞信号的传输距离小于或等于所述左对接导向信号或右对接导向信号，所述机器人一旦检测到所述防撞信号则立即回避该信号。

本发明提供的自动对接系统，能有效引导机器人回到对接站，且（相对于最接近的现有技术来说）不需要在两侧分别发射不同强弱的信号来形成两个对接区域，而是只发射一个强信号（不区分左右），和两个左右区别的强度相对较弱的对接引导信号，减少了现有技术中发射两个强信号而增加的功耗，同时简化了电路；此外，由于左右两侧的对接引导信号相对较弱，本发明的中间对接信号（相对于现有技术来说）只需要发射相对较弱的信号即可分隔左右两侧信号，降低了功耗，且减少了因对接信号太强使得对接信号的反射信号太多导致机器人误判的情况，提高了回充效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的自动对接系统外观立体示意图；

图2A是本发明实施例提供的自动对接系统中机器人清洁器的立体图；

图2B是图2A所示的机器人清洁器的底部平面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的自动对接系统中的对接站的前立体示意图；

图4A是安装在图3所示的对接站的前侧的信号发射器的放大结构示意图；

图4B是安装在图3所示的对接站的顶部的信号发射器的结构示意图；

图5A和5B是本发明实施例中在预定角度接收引号的信号接收器的结构示意图；

图5C是另一实施例中在预定角度接收信号的信号接收器的结构示意图；

图5D是本发明实施例中第四信号接收器的结构示意图；

图6是图3所示的对接站的控制块图；

图7是图2所示的机器人清洁器的控制块图；

图8是本发明实施例提供的自动对接系统的操作原理的示意图；

图9是本发明实施例提供的自动对接系统的对接过程的流程图；

图10A和图10B所示为另一实施例中对接站前侧的发射单元的结构示意图；

图11A、11B和图11C所示为另一实施例中对接站前侧的发射单元的结构示意图；

图12所示为本发明另一实施例提供的对接站的结构示意图；

图13所示为本发明另一实施例提供的机器人清洁器顶部平面结构示意图；

图14所示为本发明另一实施例提供的对接站的结构示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明所述的“机器人”泛指装备有可充电电池的可自动或半自动执行预定工作任务的装置，包括家庭清洁机器人，监控机器人，自走式移动装置等等，本发明仅以机器人清洁器作为实施例来详细说明本发明的技术方案，本领域技术人员应当理解，本实施例说明的自动对接系统，可以适用于其他的机器人或自走式移动装置，对接目的可包括但不限于本发明实施例详述的“充电”。

请参阅图1至图3。如图1中所示，机器人自动对接系统包括机器人清洁器20和用于给机器人清洁器20的电池23（图2B所示）充电的对接站10，对接站10与机器人清洁器20对接后可以给机器人清洁器20充电。参照图2A，机器人清洁器20包括:主体22，主体22形成机器人清洁器20的外观；第一至第四信号接收器210a-210d（第一信号接收器210a安装在主体22的前侧,第二信号接收器210b和第三信号接收器210c分别安装在主体22的左右两侧，第四信号接收器210d安装在主体的顶部前端），用以接收从对接站10发射的信号；和驱动轮24，驱动轮24安装在主体22的下侧以使机器人清洁器20移动。其中，信号接收器210a-210c可在各自所在的位置上在一预定角度范围内接收对接站10发射的信号，而信号接收器210d可在360°范围内全向接收对接站10发射的信号，下文将有详细说明。

参照图2B，图2B所示为机器人清洁器20的底面平面结构示意图。机器人清洁器20的驱动轮24安装在主体22底部的左侧和右侧，并且被电动机驱动单元(未示出)独立驱动以使机器人清洁器20沿期望的方向移动。用于支撑主体22并且使机器人清洁器20平滑移动的辅助轮28(例如，小脚轮)可以安装在驱动轮24的前侧和后侧，本实施例的图示中，辅助轮28安装于驱动轮的前侧。用于帮助机器人清洁器20内的充电电池23充电的连接端子21安装于主体22底部前端；用于清扫地面的清扫毛刷26a安装在机器人清洁器20底部前端两侧，对称设置；用于吸尘的真空吸尘装置安装于机器人清洁器20内，吸尘口26b开设于机器人底部。清扫毛刷26a可将灰尘、碎屑等扫到吸尘口26a处，以被吸尘口26b吸取。用于收集灰尘和碎屑的垃圾盒25安装在机器人清洁器20的后端。

参照图3，对接站10包括形成其外观的主体11和信号发射器，信号发射器包括发射单元110a、110b、110c，和110d。所述发射单元安装在主体11上以发射对接信号、对接导向信号和对接引导信号。用于发射右对接导向信号的第一发射单元110a安装在对接站10的上端的前部的右侧；用于发射左对接导向信号的第二发射单元110b安装在对接站10的上端的前部的左侧（这里所述的左和右是以对接站的正前方为参照，由于图示中对接站的正前方对着读者，因此与读者自身的左右方向相反）；第三发射单元110c安装在对接站10的上端的前侧的中心部上，以在一预定角范围内发射对接信号；用于发射对接引导信号的发射单元110d，设于对接站的顶部。此外，导向沟槽15以凹入的形式形成在对接站10的下端，当机器人清洁器20进入对接站10时，机器人清洁器20的底部前端的辅助轮28进入凹槽15内，在凹槽15的引导和限位下，使得机器人清洁器20的连接端子21(图2B所示)稳定地连接到设于对接站10的下端的充电端子12上。凹槽15的开口呈喇叭状，便于机器人清洁器20的辅助轮28进入。

参照图4，在包括在对接站10内的发射单元110a-ll0c中，第一发射单元110a和

第二发射单元110b安装在第三发射单元110c的两侧，以向外发射右、左对接导向信号，而第三发射单元110c安装在发射单元110a与110b之间，以在一预定角范围内发射对接信号。

第一发射单元110a和第二发射单元110b包括:用于生成对接导向信号（即右对接导向信号或左对接导向信号）的第一发光单元ll1a和第二发光单元ll1b；用于扩散由第一发光单元ll1a和第二发光单元ll1b生成的右、左对接导向信号的第一透镜单元112a和第二透镜单元112b；和第一遮挡板113a和第二遮挡板113b，第一遮挡板113a和第二遮挡板113b分别安装在第一透镜单元112a和第二透镜单元112b的前侧，以阻挡通过透镜单元112a和112b的一部分对接导向信号，从而调节信号的扩散角，本实施例中，将扩散角限定在90°左右。限制右对接导向信号和左对接导向的扩散角的目的是防止右左两个对接导向信号越过第三发射单元的信号区后交叉重叠，若机器人清洁器20在信号重叠区域将同时接收到右对接导向信号和左对接导向信号，由于右对接导向信号和左对接导向信号对机器人清洁器20具有导向左右，因此机器人清洁器20在同时接收到右对接导向信号和左对接导向信号时将不知道向右还是向左移动，这时候需要更加复杂的算法才能给机器人清洁器指引正确的方向。在实际制造过程中，右对接信号和左对接信号在第三发射单元110c的信号区内允许重叠。

第一透镜单元112a和第二透镜单元112b中的每一个都包括180度发散透镜，所述180°发散透镜用于使用所述发散透镜的表面的折射率将信号的扩散角调节到180°。而第一遮挡板113a和第二遮挡板113b将发散透镜扩散的信号进行部分阻挡，使得扩散角度符合设计要求（大约90°）。在别的实施例中，发射透镜将信号进行扩散的角度只要超过90°即可，而后通过遮挡板将部分信号进行遮挡使得最终射出对接站的信号限定在90°左右。

第一透镜单元112a和第二透镜单元112b的外表面是多面的，并且具有弯曲表面的沟槽115a和115b形成在其内以更好地扩散光。

第三发射单元110c包括用于生成对接信号的第三发光单元ll1c、和导向部114a，所述导向部114用于引导对接信号的传播方向，使得由第三发光单元ll1c产生的对接信号在预定角范围内被发射。导向部114a是由诸如金属或遮挡板的材料制成的狭缝，红外光只能通过所述狭缝向外发射，因此通过所述狭缝能限制对接信号在预定角度范围内发射，所述预定角度，可以为5°至10°左右，具体的角度可以根据机器人清洁器20与对接站10之间对接时对于对接角度的要求来设计，在该预定角度范围内，机器人清洁器20均可稳定地与对接站10可靠对接，对接站10下端的凹槽15可起到辅助对接的作用，可在一定程度上降低对接角度的设计要求，使得对接角度可以增加（即预定角度可以增加），提高对接效率。第一发射单元110a和第二发射单元110b对称设置于第三发射单元110c两侧。

参照图5，第四发射单元110d，包括第四发光单元111d和设于第四发光单元111d上端的扩散单元112d，本实施例中，扩散单元112d具有一在360°回转的抛物面115d，用于将第四发光单元111d发射的光线向对接站顶部周围360°方向扩散，第四发光单元111d发射的光线经抛物面115d发射后向外扩散（图中箭头所示为一光线经反射后向外扩散的示意图）。通常用于充电的对接站靠墙放置，第四发射单元111d发射的信号中朝向墙的信号将被挡住，本发明只要在对接站的前侧提供对接引导信号，即可引导机器人清洁器20回到对接站10，因此，在别的实施例中，第四发射单元也可以像第一发射单元110和第二发射单元110b那样的结构，通过透镜将信号光线扩散180°。或者在图4B所示的结构图中，将360°的回转抛物面改成180°的回转抛物面，或者设置挡板将信号限制在对接站前侧发射即可。

同时，第一至第四发光单元ll1a-ll1d包括用于生成红外信号的红外光发射元件。

如图5A所示为机器人吸尘器的第一信号接收器210a、第二信号接收器210b、第三信号接收器210c的结构示意图，由于这三个信号接收器是在预定角度接收信号的，在这里将这三个信号接收器统称为预定角信号接收器，预定角信号接收器包括信号接收单元211（在这里，信号接收单元211代表了第一信号接收器210a、第二信号接收器210b和第三信号接收器210c的接收光线的单元）和形成于信号接收单元211前端的狭缝212（图中两条竖直虚线中间的狭长空间），狭缝212可以由信号接收单元211四周的内壁213合围而成，穿过狭缝212的光线才能被信号接收单元211接收到，而狭缝212越长，越窄，则能够接收光线的角度α越小。预定角信号接收器只能在α角内接受到信号。当狭缝212对准来自对接站10的信号就可以接收到来自对接站10的信号，因此只要预定角信号接收器接收到来自对接站10的信号则可认为预定角信号接收器与来自对接站10的信号对准。内壁213上设有反射板2130，可降低非预定角范围内的光线经过折射后被信号接收单元接收到。图5B所示中，非预定角度范围内的光线射入预定角信号接收器后，被反射板2130反射而无法到达信号接收单元211。因此反射板2130可提高预定角信号接收器的抗干扰性，提高对接效率。图5c所示为另一种实施例中，内壁213上没有设置反射板2130的情况下，存在非预定角度范围内的信号经反射后被信号接收单元接收到的情况，这将降低机器人清洁器的对接效率。

图5D所示为第四信号接收器210d的结构示意图，第四信号接收器210d与图4B所示的第四发射单元110d结构类似，包括信号接收单元211d和设于信号接收单元211d上端的全向信号收集器212d，全向信号收集器212d具有360°回转的抛物面215d，可将任意角度射入的光线反射到信号接收单元211d上。

图6是图3所示的对接站10的控制块图；图7是图2A所示的机器人清洁器20的控制块图；而图8是本发明实施例提供的机器人自动对接系统的操作原理的示意图。

如图6中所示，对接站10包括用于发射对接导向信号的第一发射单元110a和第二发射单元110b、用于发射对接信号的第三发射单元110c和用于发射对接引导信号的第四发射单元110d，用于给机器人清洁器20的电池充电的充电端子12、用于将电源供应给充电端子12的电源13、和用于控制对接站10的整体操作的控制器140。

如图7所示，机器人清洁器20设有第一信号接收器210a、第二信号接收器210b、第三信号接收器210c和第四信号接收器210d；用于与对接站10的充电端子12连接以给机器人清洁器20的电池充电的连接端子21、与连接端子21连接以便进行充电的可充电电池23、和用于控制机器人清洁器20的整体操作的控制器27。

参照图8，以对接站正前方为参照方向，第一发射单元110a在右侧区域发射右对接导向信号，形成右对接导向区，图8中表示为R区；第二发射单元110b在左侧区域发射左对接导向信号，形成左对接导向信号，图8中表示为L区；左侧区域的左对接导向信号和右侧区域的右对接导向信号都是对接导向信号，且左、右对接导向信号经调制后具有不同的编码，使得左、右对接导向信号被机器人清洁器20上的信号接收器接收后能够识别出是左对接导向信号还是右对接导向信号。左对接导向信号和右对接导向信号传送距离大概在1m。对接导向信号的传输距离不宜过长也不宜过短，对接信号传输距离过长会增加功耗，同时会增加信号经障碍物反射后被机器人清洁器的信号接收器接收到而导致机器人清洁器误判而降低对接效率；对接信号传输距离过短，会降低机器人清洁器的对接的灵活性和减少移动和校正空间，降低对接效率。在别的实施例中，传输距离在1m至1.5m是较佳的传输距离。同时，从第一发射单元110a和第二发射单元110b发射的信号通过遮挡板113a和113b以大约90度扩散角发射信号，第一发射单元110a和第二发射单元110b以对接站的中轴线为对称轴对称设置；第三发射单元110c在对接站10的前侧的中心区内形成与对接导向区不同的对接区，图中表示为P区。在一种优选实施例中，为了使得机器人清洁器20沿着左对接导向信号或右对接导向信号的边界移动到P区时，一定能够感测到P区的对接信号，因此P区的对接信号的传送距离大于或等于左对接信号或右对接信号的传送距离，也即，左对接信号和右对接信号的传送距离均小于或等于对接信号的传送距离。实际上，要机器人清洁器20沿着左对接导向信号或右对接导向信号的边界移动到对接站的正前方时，机器人清洁器自身的尺寸会占用一定的空间，而机器人清洁器上的信号接收器若安装在机器人清洁器的侧面，则机器人清洁器的信号接收器会比对接导向信号的边界更接近对接站的中心位置，在这种情况下，对接信号的传输距离可以小于对接导向信号的传输距离。

本实施例中，第三发射单元110c将中心区域信号发射到对接区，所述中心区域信号是具有窄发射角范围的对接信号区。第三发射单元110c包括用于引导对接信号的导向部114a，并且导向部114a引导从第三发光单元ll1c发射的对接信号的传播方向，使得在位于对接站10的前侧的中心部处的预定区域内形成对接信号。

理想状态下，右对接导向信号和左对接导向信号不重叠，但是在实际生产中，由于装配误差和精度问题，左右信号可能有部分重叠。此外，为了避免对接信号与对接导向信号之间出现信号空白区（即存在无法接收到对接信号或对接导向信号的区域），导致机器人清洁器20无法接收到对接信号或对接导向信号，而影响了对接效率，因此，在一种优选实施例中左对接导向信号和右对接导向信号至少有一点与对接导向信号重叠。

第四发射单元110d，向外发射360°的远距离的对接引导信号，由于对接站通常靠墙放置，因此对接站背后大约180°范围的光线被墙挡住，对接站前方大约180°范围的区域充满了对接引导信号，形成一引导区，图8中表示为G区。由此可知，第四发射单元110d上的扩散单元可以设计为只要将信号进行180°扩散也可以实现本发明。第四发射单元110d的传送距离相对对接导向信号的距离更远，以便于机器人清洁器在远处也能接收到，从而循着对接引导信号向对接站靠近。本实施例中，第四发射单元110d传送距离为5m左右。传送距离越远则需要的发射功率越大，同时发射的对接引导信号被障碍物反射越多，可根据机器人清洁器所在的空间进行设定传送距离，在别的实施例中也可以在对接站上设有用于控制对接引导信号强度的调节电路和开关，使得用户可以自行根据环境设定对接引导信号的强度。

图9是本发明实施例提供的自动对接系统的对接过程的流程图。参考图8和图9，如图9所示，机器人清洁器开始工作后，在清洁模式下进行清洁工作，机器人清洁器20的控制器27实时监测机器人清洁器20的电池电量，并根据电池的剩余电量来判断是否需要充电，当监测到电池的电量低于预设值（例如15%）时，则认为机器人清洁器20需要充电，电池电量的预设值应当预留机器人清洁器20在进行回充过程中需要消耗的能量来设定。当机器人清洁器20电量低于预设值时，需要充电，机器人清洁器20的控制器27切换当前的工作模式至回充模式（即寻找对接站进行对接充电的工作模式），机器人清洁器20开始寻找来自对接站的信号。如图8所示，在信号区外的机器人清洁器将无法收到来自对接站的信号。这时机器人清洁器20继续移动寻找对接引导信号，直到找到对接引导信号，并根据对接引导信号的指引，朝向对接站移动。由于机器人清洁器顶部的第四信号接收器210d是全向信号接收器，即在其周围360°范围内的信号都能接收到，因此只要机器人一进入G区，即可接收到对接引导信号。在别的实施例中，机器人清洁器20没有第四信号接收器210d的情况下，机器人清洁器在进入G区后，移动一端距离后需要原地旋转，通过第一信号接收器210a或第二信号接收器210b或第三信号接收器210c(即预定角信号接收器)寻找对接引导信号。因此没有第四信号接收器同样可以实现本发明，但是需要机器人清洁器以移动一段距离后原地旋转寻找信号的方式来寻找对接站发出的信号，这样会降低对接效率，因此第四信号接收器（即全向信号接收器）可提高对接效率，简化程序算法。如图8所示，进入到G区的机器人清洁器，以设于机器人清洁器前端的第一信号接收器对准对接引导信号的传输方向，保持这样的状态进行移动从而接近对接站，即沿着对接引导信号的传输方向（对接引导信号的传输方向由对接站向外发射）的相反方向移动。若机器人清洁器20的移动方向正好与P区的信号对准，则机器人到达P区后，以P区的对接信号为准，对准对接信号的传输方向移动，从而准确与对接站对接。

若机器人清洁器20从G区进行移动时无法直接到达P区，则机器人清洁器20先会到达R区或L区的边界，当机器人清洁器前端的第一信号接收器210a循着对接引导信号时，突然出现了来自R区或L区的对接导向信号，则，机器人清洁器可以判断出已经到了R区或L区的边界，这时，机器人清洁器20根据所接受到的信号是来自R区或L区的情况来转动方向，并用机器人清洁器20左侧或右侧的接收器对准来自R区或L区的对接导向信号。若机器人接收到R区的信号，则机器人清洁器20以机器人清洁器的前进方向为前方做为参照向右转动，使得第二信号接收器210b对准来自G区的信号，并保持这样的状态靠近p区，直到找到P区的对接信号后，向对接站移动进行对接。若机器人接收到L区的信号，则机器人清洁器20以机器人清洁器的前进方向为前方做为参照向左转动，使得第三信号接收器210c对准来自L区的信号，并保持这样的状态靠近p区，直到找到P区的信号后，向对接站移动进行对接。

若机器人清洁器20在开始寻找对接站时，即位于R区或Ｌ区内，则，机器人清洁器20需要找到Ｒ区或L区的边界，然后沿着R区或L区的边界找到Ｐ区的对接信号，再根据对接信号与对接站对接。若机器人位于R区，则机器人清洁器沿着右对接导向信号的传输方向的相同方向（即远离对接站的方向）移动，直到感测到R区的边界，然后以机器人清洁器的前进方向为前方做为参照向左转，使得第二信号接收器210b对准来自R区的信号，并保持这样的状态沿着R区的边界移动，靠近p区，直到找到P区的信号后，向对接站移动进行对接。若机器人位于L区，则机器人清洁器沿着左对接导向信号的传输方向的相反方向移动，直到感测到L区的边界，然后以机器人清洁器的前进方向为前方做为参照向右转，使得第三信号接收器210c对准来自L区的信号，并保持这样的状态沿着L区的边界移动，靠近p区，直到找到P区的信号后，向对接站移动进行对接。

相对于（背景技术提到的）最接近的现有技术来说，本发明中对接引导信号为远距离信号，且不分左右，而是在对接站前侧形成一片区域；而左、右对接导向信号为短距离信号，中间的对接信号只需发射短距离信号即可将左、右对接信号分开。而对比文件中对接导向信号和对接信号均是长距离信号，长距离信号意味功耗的增加，且对接导向信号需要进行调制和复杂电路的支持，才能将左右对接区分成两个距离不等的区域。经过比较，很明显，本发明提供的技术方案，功耗更小，电路更加简单，同时由于对接信号的传输距离短，降低了对接信号经反射后被机器人在非对接区接收到而误判从而影响对接效率的可能性。因此本发明的对接效率更高。

如图10A和图10B所示为在另一实施例中，对接站101的发射单元的结构示意图。在图3和图4A所示的实施例中，需要透镜单元112a和112b来对信号进行扩散。在图10A所示的实施例中，则不需要用透镜对信号进行扩散，而是用两个发光单元发射的信号进行拼合。如图10A所示，设于对接站的左侧的发射单元120a和120b，串联在同一电路中，发射相同的信号，只是各自发射的信号传播角度不同，通过设定发射单元120a和120b传输信号的角度，可以将它们发射的信号进行拼合，形成L区，而不需要用透镜进行扩散。设于对接站的右侧的发射单元120c和120d，串联在同一电路中，发射相同的信号，只是各自发射的信号传播角度不同，通过设定发射单元120a和120b传输信号的角度，可以将它们发射的信号进行拼合，形成R区，而不需要用透镜进行扩散。设于发射单元120b和120c之间的发射单元120g发射对接信号，形成Ｐ区。为了防止发射单元120a、120b信号扩散到R区，需要在发射单元120b和120g之间设置第一挡板120h；在发射单元120a和120b之间设置第二挡板120e；为了防止发射单元120c、120d的信号扩散到L区，在发射单元120g和120c之间设置第三挡板120i；在发射单元120c和120d之间设置第四挡板120f。第一挡板120h、第二挡板120e、第三挡板120i和第四挡板120f工艺要求不高，可与对接站外壳一体成型。通过两个发射单元的发射角度的拼合形成R区或Ｌ区，提供了一种替代方案，可简化结构，解约成本。对接站的左右两侧的发射单元和挡板以P区的中轴线对称设置。

如图11A、11B和图11C所示为与图10A和图10B所示的对接站的实施例类似的另一种实施例。在图11A、图11B和图11C所示的对接站102的实施例中，与图10A和图10B所示的实施例不同的是，对接站102左侧的发射单元120a和120b上下叠加设置，共用一个挡板120h，右侧的发射单元120c和120d，上下叠加设置，共用一个挡板120i，对接站的左右两侧的发射单元和挡板以P区的中轴线对称设置。

为了使得机器人清洁器的对接更加准确高效，可以设定机器人清洁器20接收到从对接站发出的信号的优先级，设定P区的对接信号为最高优先级别。由于存在信号反射和制造工艺的偏差，在某一点处有可能同时收到对接引导信号、对接导向信号和对接信号，当机器人清洁器在对接过程中，机器人清洁器在某个点接收到来自清洁器的多个信号中，只要有P区的对接信号，则以该信号为最高优先级，对准对接信号的传送方向与对接站对接。

在别的实施例中，如图12所示，对接站103的对接区(P区)可以被实施作为没有对接信号的无信号区（这里所说的无信号区主要是指没有单独存在的对接信号）。即，可以通过停止或取消第三发射单元110c的操作使得在对接区只有（第四发射单元发射的）对接引导信号，并且第四发射单元的发射点与第三发射单元的发射点在同一轴线上并尽量靠近，使得部分对接引导信号可以起到替代对接信号的作用，机器人清洁器循着对接区内的对接导向信号发射的传输方向即可与对接站103对接。在取消对接信号（但是P区还是存在的）的情况下，机器人清洁器可以寻找对接引导信号，并循着对接引导信号移动从而靠近对接站，然后找到左对接导向信号（L区）或右对接导向信号（R区）的边界，并沿着所述边界靠近对接区，当到达对接区（P区）后，机器人清洁器20只能检测到对接引导信号，只要继续循着对接引导信号移动即可与对接站对接。若机器人清洁器20正好位于对接站的正前方，则机器人清洁器循着对接引导信号移动时将不会遇到左对接导向信号或右对接导向信号的边界，从而直接与对接站对接。

在一种实施例中，为了使得机器人清洁器20从对接引导信号的左右两侧的边界循着对接引导信号移动时，能够找到左对接导向信号或右对接导向信号或对接信号，因此左对接导向信号区（L区）至少有一点与对接引导信号区（G区）的左边界重合；右对接导向信号区（R区）至少有一点与对接引导信号区（G区）的右边界重合。由于对接信号（P区）包含在对接引导信号（G区）里，因此对接信号（P区）的边界自然包括在对接引导信号（G区）里。

本发明实施例中，信号接收器210a-210d的安装位置和数量不限于图1至图2B所示的实施例中图示的位置，只要接收信号的方向与本发明所述的方向一致，数量足以实现本发明即可，可根据机器人清洁器的结构灵活设置。如图13所示，信号接收器210a-210c可以安装在机器人清洁器20’顶部前侧的一个部件29上。

当机器人清洁器20在进行地面清扫时，即处于清洁模式下，对接站发射的与对接有关的信号都对机器人清洁器20没有任何作用，机器人清洁器可以关掉信号接收器，或者即使信号接收器接收到来自对接站的与对接有关的信号，控制器也不做任何有关对接的操作。只有机器人清洁器20需要与对接站10对接时，即在对接模式（即机器人清洁器寻找对接站进行对接的工作模式）下，对接站发射的与对接有关的信号（如上文所述的对接引导信号，左/右对接导向信号和对接信号等）才能对机器人清洁器20起作用，机器人清洁器接收到来自对接站的与对接有关的信号后，控制器控制机器人清洁器做相应的动作。

在另一实施例中，如图14所示，在非对接模式下，为了防止机器人清洁器20在行走过程中，撞上对接站104，因此对接站104在非对接模式下发射一短距离的包围对接站104的防撞信号，所述防撞信号的外围形成边界H。机器人清洁器20在非对接模式下一旦检测到防撞信号，则立即回避该信号。防撞信号的传输距离小于或等于左对接导向信号或右对接导向信号或对接信号的传输距离。机器人清洁器20可以检测到防撞信号后立即后退，并转向远离对接站104，或者检测到防撞信号后沿着边界H移动，直到沿着防撞信号绕了一周或者找到墙壁等新的障碍物后，远离对接站。防撞信号使得机器人清洁器20将边界H作为障碍物来看待。使得机器人清洁器20无法进入边界H内，从而保护对接站104不被机器人清洁器20碰撞。通常防撞信号的传输距离为50cm即可。防撞信号的传输距离不宜过大也不宜过小，防撞信号的传输距离过大会导致机器人清洁器遗漏过多清洁面积；防撞信号过小则机器人在检测到防撞信号后，因来不及“刹车”而撞上对接站104。防撞信号可以由对接站104顶部的全向信号发射器发射，即防撞信号可以与对接引导信号一起同时由第四发射单元110d发射；也可以由另一个单独的信号发射器发射。机器人清洁器在对接模式下，防撞信号可以存在，但是对接信号的优先级高于防撞信号的优先级。即机器人清洁器在对接模式下同时检测到防撞信号和对接信号时，则以对接信号为准进行相应操作，而不考虑防撞信号，从而与对接站对接。

在别的实施例中，防撞信号可由左对接导向信号和右对接导向信号替代。即在非对接模式下，左对接导向信号和右对接导向信号起到防撞信号的功能，机器人清洁器在非对接模式下检测到左对接导向信号或右对接导向信号后，立即回避该信号。机器人清洁器也不会进入到左对接导向信号形成的L区或右对接导向信号形成的R区内。这种情况下，可以设定左、右对接导向信号的传输距离为75cm左右。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限定本发明，本领域技术人员还可以根据以上实施例的描述做出若干演变；凡在本发明的构思内所做的修改、改进、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围内。

本发明附图旨在便于说明技术方案的原理和过程的示意图，图中比例可能与文字描述或实际产品不符，但是不影响本发明技术方案的表达。图示的产品、尺寸、比例等并不用于限定本发明。

Claims (10)

1.一种机器人的自动对接系统，包括机器人和对接站，其特征在于，所述对接站上设有信号发射器，用于：

在所述对接站的主体正前方沿一轴发射对接信号，形成一预定角度的对接区；

在所述对接区的左侧和右侧分别发射左对接导向信号和右对接导向信号，所述左对接导向信号和右对接导向信号的传送距离小于或等于所述对接信号的传送距离；

以及在所述对接站主体前侧发射对接引导信号，所述对接引导信号的传送距离大于所述对接信号的传送距离；

所述机器人设有用于接收所述对接信号、左对接导向信号、右对接导向信号和对接引导信号的信号接收器，所述机器人感测到所述对接引导信号后，循着所述对接引导信号找到左对接导向信号或右对接导向信号，并沿着所述左对接导向信号或右对接导向信号的外边缘移动到所述对接区，并循着对接信号移动从而与所述对接站对接。

2.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述机器人上的信号接收器至少有一个用于接收所述机器人的前端预定角度范围的信号；至少有两个用于分别接收所述机器人左右两侧预定角度范围的信号。

3.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述信号接收器包括信号接收单元和设于所述信号接收单元前端的狭缝，所述狭缝遮挡了所述信号接收单元两侧一定角度范围的信号，使得所述信号接收单元只能接收到其正前方一预定角度的穿过所述狭缝的信号。

4.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述信号接收器包括设于所述机器人顶部的全方位接收信号的信号接收器。

5.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述对接信号、左对接导向信号和右对接导向信号由设于所述对接站前侧的信号发射器发出；所述对接引导信号由设于所述对接站顶部的信号发射器发出。

6.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述左对接导向信号和右对接导向信号至少有一点与所述对接信号重叠。

7.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述左对接导向信号和右对接导向信号的传送距离为1m~1.5m范围内的其中一个数值。

8.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述左对接导向信号和/或右对接导向信号的信号范围由两个发射单元发射的信号范围叠加形成。

9.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述左对接导向信号至少有一点与所述对接引导信号的左边界重合；所述右对接导向信号至少有一点与所述对接引导信号的右边界重合。

10.根据权利要求1所述的自动对接系统，其特征在于，所述对接站的外围还发射有防撞信号，所述防撞信号的传输距离小于或等于所述左对接导向信号或右对接导向信号，所述机器人一旦检测到所述防撞信号则立即回避该信号或沿着该信号的边缘移动。