CN105511497B - 一种具备语音提示的机器人自动充电系统 - Google Patents
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Abstract
一种具备语音提示的机器人自动充电系统，包括：充电站单元和机器人单元，所述充电站单元用于所述机器人单元的充电；所述充电站单元包括：导光结构、发射编码模块、充电站和MCU芯片；所述机器人单元包括：机器人本体、语音模块、接收解码模块、多媒体处理芯片和行走控制模块，本发明设计，使得机器人之充电桩的部署更加容易，只需要客户将充电桩放在靠墙的位置，然后给充电桩插上插头，本发明提出来的语音控制机器人充电，或者语音实时提示机器人的各种状态，并通过算法的优化设计，使得机器人在实际应用中的对接成功率大大提高。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种机器人充电系统的技术领域，尤其是一种具备语音提示的机器人自动充电系统，该系统针对目前移动机器人领域自动充电技术普遍存在的技术问题，旨在解决移动机器人自动充电过程中的效率及通用性，该系统安全、可靠，适合推广。
背景技术
当前，随着移动机器人技术的发展进步，越来越多的移动机器人产品进入消费品市场，移动机器人作为一种移动平台，其运动所依靠的动力是由电池所储蓄的能量驱动马达行走而产生的，而电池的电量是有限的，所以机器人在运行一端时间后必须进行电池充电，以保证下次的正常运行，现有技术中，通过人为干预的方式给机器人充电是其主要的技术标准，该方式虽然看似简便，但实际上却存在诸多的使用缺陷，如果使用者没有发现机器人电量过低而忘记充电，就会造成下次无法正常使用，而且人工充电操作还容易产生各种误操作、导致设备损坏等不足；
为了解决上述技术问题，一件国内专利CN102738862，公布了一种名称为“移动机器人的自动充电系统”，该自动充电系统由红外引导模块、红外接收、引导线、电量检测装置和控制器所组成，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；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；移动机器人上设有电量检测装置，所述的电量检测装置至控制器，该专利技术采用红外传感器引导机器人进行自动充电，虽然在充电过程中采用了白色引导线辅助方式进行了引导，但是该方法降低了充电站的通用性，不能随意将充电站的位置进行改变，除非重新布置充电线，造成使用过程中的不便；
再例如另一件国内专利CN104485710，提供了一种名称为“自动充电引导装置的导光结构、充电座及自动充电系统”，该专利提出了一种新型的导光结构，采用两组光路，每组光路由发射端开始依次包括灯槽和导光通道；两组光路之间设有挡光结构；所述挡光结构包括隔离墙和灯槽挡光板，所述灯槽一端为光线发射口，所述灯槽挡光板遮挡灯槽的部分光线发射口，所述隔离墙沿两个导光通道的延伸方向延伸；导光通道内的远离挡光结构的一侧面具有防反光沟槽，所述防反光沟槽的延伸方向与两个导光通道的延伸方向垂直；两个导光通道中，其中一个导光通道远离挡光结构的一侧端部设有导光槽挡光板，所述导光槽遮光板遮挡导光通道的部分光线出射口，该专利采用了导光槽结构对红外光进行引导，但是该导光槽结构虽然会提高引导的效率，但是限制了红外光的发射范围，减少了机器人的搜索范围，使得机器人的搜索红外光时存在很大的盲区。
发明内容
本发明的目的是，提供一种具备语音提示的机器人自动充电系统，解决了现有技术中人为干预充电以及自动充电技术存在的扫描盲区以及充电站通用性不高的不足，该系统设计科学、安全可靠，通用性和充电效率都得到了质的飞跃，可完全替代现有技术中的机器人自动充电技术；
一种具备语音提示的机器人自动充电系统，包括：充电站单元和机器人单元，所述充电站单元用于所述机器人单元的充电；
作为一种举例说明，所述充电站单元包括：导光结构、发射编码模块、充电站和MCU芯片；详见图1所示；
所述MCU芯片的一端与所述发射编码模块的一端电连接，所述发射编码模块的另一端于所述导光结构的一端电连接；
为了更好的说明本发明所述之导光结构的优越性，举例说明其工作原理如下：作为一种应用举例说明，所述导光结构的作用主要是限制红外信号的发射范围；
作为一种结构举例说明，所述导光结构包括：三个红外发射管、一个放大电路、近程引导导光结构和一个红外管及远程引导导光结构；之所以设计所述近程引导导光结构主要是用来导引1#、2#、3#红外发射管的信号，将近程红外发射信号限制在一定范围内，提高近程的导引精度和效率；之所以设计远程引导导光结构主要是为了提高机器人的搜索范围，减少机器人的搜索盲区；
所述红外发射管的信号发射发射角度为40度，进一步的，所述1#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，形成一条狭长的红外信号带，大约10度左右；所述2#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，将信号的发射角度约束为30度左右；所述3#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，将信号的发射角度约束为30度左右；
作为一种举例说明，所述近程导光结构采用透明材料与不透明材料制作，所述不透明材料包括两个左右镜像对称的L型结构和一个酒杯型结构，详见图2所示，所述L型结构的短横向下设置；信号发射范围示意图如图1所示，黑色粗线部分为不透光材料，2#和3#红外发射管信号发射范围与外框的相交部分为透明材料，所述发射范围用虚线延长线与外框相交部分表示，详见图3所示；
作为一种举例说明，所述发射编码模块安装在充电站上，发射编码模块通过所述MCU芯片并配合放大电路激发所述三个红外发射管发出38KHz的红外线；
在所述MCU芯片中，给每个所述的红外发射管设定一个标示号，例如：1#红外发射管编码,0x01；2#红外发射管编码为0x02；3#红外发射管编码为0x03；然后按照一定的规则编程实现编码，通过38KHz的载波信号将编码信息发射出去，通过位于机器人外安装的红外接收头接收红外信号，并进行解码；如果不采用红外编码，那么所述1#、2#、3#红外发射管发射出来的红外信号，都可以由机器人外部的接收头接收，那么机器人不能识别到底是由哪一个红外发射管发射出来的信号，从而不能实现对红外发射管方位的判断，所以对所述1#、2#、3#红外发射管的发射信号进行编码，那么机器人就可以判断出是哪一个红外发射管发射过来的信号；
作为一种应用举例说明，所述1#、2#、3#红外发射管的作用属于近程红外引导对接传感器范畴；所述红外管，即编号为4#的红外管是属于远程红外引导对接传感器范畴，其位于所述充电站的顶部，采用远程引导导光结构将其产生的红外光变成全方向发射的红外信号，此远程红外信号不采用编码方式进行发射；
作为一种举例说明，所述机器人单元包括：机器人本体、语音模块、接收解码模块、多媒体处理芯片和行走控制模块，详见图1所示；
所述接收解码模块含有接收头，安装在所述机器人本体的外部，所述语音模块、接收解码模块的一端均与所述多媒体处理芯片的一端电连接，所述多媒体处理芯片的另一端与所述行走控制模块的一端连接；
当所述接收解码模块接收到充电站单元上的1#、2#、3#红外发射管的红外信号后，由所述多媒体处理芯片进行解码操作，所述接收头安装在机器人本体底部的正前方，对应着所述的红外发射管的数目也是3个，每个接收头间隔45度，详见图4所示；
所述每个接收头也对应有标号，也分别为1#、2#、3#，分别对应1#红外发射管、2#红外发射管、3#红外发射管；每个红外接收头只接收对应同样编号的红外发射管的红外信号；
作为一种举例说明，对应于所述红外管，还有一个红外接收管位于所述机器人本体的顶部，并相对应的设置为4#红外接收管，且与所述充电站上所述的4#红外管的安装高度相同；
作为一种举例说明，所述语音模块包括：麦克风、喇叭、电量检测电路和管理模块；当用户在使用机器人过程中，可通过语音给机器人下达“充电”的指令，机器人接收到指令后，会自动寻找充电站，并进行充电；
当机器人在运动过程中，所述电量检测电路与管理模块检测到电压低于某一预先设定的阀值之后，会自动发出充电指令，所述机器人本体会按照一定的搜索策略搜索充电站，并进行充电，语音模块在机器人运动过程中，会做如下提醒：
(1)、电量低的时候，会语音提示“电量低”。
(2)、机器人找到充电站并充电的时候，会语音提示“已找到充电站，正在充电”。
(3)、机器人充满电的时候，会语音提示“我已经充满电！”。
(4)、机器人在搜索充电站的过程中，会语音提示机器人的各种状态。
作为一种优选实施例，所述管理模块的型号为：PMIC管理模块；
作为一种优选实施例，所述语音模块采用科大讯飞语音引擎进行语音识别和语义解析，然后生成相应的控制命令，同时根据解析结果合成语音提示音。
作为一种举例说明，所述行走控制模块包括：电机驱动模块和机器人搜索充电站算法模块；
作为一种优选实施例，所述电机驱动模块通过所述MT6735M芯片的GPIO口及驱动IC所驱动运作；
作为一种举例说明，所述电机驱动模块的GPIO口应配置成PWM模式；
为了更好的阐述本发明的技术进步，现通过算法的具体说明简要介绍本发明的工作算法原理：
搜索算法设计：
当所述电量检测电路检测到机器人本体电量低的时候，所述管理模块启动搜索充电站算法；
约束条件：所述管理模块所参考的世界坐标系必须位于机器人本体的充电区域内，将红外管及红外发射管的红外信号有效范围称为对接区域；将红外管及红外发射管之红外信号非有效区域称为非对接区域；在对接区域内无障碍物的情况下，当机器人本体处于充电站远程对接红外信号范围之外时，因为所述管理模块参考世界坐标系处于机器人的充电区域内，所以机器人本体要从当前位置规划一条路径到机器人参考世界坐标系的原点位置，然后就依次采用远程红外搜索算法、近程红外搜索算法和近程微调搜索算法进行对接充电操作；
远程红外对接区域是指远程红外管，即4#红外管的红外信号，除去所述1#、2#、3#红外发射管大约为50度左右范围之外的对接区域；
而近程红外对接区域是指所述1#、2#、3#红外发射管大约为50度范围内的信号区域；
寻原点路径规划算法
当机器人本体在运动过程中，所述电量检测电路检测到电池电量低于某一个预先设定的阀值时，所述管理模块就会自动发出充电命令，先检测自身的状态(包括当前所处的位姿，计算当前位姿与机器人参考世界坐标系原点(0,0)的距离和方位角)，当机器人判断其处于非对接区域时，那么机器人将采用人工势场方法进行路径规划和避障，在返回机器人参考世界坐标系原点之前，如果机器人检测到了来自充电站的远程对接引导红外信号的话，可以提前进入远程红外搜索阶段，采用远程红外搜索算法进行搜索，如果机器人参考世界坐标系远点位于近程对接区域内，则启动近程红外搜索算法进行搜索；
作为一种举例说明，所述远程红外搜索算法为：
当机器人本体到达其参考世界坐标系原点时，机器人本体原地自转，以检测远程对接红外信号，如果机器人本体的4#红外接收头接收到充电站上远程4#红外管发出来的红外信号时，即远程对接区域，此时机器人本体便向红外信号的方向按照Z字形路径进行行走，边走边检测近程红外引导信号；
当所述1#、2#、3#红外接收头检测到近程红外引导信号时，即近程对接区域时，机器人本体就启动近程对接算法；参照图5所示，当机器人本体从A区靠近充电站时，采用如Z字形路径进行对接信号的搜索，当机器人从C区靠近充电站时，同样采用如图所示的Z字形路径进行对接信号的搜索；当机器人从B区去靠近充电站时，则进入近程对接算法和近程微调对接算法的搜索阶段；
作为一种举例说明，所述近程红外搜索算法为：
当机器人本体进入近程对接区域时，机器人本体上三个红外接收头不断扫描接收近程1#、2#、3#红外发射管发射的红外信号，参照图6所示，充电站上3个近程引导红外发射管的信号采用编码方式，所述红外接收头检测到相关的红外信号时，可以识别出来是那个红外传感器的信号，从而判断机器人本体处于哪个红外发射管的信号范围之内；例如：当所述红外接收头只检测到3#红外发射管发出来的红外信号时，机器人向右旋转一定的角度，然后继续向前走；当机器人只检测到2#红外发射管发出来的红外信号时，机器人本体向左旋转一定的角度，然后继续向前走；当所述红接收头只检测到1#红外发射管发出来的红外信号时，机器人就启动近程微调算法进行对接；当机器人既检测到1#红外发射管发出来的红外信号，同时也检测到3#红外传感器发射出来的红外信号时，机器人本体顺时针旋转一定角度，并且沿图所示的X轴负方向前进一定距离，然后再次检测红外信号；当所述红外接收头既检测到1#红外发射管发出来的红外信号，也检测到2#红外传感器发射出来的红外信号时，此时机器人本体逆时针旋转一定角度，并且沿X轴负方向前进一定距离，然后再次检测红外信号；如果机器人同时检测到了1#、2#、3#红外传感器发来的信号时，则机器人本体就采用近程微调算法进行对接；
作为一种举例说明，所述近程微调算法为：
参照图7所示，当所述红外接收头只检测到所述1#红外发射管的红外信号时，或者同时检测到了1#、2#、3#红外传感器发来的信号时，机器人保持检测所述1#红外发射管的红外信号，并朝着所述1#红外发射管的方向运动直到对接成功；
本发明提出的采用4组红外传感器的自动充电引导方案，且红外信号采用编码的方式，通过将4组红外传感器分为一组远程引导和3组近程引导的方式和新型的导光结构，在近程引导时限制了红外传感器的信号发射范围，达到排除干扰，精度可控的目的同时，引入的远程引导方式又适当扩大红外信号的发射范围，而且在本发明中同时设计了语音模块，实时告知当前机器人的状态，方便了用户的使用；
本发明的有益效果
1、本发明的自动充电系统设计，使得机器人之充电桩的部署更加容易，只需要客户将充电桩放在靠墙的位置，然后给充电桩插上插头。这样充电桩就可以引导机器人来对接，并进行充电，方便可靠；
2、本发明提出来的语音控制机器人充电，或者语音实时提示机器人的各种状态，这使得机器人实用更加简单和方便，通过算法的优化设计，使得机器人在实际应用中的对接成功率大大提高，提高了充电效率的同时，减少了误差操作带来的负面损失；
3、独特的导光结构设计，有助于提高机器人自动充电的效率、安全度以及精确度；
附图说明
图1是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构示意框图
图2是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构之近程引导导光结构示意图
图3是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构之近程引导导光结构红外信号发射范围示意图
图4是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构之红外接收头布局示意图
图5是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构之远程对接示意图
图6是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构之近程对接示意图
图7是本发明一种具备语音提示的机器人自动充电系统结构之近程微调对接示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
一种具备语音提示的机器人自动充电系统，包括：充电站单元101和机器人单元102，所述充电站单元101用于所述机器人单元102的充电；
作为一种举例说明，所述充电站单元101包括：导光结构、发射编码模块、充电站和MCU芯片；详见图1所示；
所述MCU芯片的一端与所述发射编码模块的一端电连接，所述发射编码模块的另一端于所述导光结构的一端电连接；
为了更好的说明本发明所述之导光结构的优越性，举例说明其工作原理如下：作为一种应用举例说明，所述导光结构的作用主要是限制红外信号的发射范围；
作为一种结构举例说明，所述导光结构包括：三个红外发射管、一个放大电路、近程引导导光结构和一个红外管及远程引导导光结构；之所以设计所述近程引导导光结构主要是用来导引1#、2#、3#红外发射管的信号，将近程红外发射信号限制在一定范围内，提高近程的导引精度和效率；
所述红外发射管的信号发射发射角度为40度，进一步的，所述1#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，形成一条狭长的红外信号带，大约10度左右；所述2#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，将信号的发射角度约束为30度左右；所述3#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，将信号的发射角度约束为30度左右；
作为一种举例说明，所述近程导光结构采用透明材料与不透明材料制作，所述不透明材料包括两个左右镜像对称的L型结构和一个酒杯型结构，详见图2所示，所述L型结构的短横向下设置；信号发射范围示意图如图1所示，黑色粗线部分为不透光材料，2#和3#红外发射管信号发射范围与外框的相交部分为透明材料，所述发射范围用虚线延长线与外框相交部分表示，详见图3所示；
作为一种举例说明，所述发射编码模块安装在充电站上，发射编码模块通过所述MCU芯片并配合放大电路激发所述三个红外发射管发出38KHz的红外线；
在所述MCU芯片中，给每个所述的红外发射管设定一个标示号，例如：1#红外发射管编码,0x01；2#红外发射管编码为0x02；3#红外发射管编码为0x03；然后按照一定的规则编程实现编码，通过38KHz的载波信号将编码信息发射出去，通过位于机器人外安装的红外接收头接收红外信号，并进行解码；如果不采用红外编码，那么所述1#、2#、3#红外发射管发射出来的红外信号，都可以由机器人外部的接收头接收，那么机器人不能识别到底是由哪一个红外发射管发射出来的信号，从而不能实现对红外发射管方位的判断，所以对所述1#、2#、3#红外发射管的发射信号进行编码，那么机器人就可以判断出是哪一个红外发射管发射过来的信号；
作为一种应用举例说明，所述1#、2#、3#红外发射管的作用属于近程红外引导对接传感器范畴；所述红外管，即编号为4#的红外管是属于远程红外引导对接传感器范畴，其位于所述充电站的顶部，采用远程引导导光结构将其产生的红外光变成全方向发射的红外信号，此远程红外信号不采用编码方式进行发射；
作为一种举例说明，所述机器人单元102包括：机器人本体、语音模块、接收解码模块、多媒体处理芯片和行走控制模块，详见图1所示；
所述接收解码模块含有接收头，安装在所述机器人本体的外部，所述语音模块、接收解码模块的一端均与所述多媒体处理芯片的一端电连接，所述多媒体处理芯片的另一端与所述行走控制模块的一端连接；
当所述接收解码模块接收到充电站单元上的1#、2#、3#红外发射管的红外信号后，由所述多媒体处理芯片MT6735M进行解码操作，所述接收头安装在机器人本体底部的正前方，对应着所述的红外发射管的数目也是3个，每个接收头间隔45度，详见图4所示；
所述每个接收头也对应有标号，也分别为1#、2#、3#，分别对应1#红外发射管、2#红外发射管、3#红外发射管；每个红外接收头只接收对应同样编号的红外发射管的红外信号；
作为一种举例说明，对应于所述红外管，还有一个红外接收管位于所述机器人本体的顶部，并相对应的设置为4#红外接收管，且与所述充电站上所述的4#红外管的安装高度相同；
作为一种举例说明，所述语音模块包括：麦克风、喇叭、电量检测电路和管理模块；当用户在使用机器人过程中，可通过语音给机器人下达“充电”的指令，机器人接收到指令后，会自动寻找充电站，并进行充电；
当机器人在运动过程中，所述电量检测电路与管理模块检测到电压低于某一预先设定的阀值之后，会自动发出充电指令，所述机器人本体会按照一定的搜索策略搜索充电站，并进行充电，语音模块在机器人运动过程中，会做如下提醒：
(1)、电量低的时候，会语音提示“电量低”。
(2)、机器人找到充电站并充电的时候，会语音提示“已找到充电站，正在充电”。
(3)、机器人充满电的时候，会语音提示“我已经充满电！”。
(4)、机器人在搜索充电站的过程中，会语音提示机器人的各种状态。
作为一种优选实施例，所述管理模块的型号为：PMIC管理模块；
作为一种优选实施例，所述多媒体处理芯片的规格为：MT6735M；
作为一种举例说明，所述行走控制模块包括：电机驱动模块和机器人搜索充电站算法模块；
作为一种优选实施例，所述电机驱动模块通过所述MT6735M芯片的GPIO口及驱动IC所驱动运作；
作为一种举例说明，所述电机驱动模块的GPIO口应配置成PWM模式；
为了更好的阐述本发明的技术进步，现通过算法的具体说明简要介绍本发明的工作算法原理：
搜索算法设计：
当所述电量检测电路检测到机器人本体电量低的时候，所述管理模块启动搜索充电站算法；
约束条件：所述管理模块所参考的世界坐标系必须位于机器人本体的充电区域内，将红外管及红外发射管的红外信号有效范围称为对接区域；将红外管及红外发射管之红外信号非有效区域称为非对接区域；在对接区域内无障碍物的情况下，当机器人本体处于充电站远程对接红外信号范围之外时，因为所述管理模块参考世界坐标系处于机器人的充电区域内，所以机器人本体要从当前位置规划一条路径到机器人参考世界坐标系的原点位置，然后就依次采用远程红外搜索算法、近程红外搜索算法和近程微调搜索算法进行对接充电操作；
远程红外对接区域是指远程红外管，即4#红外管的红外信号，除去所述1#、2#、3#红外发射管大约为50度左右范围之外的对接区域；
而近程红外对接区域是指所述1#、2#、3#红外发射管大约为50度范围内的信号区域；
寻原点路径规划算法
当机器人本体在运动过程中，所述电量检测电路检测到电池电量低于某一个预先设定的阀值时，所述管理模块就会自动发出充电命令，先检测自身的状态(包括当前所处的位姿，计算当前位姿与机器人参考世界坐标系原点(0,0)的距离和方位角)，当机器人判断其处于非对接区域时，那么机器人将采用人工势场方法进行路径规划和避障，在返回机器人参考世界坐标系原点之前，如果机器人检测到了来自充电站的远程对接引导红外信号的话，可以提前进入远程红外搜索阶段，采用远程红外搜索算法进行搜索，如果机器人参考世界坐标系远点位于近程对接区域内，则启动近程红外搜索算法进行搜索；
作为一种举例说明，所述远程红外搜索算法为：
当机器人本体到达其参考世界坐标系原点时，机器人本体原地自转，以检测远程对接红外信号，如果机器人本体的4#红外接收头接收到充电站上远程4#红外管发出来的红外信号时，即远程对接区域，此时机器人本体便向红外信号的方向按照Z字形路径进行行走，边走边检测近程红外引导信号；
当所述1#、2#、3#红外接收头检测到近程红外引导信号时，即近程对接区域时，机器人本体就启动近程对接算法；参照图5所示，当机器人本体从A区靠近充电站时，采用如Z字形路径进行对接信号的搜索，当机器人从C区靠近充电站时，同样采用如图所示的Z字形路径进行对接信号的搜索；当机器人从B区去靠近充电站时，则进入近程对接算法和近程微调对接算法的搜索阶段；
作为一种举例说明，所述近程红外搜索算法为：
当机器人本体进入近程对接区域时，机器人本体上三个红外接收头不断扫描接收近程1#、2#、3#红外发射管发射的红外信号，参照图6所示，充电站上3个近程引导红外发射管的信号采用编码方式，所述红外接收头检测到相关的红外信号时，可以识别出来是那个红外传感器的信号，从而判断机器人本体处于哪个红外发射管的信号范围之内；例如：当所述红外接收头只检测到3#红外发射管发出来的红外信号时，机器人向右旋转一定的角度，然后继续向前走；当机器人只检测到2#红外发射管发出来的红外信号时，机器人本体向左旋转一定的角度，然后继续向前走；当所述红接收头只检测到1#红外发射管发出来的红外信号时，机器人就启动近程微调算法进行对接；当机器人既检测到1#红外发射管发出来的红外信号，同时也检测到3#红外传感器发射出来的红外信号时，机器人本体顺时针旋转一定角度，并且沿图所示的X轴负方向前进一定距离，然后再次检测红外信号；当所述红外接收头既检测到1#红外发射管发出来的红外信号，也检测到2#红外传感器发射出来的红外信号时，此时机器人本体逆时针旋转一定角度，并且沿X轴负方向前进一定距离，然后再次检测红外信号；如果机器人同时检测到了1#、2#、3#红外传感器发来的信号时，则机器人本体就采用近程微调算法进行对接；
作为一种举例说明，所述近程微调算法为：
参照图7所示，当所述红外接收头只检测到所述1#红外发射管的红外信号时，或者同时检测到了1#、2#、3#红外传感器发来的信号时，机器人保持检测所述1#红外发射管的红外信号，并朝着所述1#红外发射管的方向运动直到对接成功；
本发明提出的采用4组红外传感器的自动充电引导方案，且红外信号采用编码的方式，通过将4组红外传感器分为一组远程引导和3组近程引导的方式和新型的导光结构，在近程引导时限制了红外传感器的信号发射范围，达到排除干扰，精度可控的目的同时，引入的远程引导方式又适当扩大红外信号的发射范围，而且在本发明中同时设计了语音模块，实时告知当前机器人的状态，方便了用户的使用；
本发明的自动充电系统设计，使得机器人之充电桩的部署更加容易，只需要客户将充电桩放在靠墙的位置，然后给充电桩插上插头。这样充电桩就可以引导机器人来对接，并进行充电，方便可靠；本发明提出来的语音控制机器人充电，或者语音实时提示机器人的各种状态，这使得机器人实用更加简单和方便，通过算法的优化设计，使得机器人在实际应用中的对接成功率大大提高，提高了充电效率的同时，减少了误差操作带来的负面损失；独特的导光结构设计，有助于提高机器人自动充电的效率、安全度以及精确度；
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，包括：充电站单元和机器人单元，所述充电站单元用于所述机器人单元的充电；所述充电站单元包括：导光结构、发射编码模块、充电站和MCU芯片；所述MCU芯片的一端与所述发射编码模块的一端电连接，所述发射编码模块的另一端与所述导光结构的一端电连接；
所述导光结构包括：1#、2#、3#三个红外发射管、一个放大电路、近程引导导光结构和一个红外管及远程引导导光结构；所述近程引导导光结构主要是用来导引1#、2#、3#红外发射管的信号，将近程红外发射信号限制在一定范围内，提高近程的导引精度和效率；所述红外发射管的信号发射角度为40度，所述1#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，形成一条狭长的红外信号带，大约10度；所述2#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，将信号的发射角度约束为30度左右；所述3#红外发射管的红外信号通过其前部的导光结构，将信号的发射角度约束为30度左右；所述近程引导导光结构采用透明材料与不透明材料制作，所述不透明材料包括两个左右镜像对称的L型结构和一个酒杯型结构，所述L型结构的短横向下设置；所述发射编码模块安装在充电站上，发射编码模块通过所述MCU芯片并配合放大电路激发所述三个红外发射管发出38KHz的红外线；
所述机器人单元包括：机器人本体、语音模块、接收解码模块、多媒体处理芯片和行走控制模块，所述接收解码模块含有接收头，安装在所述机器人本体的外部，所述语音模块、接收解码模块的一端均与所述多媒体处理芯片的一端电连接，所述多媒体处理芯片的另一端与所述行走控制模块的一端连接；所述接收头安装在机器人本体底部的正前方，对应着所述的红外发射管的数目也是3个，每个接收头间隔45度，所述每个接收头也对应有标号，也分别为1#、2#、3#，分别对应1#红外发射管、2#红外发射管、3#红外发射管；每个红外接收头只接收对应同样编号的红外发射管的红外信号；还有一个红外接收管位于所述机器人本体的顶部，并相对应的设置为4#红外接收管，且与所述充电站上的4#红外管的安装高度相同；所述语音模块包括：麦克风、喇叭、电量检测电路和管理模块；所述行走控制模块包括：电机驱动模块和机器人搜索充电站算法模块。
2.根据权利要求1所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述的每个红外发射管在所述MCU芯片中都设定一个标示号，1#红外发射管编码,0x01；2#红外发射管编码为0x02；3#红外发射管编码为0x03，并按照一定的规则编程实现编码，通过38KHz的载波信号将编码信息发射出去。
3.根据权利要求2所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述4#红外管是属于远程红外引导对接传感器范畴，此远程红外信号不采用编码方式进行发射。
4.根据权利要求1所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述管理模块的型号为：PMIC管理模块。
5.根据权利要求1所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述多媒体处理芯片的规格为：MT6735M。
6.根据权利要求5所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述电机驱动模块通过所述MT6735M芯片的GPIO口及驱动IC所驱动运作。
7.根据权利要求1所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述电机驱动模块的GPIO口应配置成PWM模式。
8.根据权利要求1所述的一种具备语音提示的机器人自动充电系统，其特征在于，所述算法模块包括：远程红外搜索算法、近程红外搜索算法和近程微调算法。
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