CN105576780B - 机器人电磁感应式自动充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人电磁感应式自动充电系统及方法，具体公开了所述机器人电磁感应式自动充电系统包括：设置在机器人上的机器人电能接收装置及置于地面的地面电能发射装置，其中，所述机器人电能接收装置包括：机器人控制中心、第一无线通信模块、电池、电能接收模块、设置在机器人底部的接收线圈；所述地面电能发射装置包括：地面控制器、地面发射线圈、第二无线通信模块、电能发射模块。通过本发明的机器人电磁感应非接触式自动充电系统并利用已安装的摄像头自动垂直对准地面电能发射装置的方法，不但提高了机器人工作效率，增强机器人的智能化，降低生产成本，提高充电效率，且该充电方式对恶劣天气条件适应性强，亦适于机器人室外工作。

Description

机器人电磁感应式自动充电系统及方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人电磁感应式自动充电系统及方法。

背景技术

随着时代的进步和科技的飞跃发展，机器人已成为人们所熟知的产品。目前，机器人被广泛应用于生活领域，如具有预警、自动寻路、娱乐、教育等功能，给人们的生活带来了很大的便利。

现有的机器人中，大部分是采用充电电池作为动力源。因而，在充电电池电量不足时，需要用户将充电电池与外部电源连接，完成充电过程。这不仅会增加用户的工作量，而且，在人手紧缺的工作环境下，一旦由于充电电池电量不足而未能及时发现，会造成机器人停止工作，从而降低了机器人的智能化和工作效率

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种机器人电磁感应式自动充电系统及方法，旨在解决现有机器人充电方式工作量大、效率低及成本高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种机器人电磁感应式自动充电系统，其中，包括：

设置在机器人上的机器人电能接收装置及置于地面的地面电能发射装置；

所述机器人电能接收装置包括机器人控制中心、第一无线通信模块、电池、电能接收模块及设置在机器人底部的接收线圈；

所述机器人控制中心用于控制电能接收模块的逻辑时序和稳定性，使无线充电顺利进行，该机器人控制中心还用于控制第一无线通信模块进行数据传输；

所述地面电能发射装置包括地面控制器、地面发射线圈、第二无线通信模块及电能发射模块，所述地面发射线圈位于地面电能发射装置的顶部；

所述地面控制器用于控制电能发射模块的逻辑时序和稳定性，还用于控制第二无线通信模块进行数据传输；

所述电能发射模块用于将低频交流电转换为高频交流电；

所述地面发射线圈用于通过高频交变电流产生高频的交流磁场；

当接收线圈位于地面发射线圈产生的交流磁场时，产生相应的交变电流，并由电能接收模块转换为直流电并提供给电池存储。

所述的机器人电磁感应式自动充电系统，其中，所述地面电能发射装置还包括设置在地面发射线圈两侧和前端的挡板。

所述的机器人电磁感应式自动充电系统，其中，所述机器人电能接收装置还包括位于机器人正前方用于采集图像的摄像头，所述机器人控制中心控制摄像头采集图像并与预存图像进行比对。

所述的机器人电磁感应式自动充电系统，其中，所述机器人电能接收装置还包括位于摄像头下方用于测定距离的超声波传感器，所述机器人控制中心控制读取超声波传感器感应的数据。

所述的机器人电磁感应式自动充电系统，其中，所述地面电能发射装置还包括设置在地面发射线圈侧边的两条导轨。

一种应用如上所述的机器人电磁感应式自动充电系统的自动充电方法，其中，包括步骤：

a、机器人控制中心检测电池的剩余电量，当检测到剩余电量低于一预设的充电阈值时，机器人进入充电模式；

b、机器人控制中心控制机器人向地面电能发射装置移动，使接收线圈位于地面发射线圈上方，然后机器人控制中心通过第一无线通信模块和第二无线通信模块控制地面电能发射装置开启充电；

c、电能发射模块将低频交流电转换为高频交流电，地面发射线圈通过高频交变电流产生高频的交流磁场；接收线圈产生相应的交变电流，并由电能接收模块转换为直流电并提供给电池存储，实现对电池进行充电。

所述的机器人电磁感应式自动充电方法，其中，所述机器人电能接收装置还包括位于机器人正前方用于采集图像的摄像头，所述机器人控制中心控制摄像头采集图像并与预存图像进行匹配；

所述步骤b具体包括：

b1、在机器人处于充电模式时，机器人控制中心按照预订路线或路径规划，控制机器人从当前位置向地面电能发射装置移动；

b2、在到达地面电能发射装置后，机器人控制中心控制摄像头转动到预设角度进行图像采集，然后将采集的图像与预存图像进行匹配，根据匹配度判断机器人是否与地面电能发射装置垂直正对；

b3、在匹配度达到匹配阈值时，则机器人与地面电能发射装置垂直正对，而未达到匹配阈值时，则机器人控制中心控制摄像头先向左转动一个角度再采集图像，当匹配度下降时，则机器人控制中心控制摄像头向右转动再采集图像，直至达到匹配阈值，使机器人与地面电能发射装置垂直正对。

所述的机器人电磁感应式自动充电方法，其中，所述机器人电能接收装置还包括位于摄像头下方用于测定距离的超声波传感器，所述机器人控制中心控制读取超声波传感器感应的数据；

所述步骤b3之后还包括：

b4、在机器人与地面电能发射装置垂直正对时，机器人控制中心控制机器人进一步向地面电能发射装置移动，机器人控制中心同时读取超声波传感器数据，将超声波传感器数据与预定参考值进行比对，判断接收线圈是否位于地面发射线圈上方；

b5、在超声波传感器数据与预定参考值一致时，则接收线圈位于地面发射线圈上方，此时机器人控制中心控制机器人停止移动，若超声波传感器数据与预定参考值不一致，则机器人控制中心继续控制机器人移动直至接收线圈位于地面发射线圈上方；

b6、机器人控制中心检测机器人是否满足充电条件，当接收线圈与地面发射线圈间存在异物及电路故障时，判断为机器人不满足充电条件，并发出警报声，当满足充电条件时，机器人控制中心控制第一无线通信模块发出开启充电信号至地面电能发射装置，地面电能发射装置通过第二无线通信模块接到开启充电信号后，开启充电对电池进行充电。

所述的机器人电磁感应式自动充电方法，其中，所述地面电能发射装置还包括设置在地面发射线圈两侧和前端的挡板；所述步骤b5中，所述机器人在地面发射线圈挡板的约束作用下移动至最佳充电位置。

所述的机器人电磁感应式自动充电方法，其中，所述步骤c还包括以下步骤：

c1、机器人控制中心实时检测电池电量，在检测出电量充满时结束充电，机器人控制中心控制第一无线通信模块发出关闭充电信号，地面电能发射装置通过第二无线通信模块接到关闭充电信号后，关闭地面电能发射装置；

c2、机器人控制中心控制机器人离开地面电能发射装置，移动至之前工作地点，机器人继续完成指定工作。

有益效果：本发明的一种机器人电磁感应式自动充电系统及方法，本发明利用电磁感应非接触式自动充电系统就能完成充电，使得机器人在电池电量不足时，无需人工干预，大大避免了机器人充电的工作量，提高了充电效率，降低了生产成本，还有效提高了机器人工作效率，增强机器人的智能化。

附图说明

图1为本发明一实施例的机器人电磁感应式自动充电系统的结构框图。

图2为图1所示系统中地面发射装置的结构示意图。

图3为本发明一实施例的机器人电磁感应式自动充电方法的流程图。

图4为图3所示方法中步骤S200的具体流程图。

图5为图4所示方法中步骤S230之后的具体流程图。

图6为图3所示方法中步骤S300的具体流程图。

图7为本发明一实施例的机器人工作流程图。

具体实施方式

本发明提供一种机器人电磁感应式自动充电系统及方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。

图1为本发明一实施例的机器人电磁感应式自动充电系统的结构框图。

如图1所示，本发明一实施例的机器人电磁感应式自动充电系统包括设置在机器人上的机器人电能接收装置1及置于地面的地面电能发射装置2。

本发明中，所述机器人电能接收装置1包括机器人控制中心11、电能接收模块12、设置在机器人底部的接收线圈13、第一无线通信模块14、电池15、摄像头16及超声波传感器17。

本发明中，所述地面电能发射装置2包括地面控制器21、第二无线通信模块22、电能发射模块23及地面发射线圈24，所述地面发射线圈24位于地面电能发射装置2的顶部。

本发明中，所述机器人控制中心11用于控制电能接收模块12的逻辑时序和稳定性，使无线充电顺利进行；所述机器人控制中心11还用于控制第一无线通信模块14进行数据传输。所述第一无线通信模块14用于实现数字信号与无线信号的转换，并与地面电能发射装置2中第二通信模块22共同实现机器人控制中心11和地面控制器21的沟通及协调控制，从而使机器人充电自动完成。

本发明中，所述摄像头16设置于机器人正前方，所述摄像头16用于采集图像，所述机器人控制中心11控制摄像头16转动到预定角度再采集图像，并将采集图像与预存图像进行匹配，根据匹配度判断机器人是否与地面电能发射装置2垂直正对。这是由于机器人移动至地面电能发射装置2时，机器人与地面电能发射装置2可能有一定的角度，致使机器人不能到达地面电能发射装置2，本发明通过使用已经安装的摄像头16完成图像匹配这一任务，根据匹配度自动调节机器人与地面电能发射装置2垂直正对，提高了机器人充电效率，方法简单，且无需为机器人安装额外的红外传感器，从而降低了成本。

本发明中，所述机器人控制中心11控制读取超声波传感器17感应的数据，并将超声波传感器数据与预定参考值进行比对，以确保接收线圈13位于地面发射线圈23正上方，有利于更好的实现地面发射装置2对电池15进行充电。

本发明中，所述地面控制器21用于控制电能发射模块23的逻辑时序和稳定性，还用于控制第二无线通信模块22进行数据传输。

本发明中，所述电能发射模块23用于将低频交流电转换为高频交流电，例如，所述电能发射模块23将220V/380V，50HZ的家庭/工业用低频交流电转换为高压高频电流；所述地面发射线圈24用于通过高频交流电产生高频的交流磁场，当接收线圈13位于地面发射线圈24产生的交流磁场时，产生相应的交变电流，并由电能接收模块12转换为直流电并提供给电池15存储。

图2为本发明一实施例的地面发射装置2的结构示意图。如图2所示，本发明所述地面电能发射装置2还包括设置在地面发射线圈24两侧的挡板（图中未示出），以及设置在地面发射线圈24前端的挡板26，此外，所述地面电能发射装置2还包括设置在地面发射线圈24侧边的两条导轨25。这是由于本发明机器人充电系统是一种电磁感应非接触式充电系统，作为初级线圈的地面发射线圈24与作为次级线圈的接收线圈13两者的位置对准程度越高，其充电效率就越高，故根据机器人大小及接收线圈13的摆放位置，设计相应的挡板26宽度，挡板26高度依据机器人超声波传感器17距地面高度而定，挡板26高度不得低于机器人超声波传感器17距地面的高度，以便机器人进入地面充电装置2时可根据距离检测是否达到最佳充电位置，从而使得机器人更快速更准确地进入最佳充电位置。且挡板26的形状也可根据需要进行调整。

图3为本发明一实施例的机器人电磁感应式自动充电方法的流程图。如图3所示，本发明还提供一种应用如上所述的机器人电磁感应式自动充电系统的自动充电方法，其中，包括步骤：

S100、机器人控制中心11检测电池15的剩余电量，当检测到剩余电量低于一预设的充电阈值时，机器人进入充电模式。

具体的，所述充电模式即为机器人电池电量低于预先设定电量不足的充电阈值时，机器人要移动至地面电能发射装置的一种模式。

S200、机器人控制中心11控制机器人向地面电能发射装置2移动，使接收线圈13位于地面发射线圈24上方，然后机器人控制中心11通过第一无线通信模块14和第二无线通信模块22控制地面电能发射装置2开启充电。

本发明中，如图4所示，所述步骤S200具体包括：

S210、在机器人处于充电模式时，机器人控制中心11按照预订路线或路径规划，控制机器人从当前位置向地面电能发射装置2移动。

S220、在到达地面电能发射装置2后，机器人控制中心11控制摄像头转动到预设角度进行图像采集，然后将采集的图像与预存图像进行匹配，根据匹配度判断机器人是否与地面电能发射装置2垂直正对。

具体的，在机器人出厂前，使用机器人摄像头16以预定角度和预定距离（预定距离在机器人到达指定目标点的允许误差范围内，即模拟机器人到达地面电能发射装置2时拍摄图片），在正常光照条件下，在垂直正对地面电能发射装置2的角度拍摄图片，将地面电能发射装置2的图像存入机器人控制中心11，在机器人执行任务电量不足时，机器人控制中心11控制摄像头16转动到预设角度进行图像采集，然后将采集的图像与地面电能发射装置2的预存图像进行匹配，根据匹配度自动调节机器人到达地面电能发射装置2，从而有效确保机器人与地面发射装置2垂直正对。

S230、在匹配度达到匹配阈值时，则机器人与地面电能发射装置2垂直正对，而未达到匹配阈值时，则机器人控制中心11控制摄像头16先向左转动一个角度再采集图像，当匹配度下降时，则机器人控制中心11控制摄像头16向右转动一个角度再采集图像，直至达到匹配阈值，即机器人与地面电能发射装置2垂直正对。

本发明中，所述机器人电能接收装置1还包括位于摄像头16下方用于测定距离的超声波传感器17，所述机器人控制中心11控制读取超声波传感器17感应的数据。

如图5所示，所述步骤S230之后还包括：

S240、在机器人与地面电能发射装置2垂直正对时，机器人控制中心11控制机器人进一步向地面电能发射装置2移动，机器人控制中心11同时读取超声波传感器17数据，将超声波传感器数据17与预定参考值进行比对，判断接收线圈13是否位于地面发射线圈24上方。这是由于接收线圈13与地面发射线圈24两者的位置对准程度越高，机器人充电效率就越高。

S250、在超声波传感器17数据与预定参考值一致时，则接收线圈13位于地面发射线圈24上方，此时机器人控制中心11控制机器人停止移动，即机器人位于最佳充电位置，若超声波传感器17数据与预定参考值不一致，则机器人控制中心11继续控制机器人移动直至超声波传感器17数据与预定参考值一致，从而确保接收线圈13位于地面发射线圈24上方。

S260、机器人控制中心11检测机器人是否满足充电条件，当接收线圈13与地面发射线圈24间存在异物及电路故障时，判断为机器人不满足充电条件，并发出警报声，当满足充电条件时，机器人控制中心11控制第一无线通信模块14发出开启充电信号至地面电能发射装置2，地面电能发射装置2通过第二无线通信模块22接到开启充电信号后，开启充电对电池15进行充电。

本发明中，所述地面电能发射装置2还包括设置在地面发射线圈24一侧和前端的挡板26；所述步骤S250中，所述机器人在地面发射线圈24挡板26的约束作用下移动至最佳充电位置。

S300、电能发射模块23将低频交流电转换为高频交流电，地面发射线圈24通过高频交变电流产生高频的交流磁场；接收线圈13产生相应的交变电流，并由电能接收模块12转换为直流电并提供给电池15存储，实现对电池15进行充电。

本发明中，如图6所示，所述步骤S300还包括以下步骤：

S310、机器人控制中心11实时检测电池15电量，在检测出电量充满时结束充电，机器人控制中心11控制第一无线通信模块14发出关闭充电信号，地面电能发射装置2通过第二无线通信模块22接到关闭充电信号后，关闭地面电能发射装置2。

S320、机器人控制中心11控制机器人离开地面电能发射装置2，移动至之前工作地点，机器人继续完成指定工作。

如图7所示，其为本发明一实施例的机器人工作流程图，如图所示，其包括：

F1、开始；

F2、机器人在指定区域进行工作；

F3、检测机器人剩余电量；

F4、判断是否为充电模式，若是则执行步骤F5，否则返回步骤F2；

F5、机器人到达地面充电设备；

F6、拍摄图像进行机器人与地面电能发射装置方向矫正；

F7、到达最佳充电位置；

F8、停下机器人；

F9、判断是否可以充电，若是则执行步骤F10，否则返回步骤F8；

F10、开启充电系统传输电能；

F11、判断是否完成充电，若是则执行步骤F12，否则继续充电；

F12、关闭充电系统；

F13、结束；

本发明提供的一种机器人电磁感应式自动充电系统及方法，通过利用电磁感应非接触式自动充电系统就能完成充电，使得机器人在电池电量不足时，无需人工干预，大大避免了机器人充电的工作量，提高了充电效率，降低了生产成本，还有效提高了机器人工作效率，增强机器人的智能化，且该充电方式对恶劣天气条件适应性强，亦适于机器人室外工作，室外充电。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种机器人电磁感应式自动充电系统，其特征在于，包括：

设置在机器人上的机器人电能接收装置及置于地面的地面电能发射装置；

所述机器人电能接收装置包括机器人控制中心、第一无线通信模块、电池、电能接收模块及设置在机器人底部的接收线圈；

所述机器人控制中心用于控制电能接收模块的逻辑时序和稳定性，使无线充电顺利进行，该机器人控制中心还用于控制第一无线通信模块进行数据传输；

所述地面电能发射装置包括地面控制器、地面发射线圈、第二无线通信模块及电能发射模块，所述地面发射线圈位于地面电能发射装置的顶部；

所述地面控制器用于控制电能发射模块的逻辑时序和稳定性，还用于控制第二无线通信模块进行数据传输；

所述电能发射模块用于将低频交流电转换为高频交流电；

所述地面发射线圈用于通过高频交变电流产生高频的交流磁场；

当接收线圈位于地面发射线圈产生的交流磁场时，产生相应的交变电流，并由电能接收模块转换为直流电并提供给电池存储；

所述机器人电能接收装置还包括位于机器人正前方用于采集图像的摄像头，所述机器人控制中心控制摄像头采集图像并与预存图像进行比对，根据匹配度判断机器人是否与地面电能发射装置垂直正对；

在匹配度达到匹配阈值时，则机器人与地面电能发射装置垂直正对，而未达到匹配阈值时，则机器人控制中心控制摄像头先向左转动一个角度再采集图像，当匹配度下降时，则机器人控制中心控制摄像头向右转动再采集图像，直至达到匹配阈值，使机器人与地面电能发射装置垂直正对；

所述机器人电能接收装置还包括位于摄像头下方用于测定距离的超声波传感器，所述机器人控制中心控制读取超声波传感器感应的数据，并将超声波传感器数据与预定参考值进行比对，以确保接收线圈位于地面发射线圈正上方。

2.根据权利要求1所述的机器人电磁感应式自动充电系统，其特征在于，所述地面电能发射装置还包括设置在地面发射线圈两侧和前端的挡板。

3.根据权利要求1所述的机器人电磁感应式自动充电系统，其特征在于，所述地面电能发射装置还包括设置在地面发射线圈侧边的两条导轨。

4.一种应用如权利要求1所述的机器人电磁感应式自动充电系统的自动充电方法，所述机器人电能接收装置还包括位于机器人正前方用于采集图像的摄像头，所述机器人控制中心控制摄像头采集图像并与预存图像进行匹配，其特征在于，包括步骤：

a、机器人控制中心检测电池的剩余电量，当检测到剩余电量低于一预设的充电阈值时，机器人进入充电模式；

b、机器人控制中心控制机器人向地面电能发射装置移动，使接收线圈位于地面发射线圈上方，然后机器人控制中心通过第一无线通信模块和第二无线通信模块控制地面电能发射装置开启充电；

c、电能发射模块将低频交流电转换为高频交流电，地面发射线圈通过高频交变电流产生高频的交流磁场；接收线圈产生相应的交变电流，并由电能接收模块转换为直流电并提供给电池存储，实现对电池进行充电；

所述步骤b具体包括：

b1、在机器人处于充电模式时，机器人控制中心按照预订路线或路径规划，控制机器人从当前位置向地面电能发射装置移动；

b2、在到达地面电能发射装置后，机器人控制中心控制摄像头转动到预设角度进行图像采集，然后将采集的图像与预存图像进行匹配，根据匹配度判断机器人是否与地面电能发射装置垂直正对；

b3、在匹配度达到匹配阈值时，则机器人与地面电能发射装置垂直正对，而未达到匹配阈值时，则机器人控制中心控制摄像头先向左转动一个角度再采集图像，当匹配度下降时，则机器人控制中心控制摄像头向右转动再采集图像，直至达到匹配阈值，使机器人与地面电能发射装置垂直正对。

5.根据权利要求4所述的机器人电磁感应式自动充电系统的自动充电方法，其特征在于，所述机器人电能接收装置还包括位于摄像头下方用于测定距离的超声波传感器，所述机器人控制中心控制读取超声波传感器感应的数据；

所述步骤b3之后还包括：

b4、在机器人与地面电能发射装置垂直正对时，机器人控制中心控制机器人进一步向地面电能发射装置移动，机器人控制中心同时读取超声波传感器数据，将超声波传感器数据与预定参考值进行比对，判断接收线圈是否位于地面发射线圈上方；

b5、在超声波传感器数据与预定参考值一致时，则接收线圈位于地面发射线圈上方，此时机器人控制中心控制机器人停止移动，若超声波传感器数据与预定参考值不一致，则机器人控制中心继续控制机器人移动直至接收线圈位于地面发射线圈上方；

b6、机器人控制中心检测机器人是否满足充电条件，当接收线圈与地面发射线圈间存在异物及电路故障时，判断为机器人不满足充电条件，并发出警报声，当满足充电条件时，机器人控制中心控制第一无线通信模块发出开启充电信号至地面电能发射装置，地面电能发射装置通过第二无线通信模块接到开启充电信号后，开启充电对电池进行充电。

6.根据权利要求5所述的机器人电磁感应式自动充电系统的自动充电方法，其特征在于，所述地面电能发射装置还包括设置在地面发射线圈两侧和前端的挡板；所述步骤b5中，所述机器人在地面发射线圈挡板的约束作用下移动至最佳充电位置。

7.根据权利要求4所述的机器人电磁感应式自动充电系统的自动充电方法，其特征在于，所述步骤c还包括以下步骤：

c1、机器人控制中心实时检测电池电量，在检测出电量充满时结束充电，机器人控制中心控制第一无线通信模块发出关闭充电信号，地面电能发射装置通过第二无线通信模块接到关闭充电信号后，关闭地面电能发射装置；

c2、机器人控制中心控制机器人离开地面电能发射装置，移动至之前工作地点，机器人继续完成指定工作。