CN105700522B - 一种机器人充电方法及其充电系统 - Google Patents

Abstract

一种机器人充电方法及其充电系统，包括安装于机器人本体四周的远红外接收器接收所述红外线；根据各个红外接收器接收到的信息，计算出机器人在坐标地图中的位置，调整行进路线；机器人接收充电站区域的编码信息，根据编码信息进行Z字行走；在机器人行走过程中扫描到条形码信息时，则可调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置；机器人的充电插头插入充电站插座中实现对所述机器人的充电。发方法成本低，且获取位置坐标方法简单，无需对四周扫描的图像进行解析等复杂算法，保证机器人寻找充电站效率的同时，大大降低了定位设备的成本。

Description

一种机器人充电方法及其充电系统

技术领域

本发明属于机器人自主充电领域，尤其涉及一种机器人充电方法及其充电系统。

背景技术

移动机器人自主充电功能可以延长机器人的自治时间，增加其活动范围，实现连续任务动作。自主充电技术要求机器人能快速寻找充电站，机器人与充电站之间有较高的传输电能效率并且充电安全、快速。

自主充电较为重要的一点就是机器人能够在活动区域范围内快速，准确的定位自身及充电站的位置，并选择合理路径到达充电站进行充电。

现有机器人寻找充电站的方式主要分为两种：

1)机器人以漫游或循迹、寻墙的行走方式寻找充电站引导区，进入引导区后以一定的路径规划实现与充电站的对接充电。该方法优点是简单易行，但机器人定位充电站的效率较低，如遇障碍物较多的环境，很可能导致在搜索过程中电池电量耗尽。

2)机器人内部建立活动区域的地图，在当前位置旋转一周，利用激光传感、机器视觉等技术扫描周围环境，通过识别周围物体形状和距离，确定机器人在地图中的位置，驶向充电站方向。运动过程中实时对周围环境进行判断，并根据机器人行走的距离和角度判断机器人行走距离和当前方向，如果扫描到充电站形状的物体，则调整机器人角度与充电站距离，使其沿直线驶向充电站完成充电过程。该方法优点是机器人通过对周围环境的判断可以准确、快速的定位充电站的位置并完成对接过程。但缺点是识别设备(例如激光传感器，视觉相机等)的成本相当高，会大大增加机器的制造成本。

由上可知，具有定位自身位置设备的机器人，寻找充电站的过程效率较高，但机器人成本也相当高。不具有定位设备的机器人虽然成本较低，但搜索充电站的能力与效率较低。所以机器人搜寻效率与定位设备成本严重相互制约。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于红外引导的机器人自主充电方法及其充电系统，其可克服现有技术的缺陷，减少了充电站定位于电极对接所需的时间和算法，提高了对接效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于红外引导的机器人自主充电方法，包括如下步骤：

红外线发射器发射红外线；

安装于机器人本体四周的远红外接收器接收所述红外线；

根据各个红外接收器接收到的信息，计算出机器人在坐标地图中的位置，调整行进路线；

机器人接收充电站区域的编码信息，根据编码信息进行Z字行走；

在机器人行走过程中扫描到条形码信息时，则可调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置；

机器人的充电插头插入充电站插座中实现对所述机器人的充电。

优选的，在所述红外线发射器发射红外线之前，还包括：建立机器人活动区域的红外线发射坐标地图，具体为：在机器人的活动区域中每隔相同的距离装一个红外发射器，每个红外发射器以X或Y的坐标信息来标记自身在所在活动区域中的行或列的位置。

优选的，所述方法还包括在机器人本体上每隔45°设置一个红外接收器，共8个。

优选的，所述根据各个红外接收器接收到的信息，计算出机器人在坐标地图中的位置，调整行进路线，具体方法为：计算当前的坐标与充电站坐标的差值，若差值逐渐增大，则判断机器人正逐渐远离充电站，此时，机器人转头向反方向寻找差值逐渐减小的方向前进。

优选的，所述条形码信息包括距离充电站的角度和距离，当机器人扫描到该条形码信息时，机器人通过调整自身行进角度和距离的调整来靠近充电站。

本发明还提供一种机器人充电系统，包括：

红外线发射器，用于在机器人的活动区域内发射红外线来建立坐标地图；

红外线接收器，用于接收所述红外线；

行动判断模块，用于根据接收的红外线信息计算当前坐标与充电站坐标差值；

驱动模块，用于接收行动判断模块发送的坐标差值，根据坐标差值驱动机器人行走；

扫描模块，安装于机器人本体上，用于扫描设在充电站电极正下方的地面上铺设的条形码；

行动补偿模块，用于根据所述条形码信息调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置。

优选的，所述驱动模块还用于当机器人进入充电站区域后，根据机器人本体接收到的编码信息驱动机器人呈Z字形行走。

优选的，所述系统还包括：充电插头，设置在机器人本体上，充电站包括充电插座，通过将充电插头插入充电插座完成机器人的充电。

优选的，所述系统还包括：声呐避障模块，安装于机器人本体上，用于提示机器人本体的前方障碍物信息。

本发明通过将红外传感器以行、纵坐标的方式分布，对机器人活动的空间平面进行标记。机器人运动时，本体上的红外接收器可以实时接收到空间中分布的行、纵坐标，即机器人当前位置坐标。通过与坐标地图的比较，可以快速找到充电站引导区，实现充电对接。红外传感器成本低，且获取位置坐标方法简单，无需对四周扫描的图像进行解析等复杂算法，保证机器人寻找充电站效率的同时，大大降低了定位设备的成本。

附图说明

图1是本发明充电方法流程图。

图2是本发明红外线接收器分布图。

图3是本发明充电系统结构框图。

图4是本发明实施例示意图。

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楚明白，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。

参考图1所示，为本发明提供的机器人充电方法流程图，该方法包括：

S10：红外线发射器发射红外线。

在红外线发射器发射红外线之前，还包括：建立机器人活动区域的红外线发射坐标地图。具体为：在机器人的活动区域中(可为多个带有门窗的房间)每隔相同的距离装一个红外发射器，每个红外发射器以X或Y的坐标信息来标记自身在所在活动区域中的行或列的位置，对于房间中远离门和窗的位置，将红外发射器分别放置于凹面镜中，使得红外发射器发出的红外光近似平行。而对于门和窗的位置，红外发射器置于门框和窗框的左右两侧，并使其呈扇面发射。同时，在门框两侧的同一直线上还要各放置两个能够发射平行光的红外线发射器，使机器人能够判断出门的边界位置。

S20：安装于机器人本体四周的远红外接收器接收所述红外线。

图2为机器人本体上的红外接收器分布图，可以看出，在机器人本体上每隔45°设置一个红外接收器，共8个。将8个红外接收器顺时针编号。

S30：根据各个红外接收器接收到的信息，计算出机器人在坐标地图中的位置，调整行进路线。

具体为：机器人移动过程中根据接收的红外线信息实时计算当前的坐标与充电站坐标的差值，若差值逐渐增大，则判断机器人正逐渐远离充电站。此时，机器人转头向反方向寻找差值逐渐减小的方向前进。

S40：机器人接收充电站区域的编码信息，根据编码信息进行Z字行走。

在充电站区域中，设有扇形区域红外发射管，用于发射充电站区域的编码信息。当机器人进入到充电区域内，根据机器人本体四周的8个红外接收器采集到的编码信息，调整机器人前进方向，使其在充电区域内呈Z字形行走。

S50：在机器人行走过程中扫描到条形码信息时，则可调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置。

充电站电极正下方的地面上铺设长度为1m的条形码，该条形码信息包括距离充电站的角度和距离。当机器人在行走过程中扫描到该条形码的信息时，则机器人通过调整自身行进角度和距离的调整来靠近充电站。

S60：机器人的充电插头插入充电站插座中实现对所述机器人的充电。

如图3所示，本发明还提供一种机器人充电系统，具体包括：

红外线发射器1，用于在机器人的活动区域内发射红外线来建立坐标地图。所述红外发射器可为若干个，每个红外发射器以X或Y的坐标信息来标记自身在所在活动区域中的行或列的位置；红外线接收器2，共8个，标号分别为21-28，均匀分布在机器人本体10的四周，即每隔45°设置一个红外接收器，用于接收所述红外线；行动判断模块3，用于根据接收的红外线信息计算当前坐标与充电站坐标差值，并将差值实时的发送给驱动模块4；驱动模块4，用于接收行动判断模块3发送的坐标差值，根据坐标差值驱动机器人行走；所述驱动模块4还用于在机器人进入充电站区域后，根据机器人本体10接收到的编码信息驱动机器人呈Z字形行走；扫描模块5安装于机器人本体10上，用于扫描设在充电站电极正下方的地面上铺设的条形码；行动补偿模块6，根据所述条形码信息调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置；充电插头7，设置在机器人本体上，充电站8包括充电插座81，通过将充电插头7插入充电插座81完成机器人的充电。

所述机器人充电系统还包括：声呐避障模块9，安装于机器人本体10上，用于提示机器人本体10的前方障碍物信息。

优选的，驱动模块4接收行动判断模块3发送的坐标差值，若差值逐渐增大，则判断机器人正逐渐远离充电站。驱动模块4驱动机器人转头向反方向寻找差值逐渐减小的方向前进。

实施例

请参阅图4，

将机器人本体10以任意角度，随意摆放在图4某一位置，启动机器人，红外接收器22接收到的坐标为(SX4,SY2),红外接收器8接收到的坐标为(SX5,SY1)。又这两点坐标可知说明机器人位于南卧室区域内，红外接收器22和28分别接收到的横坐标信号X4和X5说明机器人位于南卧室窗台区域200附近，横坐标不等说明机器人前进方向偏北；纵坐标接收到Y2和Y1的信号，说明机器人位于南卧室左侧，而他们之间的接收器1并没有接收到坐标信号，说明机器人前进方向偏西。经过两坐标的矢量合成可以大概得知信息为：机器人目前位于南卧室左侧靠近窗台区域200的位置，面朝西北方向。与内部建立的地图信息比较，机器人应先走出南卧室，所以向右旋转直至接收器21接收到列坐标信息位于22和28之间，且接收器22和28横坐标信息相等位置，说明机器人前进方向近似朝北，并使其前进，若遇到坐标接收丢失的情况，则调整机器人方向使其坐标恢复到上述关系中。当机器人运行到接收器21接收坐标为(SX2,SY2)时，说明机器人已经靠近南卧室门红外区域300一侧，此时机器人向右旋转90°继续前进，进入南卧室门红外区域300，直到红外接收器21再一次到达南卧室门红外区域300边界，此时机器人红外接收器25、26、27、28、21均能接收到南卧室门红外区域300信息，而22、23、24接收器接收不到该信号，说明门在机器人左侧，所以机器人本体向左旋转90°继续前进。由于门框两侧同一直线上各放置两个平行光红外发射管用于做机器人对门的边界判别，所以当红外接收器28最后经过这条边界时，机器人来到了客厅区域400。

由于机器人从南卧室方向而来，在纵坐标分量上是向北行驶的，而充电站72也在其西北侧，所以不做方向调整，继续前进。当机器人运行到靠近北卧室墙体500时，其声呐避障装置会提示前方有障碍物，此时机器人向西北调整角度并前进，进入充电站红外区域600。

进入充电站红外区域600后，机器人以触碰引导区域边界为信号进行Z字形行走靠近充电站72，并开启扫描模块5。在横跨引导区域的过程中，机器人一定会经过条形码，一旦条形码扫描模块扫描到条形码上的信息，即可调整机器人的角度，使其沿条形码逐步靠近充电站直至电极对接。

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 (4)

1.一种机器人充电方法，其特征在于，包括如下步骤：

建立机器人活动区域的红外线发射坐标地图，具体为：在机器人的活动区域中每隔相同的距离装一个红外发射器，每个红外发射器以X或Y的坐标信息来标记自身在所在活动区域中的行或列的位置；

红外线发射器发射红外线；

安装于机器人本体四周的红外接收器接收所述红外线，所述红外接收器均设置有唯一编号；其中，在机器人本体上每隔45°设置一个红外接收器，共8个；

根据各个红外接收器接收到的信息，计算出机器人在坐标地图中的位置，以调整所述机器人的行进路线，包括：

计算当前的坐标与充电站坐标的差值，若差值逐渐增大，则判断机器人正逐渐远离充电站，此时，机器人转头向反方向寻找差值逐渐减小的方向前进；

机器人接收充电站区域的编码信息，根据编码信息进行Z字行走；

在机器人行走过程中扫描到条形码信息时，则可调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置；

机器人的充电插头插入充电站插座中实现对所述机器人的充电；

所述条形码信息包括距离充电站的角度和距离，当机器人扫描到该条形码信息时，机器人通过调整自身行进角度和距离的调整来靠近充电站。

2.一种机器人充电系统，其特征在于，包括：

红外线发射器，用于在机器人的活动区域内发射红外线来建立坐标地图，具体为：在机器人的活动区域中每隔相同的距离装一个红外发射器，每个红外发射器以X或Y的坐标信息来标记自身在所在活动区域中的行或列的位置；

红外线接收器，在机器人本体上每隔45°设置一个红外接收器，共8个；用于接收所述红外线且均设置有唯一编号；

行动判断模块，用于根据各个红外接收器接收到的信息，计算所述机器人当前坐标与充电站坐标差值，计算当前的坐标与充电站坐标的差值；

驱动模块，用于在判断出所述差值逐渐增大时，判定机器人正逐渐远离充电站，此时，机器人转头向反方向寻找差值逐渐减小的方向前进；

扫描模块，安装于机器人本体上，用于扫描设在充电站电极正下方的地面上铺设的条形码，以获取充电站区域的编码信息，根据编码信息进行Z字行走；

行动补偿模块，用于根据所述条形码信息调整机器人角度和距离使之正对充电站插座位置，所述条形码信息包括距离充电站的角度和距离，当机器人扫描到该条形码信息时，机器人通过调整自身行进角度和距离的调整来靠近充电站。

3.如权利要求2所述的机器人充电系统，其特征在于，所述系统还包括：

充电插头，设置在机器人本体上，充电站包括充电插座，通过将充电插头插入充电插座完成机器人的充电。

4.如权利要求2所述的机器人充电系统，其特征在于，所述系统还包括：声呐避障模块，安装于机器人本体上，用于提示机器人本体的前方障碍物信息。