CN105739501B - 一种智能机器人自动充电的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种智能机器人自动充电的方法，包括以下步骤：步骤1，通过定位导航使智能机器人到达充电装置附近的归零位置；步骤2，智能机器人扫描充电装置，确定充电装置的位置；步骤3，在确定充电装置的位置后，规划到达充电装置的轨迹和速度；步骤4，智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置；步骤5，机器人充电接口对接充电装置的电源接口。本发明的方法，在回充过程中，出于精度和安全考虑，引入了适应各种实际状态的控制机制，使得机器人可以作出适应多种异常状态的应急和调整。

Description

一种智能机器人自动充电的方法

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及智能机器人自动充电方法。

背景技术

随着智能化时代的到来，机器人已经越来越走进人们的生活，生活中的服务机器人应用领域越来越广，我们的社会即将进入智能机器人的时代。例如，常见的服务机器人有送餐机器人、聊天机器人、导购机器人等等。这些智能机器人通常都包括大量的用电设备。例如，行走驱动部分，交互显示屏、各种处理电路、语音视频设备等。智能机器人的耗电量很大，需要经常充电。目前智能机器人都是人工管理充电，例如非工作时间，工作人员插上电源统一充电。或者使用过程中电量低时，工作人员为其插上电源充电，不能够实现智能机器人自动充电，降低了用户的使用便利性。因此，如何让机器人自动充电成为机器人领域一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决智能机器人自动充电的问题，本发明提供了一种智能机器人自动充电的方法，包括以下步骤：

步骤1，通过定位导航使智能机器人到达充电装置附近的归零位置；

步骤2，智能机器人扫描充电装置，确定充电装置的位置；

步骤3，在确定充电装置的位置后，规划到达充电装置的轨迹和速度；

步骤4，智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置；

步骤5，机器人充电接口对接充电装置的电源接口。

进一步地，其中在步骤4智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置的过程中，当智能机器人到达调整位置时，再次扫描充电装置，判断智能机器人与充电装置之间的误差距离。

进一步地，其中当智能机器人与充电装置之间的误差距离在允许范围内，则继续执行步骤5；当智能机器人与充电装置之间的误差距离超出允许范围，则返回到步骤1，使智能机器人回到归零位置。

进一步地，其中在步骤5机器人充电接口对接充电装置的电源接口后，智能机器人判断是否上电成功；如果没有上电成功，则返回到步骤1，使智能机器人回到归零位置。

进一步地，其中在步骤2智能机器人扫描充电装置的过程中，如果智能机器人没有扫描到充电装置，则使智能机器人左右转动进行扫描。

进一步地，如果智能机器人左右转动扫描仍没有发现充电装置，则判定为充电失败，重新开始充电过程；如果发现了充电装置，则继续执行步骤3。

进一步地，如果智能机器人回到归零位置的次数超过预定次数，或者智能机器人无法回到归零位置，则判定为充电失败，重新开始充电过程。

进一步地，其中所述归零位置为距离充电装置90cm处的确定位置。

进一步地，其中调整位置为距离充电装置40cm处的确定位置。

进一步地，其中智能机器人与充电装置之间允许的误差距离为不超过26mm。

本发明的方法，在回充过程中，出于精度和安全考虑，引入了适应各种实际状态的控制机制，使得机器人可以作出适应多种异常状态的应急和调整。

当机器人能够根据室内定位导航抵达充电装置附近点之后，就能够启动自动充电功能，使机器人与充电装置完成对接。在对接系统的实现中，发明人设计了视觉结合里程计的方法，即通过安装在充电装置上的视觉标识，机器人根据接收到视频流数据来判断自己相对充电装置的位置，实时进行调整，到完成对接为止。这种对接系统的实现，避免了复杂的软硬件设计，并且有很高的对接成功率以及相对较低的对接消耗时间。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施方式进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1显示了根据本发明实施例的智能机器人自动充电的方法流程图。

图2显示了本发明实施例的智能机器人接近充电装置的示意图。

图3示了根据本发明实施例的智能机器人自动充电过程中的状态图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

本发明提供了一种智能机器人自动充电的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，通过定位导航使智能机器人到达充电装置附近的归零位置；

步骤2，智能机器人扫描充电装置，确定充电装置的位置；

步骤3，在确定充电装置的位置后，规划到达充电装置的轨迹和速度；

步骤4，智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置；

步骤5，机器人充电接口对接充电装置的电源接口。

通常，智能机器人能够知道自己在室内的坐标点，进行自主有效地回充电运动：在准确的定位之后，机器人能在电量不足或完成任务归来的情况下，朝着充电装置的方向靠近。例如，智能机器人本身具备定位导航系统，在电子地图中预先标记了充电电源的位置，智能机器人需要充电时，首先通过定位导航系统自行找到充电电源位置。但是，由于定位的精度通常为十几至几十厘米，达不到自动对准充电的要求。实现机器人充电接口与充电电源自动对接需要定位精度达到3cm以下的精度。因此，利用定位导航系统，智能机器人只能到达充电电源位置附近。

为了能够使得智能机器人精准地对接充电电源，本发明的方法在充电装置附近设置归零位置，当智能机器人到达归零位置后启动自动充电过程。归零位置应设置在充电装置附近，距离充电装置不宜过远。例如，归零位置可以为距离充电装置90cm处的某个确定位置。智能机器人每次自动返回充电时，首先到达该归零位置。1米左右的距离便于智能机器人调整路线和速度，也便于每次重新启动充电过程，从归零位置重新开始启动。

到达归零位置后，智能机器人首先扫描充电装置，确定充电装置的位置。例如，智能机器人可以利用激光或图像传感器，扫描采集充电装置的特征点，特征点可以是二维码、充电装置的外观、激光条码、特定图案等等。在扫描到充电装置的特征点后，智能机器人能够确定充电装置的准确位置，从而可以结合智能机器人的里程计几何数据计算智能机器人相对充电装置的距离和姿态角度，进而规划到达充电装置的轨迹和速度。

如果智能机器人在扫描充电装置的过程中没有扫描到充电装置，则使智能机器人左右转动进行扫描，甚至360度转动扫描。通常，智能机器人按照自身的定位导航系统可以到达充电装置附近的归零位置，此时充电装置就在附近，激光或图像传感器很容易扫描到充电装置。但是，如果定位导航误差较大，可能导致智能机器人相对于充电装置的距离和姿态角度出现较大偏差，此时通过左右转动或者旋转扫描，找到充电装置，通过扫描到的特征点，修正智能机器人的定位误差，重新将智能机器人调整到正确的归零位置。

进一步地，如果智能机器人左右转动扫描后仍没有发现充电装置，则判定为充电失败，重新开始充电过程。此时，智能机器人重新定位，再次驱动智能机器人达到归零位置。

可选地，智能机器人可以采用多种导航定位方法，例如可以使用里程计、视觉里程计、推算定位等方法。里程计是一种利用从移动传感器获得的数据来估计物体位置随时间的变化而改变的方法。视觉里程计是一种利用连续的图像序列来估计机器人移动距离的方法。视觉里程计增强了机器人在任何表面以任何方式移动时的导航精度。这些都是本领域常见的方法，本文不再赘述。

通过扫描充电装置确定其准确位置后，智能机器人规划到达充电装置的轨迹和速度，然后驱动智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置。

优选地，为了提高自动回充的成功率和适应性，本发明的方法设置了调整位置，该位置在归零位置与充电装置之间。在智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置的过程中，当智能机器人到达调整位置时，再次扫描充电装置，判断智能机器人与充电装置之间的误差距离。例如，调整位置为距离充电装置40cm处的确定位置，智能机器人与充电装置之间允许的误差距离为不超过26mm。智能机器人到达调整位置时，通过扫描充电装置的特征点，判断智能机器人与充电装置之间的误差距离，当智能机器人与充电装置之间的误差距离在允许范围内，则继续接近充电装置；当智能机器人与充电装置之间的误差距离超出允许范围，则使智能机器人回到归零位置，重新启动充电过程。

优选地，当机器人充电接口对接充电装置的电源接口后，智能机器人判断是否上电成功。如果上电成功，电源管理电路会返回上电标识，表示已经成功通电，则此时智能机器人保持充电状态直至充满。如果没有上电成功，则使智能机器人回到归零位置，重新启动充电过程。

优选地，如果智能机器人回到归零位置的次数超过预定次数(例如5次)，或者智能机器人无法回到归零位置，则判定为充电失败，重新开始充电过程。或者，智能机器人重新自启动，再次定位归零位置，启动充电程序。

为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。

参照图2，显示了本发明实施例的智能机器人接近充电装置的示意图。智能机器人1到达充电装置2附近后，扫描充电装置2，确定与充电装置2之间的相对位置。在本实施例中，智能机器人通过扫描充电装置2的特征点，结合机器人里程计几何数据计算相对充电装置的距离和姿态角度，发现偏离了归零位置，首先驱动智能机器人到达归零位置3，然后开始接近充电装置2。在接近充电装置2的过程中，智能机器人1可实时扫描充电装置2的特征点，确定充电装置2的位置，逐步调整行进路线和速度。在本实施例中，智能机器人1行进到调整位置4时，开始判断智能机器人1与充电装置2之间的误差距离，当智能机器人1与充电装置2之间的误差距离在允许范围内，则继续接近充电装置2，直至智能机器人1与充电装置2对接成功。

图3示了根据本发明实施例的智能机器人自动充电过程中的状态图。在本发明的方法中，智能机器人在回充过程中，出于精度和安全考虑，引入了适应各种实际状态的控制状态机，使得机器人可以作出适应多种异常状态的应急和调整。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种智能机器人自动充电的方法，包括以下步骤：

步骤1，通过定位导航使智能机器人到达充电装置附近的归零位置；

步骤2，智能机器人扫描充电装置，确定充电装置的位置；

步骤3，在确定充电装置的位置后，规划到达充电装置的轨迹和速度；

步骤4，智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置；

步骤5，机器人充电接口对接充电装置的电源接口；其中在步骤4智能机器人根据规划的轨迹和速度接近充电装置的过程中，当智能机器人到达调整位置时，再次扫描充电装置，判断智能机器人与充电装置之间的误差距离；当智能机器人与充电装置之间的误差距离在允许范围内，则继续执行步骤5；当智能机器人与充电装置之间的误差距离超出允许范围，则返回到步骤1，使智能机器人回到归零位置；

其中所述归零位置为距离充电装置90cm处的确定位置。

2.根据权利要求1所述的智能机器人自动充电方法，其中在步骤5机器人充电接口对接充电装置的电源接口后，智能机器人判断是否上电成功；

如果没有上电成功，则返回到步骤1，使智能机器人回到归零位置。

3.根据权利要求1所述的智能机器人自动充电方法，其中在步骤2智能机器人扫描充电装置的过程中，如果智能机器人没有扫描到充电装置，则使智能机器人左右转动进行扫描。

4.根据权利要求3所述的智能机器人自动充电方法，如果智能机器人左右转动扫描仍没有发现充电装置，则判定为充电失败，重新开始充电过程；如果发现了充电装置，则继续执行步骤3。

5.根据权利要求1或2所述的智能机器人自动充电方法，如果智能机器人回到归零位置的次数超过预定次数，或者智能机器人无法回到归零位置，则判定为充电失败，重新开始充电过程。

6.根据权利要求1所述的智能机器人自动充电方法，其中调整位置为距离充电装置40cm处的确定位置；智能机器人与充电装置之间允许的误差距离为不超过26mm。

7.根据权利要求1所述的智能机器人自动充电方法，其中智能机器人利用激光和/或图像传感器，扫描采集充电装置的特征点。

8.根据权利要求7所述的智能机器人自动充电方法，其中智能机器人根据接收到的视频流数据来判断自己相对充电装置的位置。