CN106356944A - 巡检机器人自动充电激光对准系统和对准方法 - Google Patents

巡检机器人自动充电激光对准系统和对准方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种巡检机器人自动充电激光对准系统，包括充电桩和巡检机器人，充电桩上安装有相互连接的电极触片、充电桩控制器、充电桩无线收发器和激光发射器，巡检机器人上安装有相互连接的充电电极、机器人控制器、机器人无线收发器和多个横向排列的激光接收器。本发明还公开了一种巡检机器人自动充电激光对准方法，通过机器人控制器对所有激光接收器信号进行实施检测，并根据实际信号来源修改机器人左右位置直至充电电极与电极触片对准，然后移动并充电。本发明利用激光作为对准信号，并利用多个激光接收器实现对准的粗略准备，利用最中间的激光接收器进行精确定位，可以自动调节机器人自身姿态，完成机器人的自动充电。

Description

巡检机器人自动充电激光对准系统和对准方法
技术领域
本发明涉及一种机器人自动充电对准系统和对准方法，尤其涉及一种巡检机器人自动充电激光对准系统和对准方法。
背景技术
目前，目前专门应用于水电站厂房的巡检机器人暂时还没有，相应的配套技术还比较缺失，市面上存在的应用于室外变电站的巡检机器人，由于系统负载较大、功率较高，均采用接触式充电，自动充电系统一般都使用磁导航对准模式，当机器人电量低于阈值时，机器人沿着电磁轨道运动到充电区域；充电桩安装在墙角或者固定充电房，使用磁条导轨的方式引导巡检机器人对准充电触片，完成机器人与充电桩的对接。
应用于水电站厂房的巡检机器人如果使用现有的磁导航模式完成自动充电，在安装工程上工作量较大，同时给水电站厂房的建设增加了额外的工作量，并且磁导航的使用期限有限，磁条消磁后更换工程量大，难度高，需要将先前埋设在地下的磁条挖出，再埋入新磁条，对水电站厂房的地面有破坏，使水电站厂房的整体地面结构受到破坏，不利于水电站厂房的维护。如果利用图像识别来完成自动充电的方案，其方案技术复杂，准确性有待验证，也难以推广应用。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种不依赖于磁条、便于实施的巡检机器人自动充电激光对准系统和对准方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种巡检机器人自动充电激光对准系统，包括充电桩和巡检机器人，所述充电桩上安装有电极触片，所述巡检机器人上安装有与所述电极触片高度一致的充电电极，所述充电桩上还安装有充电桩控制器、充电桩无线收发器和激光发射器，所述充电桩控制器的通信端、激光控制输出端和电源控制端分别与所述充电桩无线收发器、所述激光发射器的控制输入端和所述电极触片连接，所述巡检机器人上还安装有机器人控制器、机器人无线收发器和与所述激光发射器高度一致的多个且为奇数个的横向并列排列的激光接收器，所述机器人控制器的通信端、激光信号输入端和充电信号输入端分别与所述机器人无线收发器、多个所述激光接收器的信号输出端和所述充电电极连接，所述充电桩无线收发器和所述机器人无线收发器之间无线通信连接。
优选地，所述激光接收器的数量为十一个。
一种巡检机器人自动充电激光对准系统采用的对准方法，包括以下步骤：
（1）机器人控制器检测机器人电量是否低于下限阈值，如果是，则控制机器人移动到靠近充电桩的充电区域；
（2）机器人控制器通过机器人无线收发器和充电桩无线收发器向充电桩控制器发送指令，充电桩控制器控制电极触片上电；同时，充电桩控制器控制激光发射器发射激光，或者，激光发射器一直持续发射激光；
（3）机器人控制器检测多个激光接收器的信号，如果没有检测到信号，则控制机器人在充电区域自由移动，直到检测到其中一个激光接收器的信号为止；
（4）如果机器人控制器检测到的激光信号对应的激光接收器在最中间的激光接收器的左边，则控制机器人向右移动；如果机器人控制器检测到的激光信号对应的激光接收器在最中间的激光接收器的右边，则控制机器人向左移动；如果机器人控制器检测到的激光信号对应的激光接收器是最中间的激光接收器，则控制机器人向靠近充电桩的前方移动；
（5）如果机器人控制器没有检测到充电电极的电流，则控制机器人继续向前移动，如果机器人控制器检测到充电电极的电流，则控制机器人停止移动并锁定机器人位置，机器人开始充电；同时通过机器人无线收发器、充电桩无线收发器和充电桩控制器控制激光发射器停止发射激光；
（6）机器人控制器检测机器人电量是否高于上限阈值，如果是，则通过机器人无线收发器和充电桩无线收发器向充电桩控制器发送指令，充电桩控制器控制电极触片断电；同时，机器人控制器控制机器人移动到远离充电桩的充电区域的工作区域；充电结束。
为了避免机器人移动过程中出现偏差，所述步骤（4）中，在机器人控制器控制机器人向靠近充电桩的前方移动的过程中，继续不间断检测最中间的激光接收器和左右相邻两个激光接收器的信号，如果发现信号不是来自于最中间的激光接收器，则立即按所述步骤（4）的方法矫正左右方向。
本发明的有益效果在于：
本发明利用激光作为对准信号，并利用多个激光接收器实现对准的粗略准备，利用最中间的激光接收器进行精确定位，可以自动调节机器人自身姿态，使机器人充电电极对准充电桩电极触片，并使机器人自动向充电桩靠拢，直到机器人充电电极插入到充电桩电极触片，完成充电插头与插座对接，从而完成机器人的自动充电；同时通过机器人控制器、机器人无线收发器、充电桩控制器、充电桩无线收发器，控制充电桩在机器人需要充电时才上电，避免了充电桩设备一直处于带电状态，对人员构成安全威胁，同时也节省了能源；本发明尤其适用于水电站厂房室内巡检机器人自动充电。
附图说明
图1是本发明所述巡检机器人自动充电激光对准系统的立体结构示意图；
图2是本发明所述巡检机器人的立体结构示意图，图中角度与图1不同。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明所述巡检机器人自动充电激光对准系统包括充电桩1和巡检机器人2，充电桩1上安装有电极触片14、充电桩控制器12、充电桩无线收发器11和激光发射器13，充电桩控制器12的通信端、激光控制输出端和电源控制端分别与充电桩无线收发器11、激光发射器13的控制输入端和电极触片连接14，巡检机器人2上安装有充电电极23、机器人控制器24、机器人无线收发器21和激光接收器22，充电电极23与电极触片14高度一致，11个（也可以为其它奇数个）集成安装在一起的激光接收器22为奇数个并横向并列排列且与激光发射器13高度一致，机器人控制器24的通信端、激光信号输入端和充电信号输入端分别与机器人无线收发器21、11个激光接收器22的信号输出端和充电电极23连接，充电桩无线收发器11和机器人无线收发器21之间无线通信连接。
结合图1和图2，本发明所述巡检机器人自动充电激光对准系统采用的对准方法，包括以下步骤：
（1）机器人控制器24检测机器人电量是否低于下限阈值，如果是，则控制机器人移动到靠近充电桩2的充电区域；
（2）机器人控制器24通过机器人无线收发器21和充电桩无线收发器11向充电桩控制器12发送指令，充电桩控制器12控制电极触片14上电；同时，充电桩控制器12控制激光发射器13发射激光，或者，如果不考虑节约电能，激光发射器13也可以一直持续发射激光；
（3）机器人控制器24以轮询扫描的方式检测11个激光接收器22的信号，如果没有检测到信号，则控制机器人在充电区域自由移动，直到检测到其中一个激光接收器22的信号为止；
（4）如果机器人控制器24检测到的激光信号对应的激光接收器22在最中间的激光接收器22的左边（即信号来自于1-5号激光接收器），则控制机器人向右移动；如果机器人控制器24检测到的激光信号对应的激光接收器22在最中间的激光接收器22的右边（即信号来自于7-11号激光接收器），则控制机器人向左移动；如果机器人控制器22检测到的激光信号对应的激光接收器22是最中间的激光接收器22（即6号激光接收器），则控制机器人向靠近充电桩2的前方移动；在机器人控制器24控制机器人向靠近充电桩2的前方移动的过程中，机器人控制器24继续不间断检测最中间的激光接收器22和左右相邻两个激光接收器22的信号，如果发现信号不是来自于最中间的激光接收器22，则立即按本步骤的方法矫正左右方向；
（5）如果机器人控制器24没有检测到充电电极23的电流，则控制机器人继续向前移动，如果机器人控制器24检测到充电电极23的电流，则控制机器人停止移动并锁定机器人位置，机器人开始充电；同时通过机器人无线收发器21、充电桩无线收发器11和充电桩控制器12控制激光发射器13停止发射激光；
（6）机器人控制器24检测机器人电量是否高于上限阈值，如果是，则通过机器人无线收发器21和充电桩无线收发器11向充电桩控制器12发送指令，充电桩控制器12控制电极触片14断电；同时，机器人控制器24控制机器人移动到远离充电桩2的充电区域的工作区域；充电结束。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (4)

1.一种巡检机器人自动充电激光对准系统，包括充电桩和巡检机器人，所述充电桩上安装有电极触片，所述巡检机器人上安装有与所述电极触片高度一致的充电电极，其特征在于：所述充电桩上还安装有充电桩控制器、充电桩无线收发器和激光发射器，所述充电桩控制器的通信端、激光控制输出端和电源控制端分别与所述充电桩无线收发器、所述激光发射器的控制输入端和所述电极触片连接，所述巡检机器人上还安装有机器人控制器、机器人无线收发器和与所述激光发射器高度一致的多个且为奇数个的横向并列排列的激光接收器，所述机器人控制器的通信端、激光信号输入端和充电信号输入端分别与所述机器人无线收发器、多个所述激光接收器的信号输出端和所述充电电极连接，所述充电桩无线收发器和所述机器人无线收发器之间无线通信连接。
2.根据权利要求1所述的巡检机器人自动充电激光对准系统，其特征在于：所述激光接收器的数量为十一个。
3.一种如权利要求1或2所述的巡检机器人自动充电激光对准系统采用的对准方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）机器人控制器检测机器人电量是否低于下限阈值，如果是，则控制机器人移动到靠近充电桩的充电区域；
（2）机器人控制器通过机器人无线收发器和充电桩无线收发器向充电桩控制器发送指令，充电桩控制器控制电极触片上电；同时，充电桩控制器控制激光发射器发射激光，或者，激光发射器一直持续发射激光；
（3）机器人控制器检测多个激光接收器的信号，如果没有检测到信号，则控制机器人在充电区域自由移动，直到检测到其中一个激光接收器的信号为止；
（4）如果机器人控制器检测到的激光信号对应的激光接收器在最中间的激光接收器的左边，则控制机器人向右移动；如果机器人控制器检测到的激光信号对应的激光接收器在最中间的激光接收器的右边，则控制机器人向左移动；如果机器人控制器检测到的激光信号对应的激光接收器是最中间的激光接收器，则控制机器人向靠近充电桩的前方移动；
（5）如果机器人控制器没有检测到充电电极的电流，则控制机器人继续向前移动，如果机器人控制器检测到充电电极的电流，则控制机器人停止移动并锁定机器人位置，机器人开始充电；同时通过机器人无线收发器、充电桩无线收发器和充电桩控制器控制激光发射器停止发射激光；
（6）机器人控制器检测机器人电量是否高于上限阈值，如果是，则通过机器人无线收发器和充电桩无线收发器向充电桩控制器发送指令，充电桩控制器控制电极触片断电；同时，机器人控制器控制机器人移动到远离充电桩的充电区域的工作区域；充电结束。
4.根据权利要求3所述的巡检机器人自动充电激光对准系统采用的对准方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在机器人控制器控制机器人向靠近充电桩的前方移动的过程中，继续不间断检测最中间的激光接收器和左右相邻两个激光接收器的信号，如果发现信号不是来自于最中间的激光接收器，则立即按所述步骤（4）的方法矫正左右方向。
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