CN106737868A - 一种移动机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动机器人系统，包括机器人本体、充电适配器和移动通信系统。本发明的有益效果为：实现了机器人自动充电。

Description

一种移动机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种移动机器人系统。

背景技术

在现有技术中，移动机器人的自主充电技术大多通过直接插电源适配器或通过接触式的充电桩进行充电，并借助激光测距仪、视觉传感器或红外探测器与充电适配器进行对接。机器人在对接的时候很容易造成错位，导致充电效率较差。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种移动机器人系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种移动机器人系统，包括机器人本体、充电适配器和移动通信系统，所述机器人本体包括：充电触点，被配置为可伸缩地伸长至所述机器人本体的外部或缩回到所述机器人本体的内部；储能模块，用于存储来自所述充电适配器的充电功率所转化的电能，从而提供所述机器人本体正常运行时的续航能力；主控模块，与所述储能模块相连接，用于监测所述机器人本体的充电电流、充电电压以及所述储能模块的实时电流、实时电压；所述充电适配器包括：传感识别模块，用于接收来自所述机器人本体的位置信号，并向所述机器人本体回传一反馈信号从而使所述机器人本体获得所述充电适配器的位置信息；分控模块，与所述主控模块进行通信，用于监测所述机器人本体的充电电流和充电电压；通过移动通信系统，机器人本体能够在公路上自由移动。

本发明的有益效果为：实现了机器人自动充电。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的流程图。

附图说明：

机器人本体1、充电适配器2、移动通信系统3。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，一种移动机器人系统，包括机器人本体1、充电适配器2和移动通信系统3，所述机器人本体1包括：充电触点，被配置为可伸缩地伸长至所述机器人本体1的外部或缩回到所述机器人本体1的内部；储能模块，用于存储来自所述充电适配器2的充电功率所转化的电能，从而提供所述机器人本体1正常运行时的续航能力；主控模块，与所述储能模块相连接，用于监测所述机器人本体1的充电电流、充电电压以及所述储能模块的实时电流、实时电压；所述充电适配器2包括：传感识别模块，用于接收来自所述机器人本体1的位置信号，并向所述机器人本体1回传一反馈信号从而使所述机器人本体1获得所述充电适配器2的位置信息；分控模块，与所述主控模块进行通信，用于监测所述机器人本体1的充电电流和充电电压；通过移动通信系统3，机器人本体1能够在公路上自由移动。

本实施例实现了机器人自动充电。

优选地，当所述机器人本体1处于充电状态时，所述充电触点伸长至所述机器人本体1的外部且与所述充电适配器2接触；当所述机器人本体1停止充电时，所述充电触点缩回所述机器人本体1的内部。

本优选实施例机器人本体1的充电触点被配置为可伸缩方式，可避免其一直裸露在外面，降低磨损、氧化、接触不良等情形。

优选地，机器人天线、分布式基站子系统和无线切换子系统共同构成移动通信系统，每个基站子系统包括一个基带处理单元和多个射频处理单元，基带处理单元和射频处理单元通过光纤进行连接，射频处理单元沿铁路线设置，信号通过光纤从基带处理单元到达射频处理单元，机器人天线与射频处理单元进行无线通信，所述无线切换子系统用于实现基站之间的通信切换。

本优选实施例构建了适用于机器人本体在高速移动环境的通信系统，其中基带处理单元和射频处理单元通过光纤进行连接，能够减少机器人本体在通信过程中传输错误，提高传输准确率，进而提高了机器人本体的通信质量。

优选地，所述机器人天线与射频处理单元的无线通信，包括以下三个步骤：建立信道模型，计算有效吞吐量和确定链路自适应传输方式；

采用以下方式建立信道模型，包括：考虑信道中的大尺度路径衰落和小尺度多径衰落，链路接收信噪比的概率密度函数f(γ)可表示为：

上式中，γ为机器人天线与地面链路接收信噪比，l为小尺度多径衰落因子，l∈[5dB,7dB]，I₀[·]为第一类第n阶修正贝塞尔函数，P为射频处理单元的发射功率，RF(d)为大尺度路径损耗，N为仅考虑大尺度损耗下的噪声功率，P、RF(d)、N单位均为dB，其中，RF(d)＝150+22ln(d)+20ln(f_c)，

上式中，d为机器人天线与射频处理单元距离，单位是m，f_c为载波频率，单位是Hz。

本优选实施例同时考虑了机器人本体在通信过程中信道中的大尺度路径衰落和小尺度多径衰落，使得机器人本体在通信过程中能够获取更为准确的信道模型，提高了机器人本体通信稳定性。

优选的，所述有效吞吐量的计算，通过下面方式实现：通信链路两端采用MIMO技术，假定链路的接收信噪比为γ，则系统的有效传输速率为：

上式中，k₁是一个常数，m为复用增益，L_t+w为通信协议中链路层帧头和帧尾的总长，L_z为链路层的帧长；

对应的帧错误率为：

上式中，M_f表示发射天线数目，M_j表示接收天线数目；

设系统初始传输的接收信噪比γ₁，第n次传输的接收信噪比为γ_n，那么当系统最大允许传输次数为N_m时，系统有效吞吐量的期望可表示为：

上式中，是经过n次传输之后系统可获得的最大有效吞吐量；是一个帧在前n-1次没有传输成功，而在第n次传输成功的概率，其中，

本优选实施例中采用了MIMO技术，提升了机器人本体的通信能力，通过选择合适的帧长度，有效降低了机器人本体在通信过程中的帧错误率和增加系统的吞吐量。

优选的，自适应传输方式的确定，包括：基于部分可观测马尔可夫判决模型，以有效吞吐量为优化目标，在给定的目标误帧率BE_tar下，选择合适的自适应传输参数{m,L_z}以最大化系统的收益，最佳链路自适应传输问题建模为：使得，

上式中，T是总决策时期，SY(m(t),L_z(t))为决策时刻t的瞬时收益函数。

本优选实施例中，当机器人处于移动状态时，由于机器人天线处于高速运动中，链路的信道状态不断变化，自适应传输方式中，链路自适应传输参数能够不断进行调整以适应机器人本体通信实际需求，提高机器人本体通信能力。

优选的，所述无线切换子系统采用改进的切换方式实现基站之间的通信切换。所述改进的切换方式包括：

Step1：测量当前服务小区和各临近小区的接收信号强度RSRP值和信道质量RSRQ值；

Step2：选择符合判定条件的各临近小区，所述判定条件的判定公式为：

min{QM-maxQ(i),RSRP(ψ)_i-RSRP(D)_i}>0

上式中，ΔRSRP(i)_ψD表示i时刻的临近小区ψ的RSRP值与当前服务小区D的RSRP值的差值，其中Q(i)为i时刻的切换迟滞门限值,RSRP(ψ)_i为i时刻的符合判定条件的临近小区的接收信号强度RSRP值，RSRP(D)_i为i时刻的当前服务小区D的RSRP值；

Step3：在符合判定条件的各临近小区中选择最优的临近小区触发切换。

本优选实施例实现了机器人在通信过程中的基站切换，具体的，采用改进的切换方式实现基站之间的通信切换，设定判定条件选择符合的临近小区，再从中选择最优的临近小区触发切换减少了切换次数，提高了机器人本体移动过程中切换成功率，保证了机器人本体通信性能。

优选的，所述在符合判定条件的各临近小区中选择最优的临近小区触发切换，包括：

Step1：测量符合判定条件的各临近小区的资源变化率及各临近小区到当前服务小区的距离；

Step2：按照下列公式计算符合判定条件的临近小区的切换可靠度HU(ψ)：

上式中，为符合判定条件的临近小区的资源变化率，A、B为预先设定好的权值，A+B＝1，为i时刻的符合判定条件的临近小区的接收信号强度RSRP值，为符合判定条件的临近小区到当前服务小区的距离，B₁、B₂为设定的权值，B₁+B₂＝1；

Step3：选取切换可靠度Γ(ψ)最大的临近小区触发切换。

本优选实施例实现了机器人在通信过程中的基站进行最优选择，具体的，通过切换可靠度的计算选择最优的临近小区触发切换，考虑了小区资源变化率和与当前服务小区之间的距离，从而能够实现最优的临近小区的选择，进一步提高了机器人本体移动过程中切换成功率，保证了机器人本体通信性能。

优选的，设定所述i时刻的切换迟滞门限值Q(i)的计算公式设定为：

Q(i)＝max{α[min(KR,1)]ⁿ,β[max(KR,1)]ⁿ}

上式中，α和β为Q(i)值的上限和下限，υ为Q(i)达到上限α时的RSRQ值，当RSRQ值小于υ值时Q(i)开始减小，η和n为调整Q(i)值随RSRQ值减小而减小的速度和轨迹参数。

本优选实施例提高了机器人本体对通信环境的适应能力，具体来说，对i时刻的切换迟滞门限值Q(i)进行设定，使Q(i)值与RSRP(D)_i值相互联系，从而可以根据每个基站所处环境的不同和基站本身的硬件设施更加灵活地配置Q(i)，提高了所述符合判定条件的各临近小区对不同环境的适应能力。

将本发明的移动机器人系统同现有技术相比，对近三个月的充电时间、故障率和成本等数据进行统计，本发明有益效果如下表所示：

充电时间降低	故障率降低	成本降低
			20％	50％	25％

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种移动机器人系统，其特征是，包括机器人本体、充电适配器和移动通信系统，所述机器人本体包括：充电触点，被配置为可伸缩地伸长至所述机器人本体的外部或缩回到所述机器人本体的内部；储能模块，用于存储来自所述充电适配器的充电功率所转化的电能，从而提供所述机器人本体正常运行时的续航能力；主控模块，与所述储能模块相连接，用于监测所述机器人本体的充电电流、充电电压以及所述储能模块的实时电流、实时电压；所述充电适配器包括：传感识别模块，用于接收来自所述机器人本体的位置信号，并向所述机器人本体回传一反馈信号从而使所述机器人本体获得所述充电适配器的位置信息；分控模块，与所述主控模块进行通信，用于监测所述机器人本体的充电电流和充电电压；通过移动通信系统，机器人本体能够在公路上自由移动。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人系统，其特征是，当所述机器人本体处于充电状态时，所述充电触点伸长至所述机器人本体的外部且与所述充电适配器接触；当所述机器人本体停止充电时，所述充电触点缩回所述机器人本体的内部。

3.根据权利要求2所述的一种移动机器人系统，其特征是，移动通信系统包括机器人天线、分布式基站子系统和无线切换子系统，每个基站子系统包括一个基带处理单元和多个射频处理单元，基带处理单元和射频处理单元通过光纤进行连接，射频处理单元沿铁路线设置，信号通过光纤从基带处理单元到达射频处理单元，机器人天线与射频处理单元进行无线通信，所述无线切换子系统用于实现基站之间的通信切换。

4.根据权利要求3所述的一种移动机器人系统，其特征是，所述机器人天线与射频处理单元的无线通信，包括以下三个步骤：建立信道模型，计算有效吞吐量和确定链路自适应传输方式；

采用以下方式建立信道模型，包括：考虑信道中的大尺度路径衰落和小尺度多径衰落，链路接收信噪比的概率密度函数f(γ)可表示为：

上式中，γ为链路接收信噪比，l为小尺度多径衰落因子，l∈[5dB,7dB]，I₀[·]为第一类第n阶修正贝塞尔函数，P为射频处理单元的发射功率，RF(d)为大尺度路径损耗，N为仅考虑大尺度损耗下的噪声功率，P、RF(d)、N单位均为dB，其中，RF(d)＝150+22ln(d)+20ln(f_c)，

上式中，d为机器人天线与射频处理单元距离，单位是m，f_c为载波频率，单位是Hz。