CN106899057B - 自主充电系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自主充电系统，包括：充电桩1，在充电桩上导柱；第一充电模块，第一继电器，第一通信模块；第二充电模块，第二继电器，第二通信模块。第一通信模块及第一继电器设置在导柱的侧部；第二充电模块，第二通信模块及第二继电器设置在导块的侧部；第一通信模块与第二通信模块通信对应，第一充电模块与第二充电模块电路对应。机器人底座，在机器人底座上间隔设置两块导块，两块导块之间形成导槽，导槽的形状与导柱的形状相匹配。本发明具有以下优点：能克服机器人在充电对接过程中由于出现角度和位置偏差时带来的误差问题，从而保证机器人能顺利地与充电桩完成对接，确保在接触不可靠的情况下，充电桩不会带电，保证了充电的安全性。

Description

自主充电系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及数据通信、自动控制等相关领域，具体涉及移动机器人的自主充电系统及其工作方法。
背景技术
21世纪以来，随着人工智能和传感器技术的显著进步，自主式移动机器人在娱乐、家政、公共场合等领域都扮演着越来越重要的角色。然而受到电池容量的限制，移动机器人的连续工作时间往往只有几个小时，达不到长时间自主工作的效果，需要人的手动参与为其充电，影响了其工作效率，也增加了人为负担。因此人们希望移动机器人具备自主充电的能力。
目前，在充电方式上主要有接触式充电和非接触式充电。其中接触式充电往往采用传统的接触器，充电设备和蓄电池直接接触，但由于其导线裸露在外面，连接时易产生火花，容易引发爆炸；对人来说也存在触电隐患，安全性得不到保障。非接触式充电利用电磁感应原理的耦合方式进行能量传输，当机器人到达固定充电源位置时，就可以无接触地接受充电源的能量，感应充电，保障了充电的安全性，但受到传输功率和传输效率的影响，在充电时间和能源利用率方面均受到了制约。
公开文献“自主移动机器人的非接触充电模式，上海第二工业大学学报，2016年第2期”介绍了一种采用固定激励电源频率与动态调节电路无功器件参数相结合的方法进行自适应调谐的无接触充电方法，但该技术的充电效率不高，且存在着一定的电磁辐射。
申请号为201310563037.0的发明专利申请公开了一种自动充电系统，主要采用了激光与红外相结合的融合导航算法，实现粗定位与精定位。但该系统无法克服对接过程中由于机器人与充电桩出现相对位置和角度偏差时带来无法顺利交接的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明目的在于提供一种能使移动机器人快速、准确、稳定地进行自主充电的自主充电系统及其工作方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种自主充电系统，包括：充电桩，在所述充电桩上导柱；第一充电模块，第一通信模块及第一继电器，所述第一充电模块，所述第一通信模块及所述第一继电器设置在所述导柱上，所述第一充电模块及所述第一通信模块位于所述导柱的侧部；所述第一充电模块，所述第一通信模块及所述第一继电器相互连接；机器人底座，在所述机器人底座上间隔设置两块导块，两块所述导块之间形成导槽，所述导槽的形状与所述导柱的形状相匹配；第二充电模块，第二通信模块及第二继电器，所述第二充电模块，所述第二通信模块及所述第二继电器设置在所述导块上，所述第二充电模块及所述第二通信模块位于所述导块的侧部；所述第二充电模块，所述第二通信模块及所述第二继电器相互连接；所述第一通信模块与所述第二通信模块通信对应，所述第一充电模块与所述第二充电模块通信对应。
优选地，所述第二充电模块及所述第二通信模块通过弹簧固定在所述导块上。
优选地，在所述充电桩上设有导向轴承。
优选地，在所述充电桩上设有显示屏。
优选地，所述第一通信模块及所述第二通信模块均采用RS232串口通讯接口。
一种自主充电系统的工作方法，包括如下步骤：
步骤1，机器人进行全局定位，使机器人靠近充电桩；
步骤2，机器人进行局部定位，对机器人进行导航；
步骤3，完成机器人底座与机器人的对接，进行充电。
优选地，所述步骤1，机器人通过事先SLAM建立的地图找到充电桩的位置，并用激光传感器进行全局定位与路径规划，将机器人导航到充电桩的附近位置。
优选地，所述步骤2，机器人利用激光传感器对已知形状和尺寸的人工路标进行识别，并用ICP算法进行解算，从而完成机器人与充电桩之间的相对定位，进行精确导航，使机器人到达充电桩位置。
优选地，所述步骤3，完成机器人底座与机器人的对接，第一通信模块与第二通信模块通信，第一继电器及第二继电器打开，形成充电回路，对机器人进行充电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)通过导向轴承和导向轮的设计，能克服机器人在充电对接过程中由于出现角度和位置偏差时带来的误差问题，从而保证机器人能顺利地与充电桩完成对接，保证充电的可靠性。
2)通过充电桩与机器人底座的通信模块的设计，用通信模块来控制各自系统的控制器，通过继电器的形式去控制相应电路的通断电，极大地保障了接触式充电的安全性，可避免人不小心接触充电桩的充电模块时的触电问题，同时也克服了非接触式充电效率不高的问题。
3)在导航方面，通过人工路标的设计，用ICP算法进行解算，弥补了在全局地图上进行导航的不准确性，提高了近距离时机器人与充电桩的相对定位精度，为充电对接的可靠性提供了保障。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明自主充电系统结构示意图；
图2为本发明自主充电系统机器人底座结构示意图；
图3为本发明自主充电系统的工作方法流程图。
图中：
1-充电桩 2-第一充电模块 3-第一通信模块
4-机器人底座 5-第二充电模块 6-第二通信模块
7-导向轴承 8-显示屏 9-导柱
10-导块 11-导槽
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。
如图1、图2所示，本发明自主充电系统，充电桩1上有显示屏8，第一充电模块2、第一通信模块3和导向轴承7。充电桩1的第一充电模块2受到内部第一继电器控制，常规时间内处于断开状态，机器人底座4也带有第二充电模块5和第二通信模块6，且其第二充电模块5也受到机器人底座4内部第二继电器控制，其第二继电器也同样受到其第二通信模块6控制。
对接时，机器人在经过初步导航和精确导航后开始靠近充电源。在对接过程中，当机器人的方向和角度出现偏差时，充电桩1上导向轴承7会对其位姿进行修正，保证机器人底座4和充电桩1的充电源保持同轴性。机器人底座4向前滑动，通过导块10之间的导槽11卡接出导柱9，使导柱9的侧部的第一充电模块2和第一通信模块3和导块10内的第二充电模块5和第二通信模块6接触，当充电桩1上的第一通信模块3发出的信号被机器人的通信模块接收，同时机器人底座4发出的信号被充电桩1所接收时，代表通讯成功，从而控制各自的控制器控制相对应的继电器打开，使得各自的充电模块保持通路，从而形成充电回路，机器人开始充电。同时机器人将其电量信息反馈给充电桩1，并在其显示屏8上显示。当电量充满后，通信模块控制其对应的控制器使得继电器断路，机器人离开充电桩1，从而完成整个充电过程。
如图3所示，当机器人需要执行充电任务时，先启动全局定位，机器人通过事先SLAM建立的地图找到充电桩的位置，并用激光传感器进行全局定位与路径规划，将移动机器人导航到充电桩的附近位置。到达充电桩附近位置后，机器人利用激光传感器对已知形状和尺寸的人工路标进行识别，并用ICP算法进行解算，从而完成机器人与充电桩之间的相对定位，进行精确导航，使机器人准确到达充电桩位置。最后在充电桩的导向轴承7的修正下完成交接，打开通路，进行充电。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种自主充电系统，其特征在于，包括：
充电桩，在所述充电桩上导柱；
第一充电模块，第一通信模块及第一继电器，所述第一充电模块，所述第一通信模块及所述第一继电器设置在所述导柱上，所述第一充电模块及所述第一通信模块位于所述导柱的侧部；所述第一充电模块，所述第一通信模块及所述第一继电器相互连接；
机器人底座，在所述机器人底座上间隔设置两块导块，两块所述导块之间形成导槽，所述导槽的形状与所述导柱的形状相匹配；
第二充电模块，第二通信模块及第二继电器，所述第二充电模块，所述第二通信模块及所述第二继电器设置在所述导块上，所述第二充电模块及所述第二通信模块位于所述导块的侧部；所述第二充电模块，所述第二通信模块及所述第二继电器相互连接；
所述第一通信模块与所述第二通信模块通信对应，所述第一充电模块与所述第二充电模块通信对应；
所述第二充电模块及所述第二通信模块通过弹簧固定在所述导块上；
在所述充电桩上设有导向轴承。
2.根据权利要求1所述的自主充电系统，其特征在于，在所述充电桩上设有显示屏。
3.根据权利要求1所述的自主充电系统，其特征在于，所述第一通信模块及所述第二通信模块均采用RS232串口通讯接口。
4.一种自主充电系统的工作方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的自主充电系统，包括如下步骤：
步骤1，机器人进行全局定位，使机器人靠近充电桩；
步骤2，机器人进行局部定位，对机器人进行导航；
步骤3，完成机器人底座与机器人的对接，进行充电。
5.根据权利要求4所述的自主充电系统的工作方法，其特征在于，所述步骤1，机器人通过事先SLAM建立的地图找到充电桩的位置，并用激光传感器进行全局定位与路径规划，将机器人导航到充电桩的附近位置。
6.根据权利要求4所述的自主充电系统的工作方法，其特征在于，所述步骤2，机器人利用激光传感器对已知形状和尺寸的人工路标进行识别，并用ICP算法进行解算，从而完成机器人与充电桩之间的相对定位，进行精确导航，使机器人到达充电桩位置。
7.根据权利要求4所述的自主充电系统的工作方法，其特征在于，所述步骤3，完成机器人底座与机器人的对接，第一通信模块与第二通信模块通信，第一继电器及第二继电器打开，形成充电回路，对机器人进行充电。
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