CN107943054A - 基于机器人的自动充电方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于机器人的自动充电方法，包括机器人和充电桩，所述充电桩两端分别安装超声波发射器，且两个超声波发射器的中间位置安装有红外发射器，包括：在控制机器人导航至充电桩预设范围内后，根据所述机器人接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的位姿状态；根据所述位姿状态调整所述机器人的位姿，使得所述机器人移动至所述充电桩的中心线上；控制所述机器人沿所述中心线向所述充电桩移动；在所述机器人向所述充电桩移动过程中，根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿，直至使所述机器人和所述充电桩二者的电极位置对准并接触。本发明能够灵活调整机器人姿态，提高定位的精确度。

Description

基于机器人的自动充电方法
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种基于机器人的自动充电方法。
背景技术
机器人的传统充电方式是人工将机器人与充电桩连接进行接触式或插入式充电，并不能充分发挥机器人的智能化。如何实现机器人自动去移动寻找充电桩进行自动充电成为当前的研究重点。
目前机器人充电主要采用红外对准装置，因红外传感器只能表示0和1，因此在位置偏差的情况下，不能灵活准确调整机器人姿态，且红外传感器易受强光及玻璃等透明物的影响，抗干扰性较差。并且在机器人与充电座相距较近时都有一定的对准定位局限性，如精度不够、缺乏交互性等问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种灵活准确调整机器人姿态，提高定位精确度并增强交互性的定位方案。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种基于机器人的自动充电方法，包括机器人和充电桩，所述充电桩两端分别安装超声波发射器，且两个超声波发射器的中间位置安装有红外发射器，包括：
在控制机器人导航至充电桩预设范围内后，根据所述机器人接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的位姿状态；
根据所述位姿状态调整所述机器人的位姿，使得所述机器人移动至所述充电桩的中心线上；
控制所述机器人沿所述中心线向所述充电桩移动；
在所述机器人向所述充电桩移动过程中，根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿，直至使所述机器人和所述充电桩二者的电极位置对准并接触。
进一步，所述根据所述机器人接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的位姿状态，包括：
控制所述机器人从当前位置进行多次旋转，得到所述机器人在每次旋转后的位置处与所述充电桩一端距离，得到距离值集合，每次旋转的角度均为预设角度；
将所述距离集合中每个距离进行比较，得到值最小的距离；
根据旋转次数得到所述机器人在值最小的距离位置的角度θ，根据角度θ以及所述机器人在值最小的距离位置处接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的移动至所述充电桩的中心线的距离L；
根据角度θ和距离L得到所述机器人的位姿状态。
进一步，所述将所述距离集合中每个距离进行比较前，还包括：
将所述距离集合中每个距离与距离阈值进行比较，判断是否全部无效；
如果全部无效，则向上位机发送提示信息，所述提示信息为故障设备的预估信息。
进一步，所述上位机包括手机、pad、PC机或笔记本。
进一步，在所述控制所述机器人从当前位置进行多次旋转之前，包括：
根据所述机器人接收到的所述充电桩一端发送的超声波信号计算当前距离；
将所述当前距离与无效距离范围进行比较，判断所述当前距离是否无效；
如果无效，则控制所述机器人旋转，否则不做处理。
进一步，所述根据所述位姿状态调整所述机器人的位姿，使得所述机器人移动至所述充电桩的中心线上，包括：
按照距离L控制所述机器人移动至所述充电桩的中心线上；
将所述角度与角度阈值进行比较；
如果所述角度大于角度阈值，则控制所述机器人在所述充电桩的中心线上进行旋转，旋转方向与原需旋转方向相反，否则旋转方向与原需旋转方向相同。
进一步，所述预设角度阈值为90度。
进一步，所述根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿，包括：
根据所述机器人接收到红外信号，计算所述机器人与所述充电桩两端的距离Dl、Dr；
判断Dl与Dr的差是否大于预设偏差；
如果大于预设偏差，则控制所述机器人按照预设的微调角度向Dr方向旋转，否则向Dl方向旋转。
进一步，所述预设偏差为2。
进一步，所述微调角度为3。
在本申请实施例中，采用超声波信号和红外信号实现对所述机器人位姿进行调整的方式，通过超声波信号进行位姿调整的方式，达到了降低干扰的目的，再利用红外信号进行位姿微调从而实现了通过所述充电桩向所述机器人充电的精准性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的基于机器人的自动充电方法一个实施例的流程示意图；
图2为根据超声波计算所述机器人的位姿状态的具体工作流程示意图；
图3为控制所述机器人移动至所述充电桩的中心线上的具体工作原理流程示意图；以及
图4为本申请中根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
超声波遇到任何障碍都会反射，因此可以根据反射的信息进行计算；但是红外遇到玻璃会发生折射和透射，也容易受强光影响，而超声波是不完全受这些影响的。因此为了解决现有的利用红外实现机器人接触式充电易受干扰的问题，本发明提供一种基于机器人的自动充电方法。
如图1为本发明所述的基于机器人的自动充电方法一个实施例的流程示意图。所述方法包括机器人和充电桩，所述充电桩两端分别安装超声波发射器，且两个超声波发射器的中间位置安装有红外发射器，具体包括S101～S104。
S101、在控制所述机器人导航至所述充电桩预设范围内后，根据所述机器人接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的位姿状态。由于所述机器人导航至所述充电桩预设范围后，与所述充电桩还有一定距离，实现所述机器人的接触式充电，仍需要控制所述机器人与所述充电桩电极的位置对准。实际应用中，所述机器人一般应用在商场、医院等公众场所，在这种公众场所障碍物较多，严重影响对准过程。
S102、根据所述位姿状态调整所述机器人的位姿，使得所述机器人移动至所述充电桩的中心线上。位姿包括位置和方向。具体地，位置及方向均可以通过建立坐标系进行确定，最终保证所述机器人移动至所述充电桩的中心线上。所述红外发射器位于两个所述超声波发射器的中间位置，即处于所述中心线所在平面。
S103、控制所述机器人沿所述中心线向所述充电桩移动。
S104、在所述机器人向所述充电桩移动过程中，根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿，直至使所述机器人和所述充电桩二者的电极位置对准并接触。
因此本申请通过超声波信号和红外信号对所述机器人进行两次位姿调整：利用抗干扰性强的超声波信号实现调整所述机器人位姿，降低障碍物对信号的影响，保证所述机器人移动至所述充电桩中心线附近，防止所述机器人无法移动至所述充电桩位姿处，然后利用超声波信号进行微调；红外信号是作为辅助校准，提高可靠性，保证所述机器人与所述充电桩对准接触，实现机器人充电的自动化、智能化。
本申请首先利用超声波计算得到所述机器人第一位姿状态，控制所述机器人移动到所述充电桩的中心线位置处，实现根据所述第一位姿状态的对所述机器人角度的第一次调整，因为超声波不受强光及玻璃的影响，所以具有抗干扰性，因此克服了因强光及玻璃等透明物的影响，提高了控制所述机器人的抗干扰性。因所述机器人已移动至所述充电桩的中心线位置处，解决了障碍物等对所述机器人移动距离以及旋转角度计算的影响，因红外信号只有“0”和“1”两个值，其是一个状态值，从而能够利用红外信号判断所述机器人的位姿状态，确保机器人处于中心线位置附近，将所述机器人对准所述充电桩，并靠近。
如图2为根据超声波计算所述机器人的位姿状态的具体工作流程示意图。
所述方法包括S201～S205。
S201、控制所述机器人从当前位置进行多次旋转，得到所述机器人在每次旋转后的位置处与所述充电桩一端距离，得到距离值集合，每次旋转的角度均为预设角度。
本实施例中将每次旋转的角度设为18度，因此所述机器人最多可以旋转20次。需要说明的是，本实施例中每次旋转的角度设为18度仅仅其中一个实施例，具体实施时，每次旋转的角度可以设为其他值，如可以将每次旋转角度设为X，X的最大整数倍为360度，当然X的最大整数倍也可以大于360度。为了方便计算，具体实施时，一般将每次需旋转的角度设为能被360整除的数值。
具体地，在所述控制所述机器人从当前位置进行多次旋转之前，包括如下步骤：根据所述机器人接收到的所述充电桩一端发送的超声波信号计算当前距离；将所述当前距离与无效距离范围进行比较，判断所述当前距离是否无效；如果无效，则控制所述机器人旋转，否则不做处理。
本申请中所述机器人导航至所述充电桩预设范围内时，可能存在两种情况：正面朝向所述充电桩、背面朝向所述充电桩。当所述机器人背面朝向所述充电桩时，即所述当前距离无效，无法实现接触式充电目的，因此需要控制所述机器人旋转，包括所述机器人正面朝向所述充电桩。
本申请利用超声波计算得到所述机器人与所述充电桩的距离值，通过对所述距离值的判断其有效性，如无效，则判断所述机器人背对所述充电桩则需要控制所述机器人旋转，保证所述机器人正对所述充电桩。具体地，当判断所述机器人背对所述充电桩时，控制所述机器人旋转360度。
S202、将所述距离集合中每个距离进行比较，得到值最小的距离。
本申请通过多次计算得到的距离的比较判断，得到距离的最小值。根据距离的最小值时，利用超声波计算时受到的影响最小，因此距离的最小值时，对应的所述机器人的角度是(最接近)定位所述充电桩的最佳位置。
具体地，在所述将所述距离集合中每个距离进行比较前，包括如下步骤：
将所述距离集合中每个距离与距离阈值进行比较，判断是否全部无效；如果全部无效，则向上位机发送提示信息，所述提示信息为提示可能发送的故障信息。具体地，所述上位机包括手机、pad、PC机、笔记本等，当所述机器人接收到的距离值全部无效，那么可超声波发射器可能存在未供电或者出现故障等情况，具体地，所述机器人通过上位机发送提示信息，以便用户或管理员了解，解决机器人充电技术中缺乏交互性的问题。具体地，所述机器人可以通过通信模块向上位机进行数据交互，如wifi模块、蓝牙模块、lora模块、ZigBee模块等。
S203、根据旋转次数得到所述机器人在值最小的距离位置的角度θ，根据角度θ以及所述机器人在值最小的距离位置处接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的移动至所述充电桩的中心线的距离L。
S204、根据角度θ和距离L得到所述机器人的位姿状态。
S205、根据所述角度θ以及所述机器人与所述充电桩两端的距离，计算所述机器人移动至所述充电桩中心线的距离D。
S206、根据D和θ得到所述机器人移动至所述充电桩中心线位姿状态。
具体地，假设值最小的距离为d1(本实施例中选定为所述充电桩左测一端的距离)，那么根据d1与cosθ的乘积计算所述机器人与所述充电桩上左侧超声波发射器的距离da，即da＝|dl×cosθ|；计算所述机器人与所述充电桩上右侧一端的距离d2；利用三角形原理计算所述充电桩上左右两端之间的距离L，更具体地，根据得到L，最后根据da与1/2L的和得到所述机器人与所述中心线的距离。
图3为控制所述机器人移动至所述充电桩的中心线上的具体工作原理流程示意图。
所述方法包括S301～S303。
S301、按照距离L控制所述机器人移动至所述充电桩的中心线上；
S302、将所述角度与角度阈值进行比较；
S303、如果所述角度大于角度阈值，则控制所述机器人在所述充电桩的中心线上进行旋转，旋转方向与原需旋转方向相反，否则旋转方向与原需旋转方向相同。
具体的，所述预设角度阈值为90度。将θ与π/2比较，如果θ大于π/2则确定所述机器人在中心线的右侧，控制所述机器人按照与原旋转方向的反方向旋转π/2，否则按原旋转方向旋转π/2，得到调整姿态后的所述机器人。
图4为本申请中根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿流程示意图。
所述方法包括S401～S403。
S401、根据所述机器人接收到红外信号，计算所述机器人与所述充电桩两端的距离Dl、Dr；
S402、判断Dl与Dr的差是否大于预设偏差；
S403、如果大于预设偏差，则控制所述机器人按照预设的微调角度向Dr方向旋转，否则向Dl方向旋转。
具体地，所述预设偏差为2，而微调角度则为3度。
本申请中将微调角度设为3°是因为，如果小于3调整效率不高，如果大于3，则容易过调，导致机器人偏差较大。本申请利用红外信号对所述机器人的位姿进行第二次调整，具体是控制所述机器人沿所述中心线向所述充电桩方向移动，如果Dl-Dr>2，则确定所述机器人的朝向是朝向所述充电桩上左侧的超声波发射器，控制所述机器人向右侧旋转角度α；若Dr-Dl>2，则确定所述机器人的朝向是朝向所述充电桩上右侧的超声波发射器，向左侧旋转角度3度。
因此，本申请通过超声波发射器及红外发射器两种装置的使用降低了机器人接触式充电的成本，超声波信号的使用使得本申请的抗干扰性更强，适应性更强。具体使用中，因本申请的机器人的应用背景大多以大商场为主，难免有玻璃等透明物，红外定位必然出错，采用超声波定位完全可以适应该应用场景。而红外测距的方式提高了位姿调整精度，长度距离精度达到2cm，角度调整精度达到3°，机器人位姿调整精度更高更准确。本申请通过经连续反复测试，成功率可达到99％以上。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器人的自动充电方法，其特征在于，包括机器人和充电桩，所述充电桩两端分别安装超声波发射器，且两个超声波发射器的中间位置安装有红外发射器，包括：
在控制机器人导航至充电桩预设范围内后，根据所述机器人接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的位姿状态；
根据所述位姿状态调整所述机器人的位姿，使得所述机器人移动至所述充电桩的中心线上；
控制所述机器人沿所述中心线向所述充电桩移动；
在所述机器人向所述充电桩移动过程中，根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿，直至使所述机器人和所述充电桩二者的电极位置对准并接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机器人接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的位姿状态，包括：
控制所述机器人从当前位置进行多次旋转，得到所述机器人在每次旋转后的位置处与所述充电桩一端距离，得到距离值集合，每次旋转的角度均为预设角度；
将所述距离集合中每个距离进行比较，得到值最小的距离；
根据旋转次数得到所述机器人在值最小的距离位置的角度θ，根据角度θ以及所述机器人在值最小的距离位置处接收到的所述充电桩两端发送的超声波信号计算所述机器人的移动至所述充电桩的中心线的距离L；
根据角度θ和距离L得到所述机器人的位姿状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将所述距离集合中每个距离进行比较前，还包括：
将所述距离集合中每个距离与距离阈值进行比较，判断是否全部无效；
如果全部无效，则向上位机发送提示信息，所述提示信息为故障设备的预估信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述上位机包括手机、pad、PC机或笔记本。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述控制所述机器人从当前位置进行多次旋转之前，包括：
根据所述机器人接收到的所述充电桩一端发送的超声波信号计算当前距离；
将所述当前距离与无效距离范围进行比较，判断所述当前距离是否无效；
如果无效，则控制所述机器人旋转，否则不做处理。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述位姿状态调整所述机器人的位姿，使得所述机器人移动至所述充电桩的中心线上，包括：
按照距离L控制所述机器人移动至所述充电桩的中心线上；
将所述角度与角度阈值进行比较；
如果所述角度大于角度阈值，则控制所述机器人在所述充电桩的中心线上进行旋转，旋转方向与原需旋转方向相反，否则旋转方向与原需旋转方向相同。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设角度阈值为90度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机器人接收到的红外信号调整所述机器人的位姿，包括：
根据所述机器人接收到红外信号，计算所述机器人与所述充电桩两端的距离Dl、Dr；
判断Dl与Dr的差是否大于预设偏差；
如果大于预设偏差，则控制所述机器人按照预设的微调角度向Dr方向旋转，否则向Dl方向旋转。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预设偏差为2。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述微调角度为3。
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