CN108897323A - 移动机器人自主对准充电基座的控制方法 - Google Patents
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Abstract
移动机器人自主对准充电基座的控制方法,包括:充电基座采用三路红外发射二极管发射红外线,移动机器人接收到充电基座的一路或多路发射的红外线,对接收到的红外信息进行编码,组成一个无符号24位二进制的位置变量,根据位置变量的值进行方位判断,进行一次对准运动,对准时不进行方位判断,通过控制移动机器人的移动,最终达到对准效果。本发明在充电基座红外发射范围内移动机器人都可进行自主移动控制,并实现对准充电,提高了移动机器人在实际运行中的稳定性和智能型。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域,更具体地说是指一种移动机器人自主对准充电基座的控制方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步,具有较强智能的移动机器人开始在人们的生活中越来越多地扮演重要的角色,例如扫地机器人。该类移动机器人大多采用可充电电池作为电源,由于受电池容量的限制,移动机器人在连续运行若干小时后进行充电。因此,该类移动机器人产品通常配备了充电基座,移动机器人会在低电量的时候自动寻找、识别充电基座并为自己充电。
目前,移动机器人自动识别、定位充电基座的主要方法有:基于红外的自动回充、基于激光雷达的自动回充以及基于视觉的自动回充。其中,基于红外的自动回充应用最为广泛,基于红外的自动回充原理是在充电基座上安装红外发射器,在移动机器人上安装有红外接收器,移动机器人上的红外接收器通过接收红外信号,进行定位移动至充电基座。然而,现有红外自动回充方式,移动机器人与充电基座的方位判断受红外发射器与接收器个数、编码方式等因素影响而导致判断不够准确与稳定,虽然增加红外发射器及红外接收器的个数可提高移动机器人的定位对准效果,但增加了成本投入,而且还使结构更为复杂。为此,我们提供一种移动机器人自主对准充电基座的控制方法。
发明内容
本发明提供一种移动机器人自主对准充电基座的控制方法,以解决现有移动机器人与充电基座的方位判断受红外发射器与接收器个数、编码方式等因素影响而导致不够准确与稳定等缺点。
本发明采用如下技术方案:
移动机器人自主对准充电基座的控制方法,包括如下步骤:
(1)、充电基座采用三路红外发射二极管发射红外线;
(2)、移动机器人判断是否收到充电基座的一路或多路发射的红外线,如果没有收到充电基座的任何红外线,原地旋转直到收到红外信号;
(3)、移动机器人前端采用两个红外接收头接收红外信号,对左边和右边的红外接收头接收到的红外信息进行编码,组成一个无符号24位二进制的位置变量;
(4)、移动机器人根据位置变量的值进行方位判断,进行一次对准运动,对准时不进行方位判断;
(5)、对准过程中,移动机器人不断检测充电极是否有电压,若检测到电压则说明移动机器人充电极已接触到充电基座的充电极,停止运动,开始充电。
进一步地,对步骤(1)中充电基座的三路红外发射进行编码,通过不同编码区分出三路红外发射二极管分别发射的红外线。
进一步地,上述三路红外发射包括左边红外发射、中间红外发射和右边红外发射,其中,左边的红外发射二进制编码为0110,前两位与后两位为反码,中间的红外发射二进制编码为0011,右边的红外发射二进制编码为1001,间隔70ms发送一次红外信号。
进一步地,上述步骤(3)中的移动机器人每间隔150ms查询一次红外接收情况,每次一个红外接收头最多接收到两次红外信号。
进一步地,上述无符号24位二进制的位置变量具体包括:第23位到第20位二进制为左边红外接收头接收到红外信号的个数,值为0、1、2,第19位到第16位二进制为左边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第15位到第12位二进制为左边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第11位到第8位二进制为右边红外接收头接收到红外信号的个数,值为0、1、2,第7位到第4位二进制为右边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第3位到第0位二进制为右边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值,值为0、3、6、9。
进一步地,上述移动机器人每次对准运动分包括9种,分别为:小幅度左转、小幅度右转、大幅度左转、大幅度右转、小幅度左移、小幅度右移、大幅度左移、大幅度右移、直线前进。
进一步地,上述左转的控制方法为左轮运动,右轮静止;所述右转的控制方法为左轮静止,右轮运动;所述左移的控制方法为右轮先运动一段距离,然后左轮再运动相同的距离;所述右移的控制方法为左轮先运动一段距离,然后右轮再运动相同的距离;所述直线前进的控制方法为左轮和右轮以相同的速度前进一段距离。
进一步地,上述运动幅度的判据为移动机器人是否收到了充电基座中间红外发射管的红外信号,如果收到,以小幅度运动;否则以大幅度运动。
由上述对本发明结构的描述可知,和现有技术相比,本发明具有如下优点:本发明充电基座的三路红外发射二极管通过反码的编码方式发射红外线,移动机器人接收到充电基座一路或多路的红外线,根据红外信息进行编码组成一个无符号24位二进制的位置变量,再由位置变量的值进行方位判断,确定充电基座相对于移动机器人的方位,通过控制移动机器人的移动,最终达到对准效果,实现了对准充电,提高了移动机器人在实际运行中的稳定性和智能型。
附图说明
图1 是本发明充电基座三路红外发射二极管发射范围的示意图。
图2是本发明移动机器人两路红外接收头接收范围的示意图。
图3为本发明FM编码示意图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明,下面描述到许多细节,但对于本领域技术人员来说,无需这些细节也可实现本发明。
如图1所示,圆点为红外发射管,其中,左边红外发射管1发射的红外线能达到的范围为两根射线11包含的范围,中间红外发射管2发射的红外线能达到的范围为两根射线21包含的范围,右边红外发射管3发射的红外线能达到的范围为两根射线31包含的范围,中间红外发射管2保持间隔70ms发送一次红外信号,左边红外发射管1和右边红外发射管3采用交替发送红外信号,具体为左边红外发射管1先发射红外信号,间隔70ms后右边红外发射管3再发射红外信号,再次间隔70ms左边红外发射管1再次发射红外信号,以此交替发射。本发明是一种移动机器人自主对准,包括若干个相互连接的内部通信节点和外部通信节点。红外发射装置安装在充电基座正前方,并处于充电极的正上方,同时保持与红外接收装置在同一水平线上,保证红外接收装置可靠接收红外信号。
如图2所示,圆点为红外接收头,左边红外接收头4接收到红外信号能达到的范围为两根射线41包含的范围,右边红外接收头5接收到红外信号能达到的范围为两根射线51包含的范围。红外接收装置安装在移动机器人正前方,并与红外发射装置保持同一水平线上。在移动机器人静止时,控制程序间隔150ms检查红外接收头接收到的红外信号情况。
本发明移动机器人自主对准充电基座控制方法,包括充电基座的红外发射编码方法、移动机器人的红外接收编码方法以及移动机器人的定位控制移动,包括以下具体步骤:
首先,充电基座的三路红外发射进行编码,通过不同的编码,可区分出不同的红外发射管的红外线。左边的红外发射二进制编码为0110,前两位与后两位为反码,中间的红外发射二进制编码为0011,右边的红外发射二进制编码为1001。如果红外接收头收到编码值为6,表示该红外接收头位于左边红外发射管的照射范围;如果红外接收头收到编码值为3,表示该红外接收头位于中间红外发射管的照射范围;如果红外接收头收到编码值为9,表示该红外接收头位于右边红外发射管的照射范围。
其次,移动机器人判断是否收到充电基座的一路或多路发射的红外线,如果没有收到充电基座的任何红外线,原地旋转直到收到红外信号。移动机器人前端采用两个红外接收头接收红外信号,间隔150ms查询一次红外接收情况,每次一个红外接收头最多可接收到两次红外信号,对左边和右边的红外接收头接收到的红外信息进行编码,组成一个无符号24位二进制的位置变量。根据位置变量判断出移动机器人在充电基座的方位,从而控制移动机器人对准运动。
其中,无符号24位二进制的位置变量结构示意图如表1所示,具体包括:第23位到第20位二进制为左边红外接收头接收到红外信号的个数,值为0、1、2,第19位到第16位二进制为左边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第15位到第12位二进制为左边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第11位到第8位二进制为右边红外接收头接收到红外信号的个数,值为0、1、2,第7位到第4位二进制为右边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第3位到第0位二进制为右边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值,值为0、3、6、9。
表1 位置变量结构
位数 | 31~24 | 23~20 | 19~16 | 15~12 | 11~8 | 7~4 | 3~0 |
具体含义 | 保留,值为0 | 左边红外接收头接收到红外信号的个数 | 左边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值 | 左边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值 | 右边红外接收头接收到红外信号的个数 | 右边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值 | 右边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值 |
再次,移动机器人根据位置变量的值进行方位判断,然后进行一次对准运动,在对准运动过程中,不进行方位判断。移动机器人每次对准运动过程分为9种,分别为:小幅度左转、小幅度右转、大幅度左转、大幅度右转、小幅度左移、小幅度右移、大幅度左移、大幅度右移、直线前进。左转的控制方法为左轮运动,右轮静止;右转的控制方法为左轮静止,右轮运动;左移的控制方法为右轮先运动一段距离,然后左轮再运动相同的距离;右移的控制方法为左轮先运动一段距离,然后右轮再运动相同的距离;直线前进的控制方法为左轮和右轮以相同的速度前进一段距离。其中,运动幅度的判据是否收到了充电基座中间红外发射管的红外信号,如果收到,以小幅度运动,否则以大幅度运动。不同的位置变量对应于不同的对准运动过程,对应的控制方式如表2所示。对准过程中,移动机器人在检测到充电极有电压后,表明移动机器人充电极已接触到充电基座的充电极,停止运动,开始充电。
表2 不同的位置变量对应于不同的对准运动过程
位置变量值(十六进制表示) | 对应的对准运动类型 |
0x00000160 | 大幅度左转 |
0x00000203 | 小幅度左转 |
0x00000206 | 大幅度左转 |
0x00000230 | 小幅度左转 |
0x00000233 | 小幅度左转 |
0x00000236 | 小幅度左转 |
0x00000260 | 大幅度左转 |
0x00000263 | 小幅度左转 |
0x00000266 | 大幅度左转 |
0x00000299 | 大幅度左移 |
0x00130130 | 直线前进 |
0x00130233 | 直线前进 |
0x00130299 | 直线前进 |
0x00160160 | 大幅度右移 |
0x00160233 | 直线前进 |
0x00160293 | 直线前进 |
0x00190000 | 大幅度右转 |
0x00190190 | 大幅度左移 |
0x00203000 | 小幅度右转 |
0x00203233 | 直线前进 |
0x00206266 | 大幅度右移 |
0x00206293 | 直线前进 |
0x00209000 | 大幅度右转 |
0x00209299 | 大幅度左移 |
0x00230000 | 小幅度右转 |
0x00230233 | 直线前进 |
0x00233000 | 小幅度右转 |
0x00233130 | 直线前进 |
0x00233190 | 直线前进 |
0x00233203 | 直线前进 |
0x00233230 | 直线前进 |
0x00233233 | 直线前进 |
0x00233236 | 直线前进 |
0x00233239 | 直线前进 |
0x00233293 | 直线前进 |
0x00233299 | 直线前进 |
0x00236233 | 直线前进 |
0x00236236 | 小幅度右移 |
0x00239000 | 小幅度右转 |
0x00239233 | 直线前进 |
0x00239299 | 小幅度左移 |
0x00260293 | 直线前进 |
0x00263190 | 直线前进 |
0x00263209 | 直线前进 |
0x00263233 | 直线前进 |
0x00263263 | 小幅度右移 |
0x00263290 | 直线前进 |
0x00263299 | 直线前进 |
0x00266000 | 大幅度右移 |
0x00266130 | 直线前进 |
0x00266206 | 大幅度右移 |
0x00266233 | 直线前进 |
0x00266236 | 小幅度右移 |
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0x00266293 | 直线前进 |
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0x00299299 | 大幅度左移 |
红外线的光谱位于红色光之外, 波长是0.76~1.5μm,比红光的波长还长。充电基座的红外发射是利用红外线进行传递信息的一种控制方式。本发明的充电基座红外发射是以调制的方式发射数据,就是把数据和一定频率的载波进行“与”操作,这样既可以提高发射效率又可以降低电源功耗。调制载波频率使用38kHz,占空比1/3的方波。
本发明的充电基座红外发射采用的是频率调制(FM)方式,如图3所示。FM调制是通过调制改变载波信号的周期实现“0”、“1”。
红外通讯的载波频率采用38KHz,一个脉冲对应560us的连续载波,一个逻辑1传输需要1.125ms(560us脉冲+560us低电平),一个逻辑0的传输需要2.25ms(560 us脉冲+1680us低电平)。而红外接收头在收到脉冲的时候为低电平,在没有脉冲的时候为高电平,在接收头端收到的信号为:逻辑1应该是560us低电平+560us高电平,逻辑0应该是560us低电平+1680us高电平。左边红外发射管的码值为01(二进制),中间红外发射g管的码值为00(二进制),右边红外发射管的码值为10(二进制),并采用反码增加传输的可靠性。按照低位在后,高位在前的顺序发送,因此,接收头接收到左边红外发射管的码值为0110(二进制),接收头接收到中间红外发射管的码值为0011(二进制),接收头接收到右边红外发射管的码值为1001(二进制)。
上述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)、充电基座采用三路红外发射二极管发射红外线;
(2)、移动机器人判断是否收到充电基座的一路或多路发射的红外线,如果没有收到充电基座的任何红外线,原地旋转直到收到红外信号;
(3)、移动机器人前端采用两个红外接收头接收红外信号,对左边和右边的红外接收头接收到的红外信息进行编码,组成一个无符号24位二进制的位置变量;
(4)、移动机器人根据位置变量的值进行方位判断,进行一次对准运动,对准时不进行方位判断;
(5)、对准过程中,移动机器人不断检测充电极是否有电压,若检测到电压则说明移动机器人充电极已接触到充电基座的充电极,停止运动,开始充电。
2.如权利要求1所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:对步骤(1)中充电基座的三路红外发射进行编码,通过不同编码区分出三路红外发射二极管分别发射的红外线。
3.如权利要求2所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:所述三路红外发射包括左边红外发射、中间红外发射和右边红外发射,其中,左边的红外发射二进制编码为0110,前两位与后两位为反码,中间的红外发射二进制编码为0011,右边的红外发射二进制编码为1001,间隔70ms发送一次红外信号。
4.如权利要求1所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:步骤(3)中的移动机器人每间隔150ms查询一次红外接收情况,每次一个红外接收头最多接收到两次红外信号。
5.如权利要求1所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:所述无符号24位二进制的位置变量具体包括:第23位到第20位二进制为左边红外接收头接收到红外信号的个数,值为0、1、2,第19位到第16位二进制为左边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第15位到第12位二进制为左边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第11位到第8位二进制为右边红外接收头接收到红外信号的个数,值为0、1、2,第7位到第4位二进制为右边红外接收头接收到第一个红外信号的编码值,值为0、3、6、9,第3位到第0位二进制为右边红外接收头接收到第二个红外信号的编码值,值为0、3、6、9。
6.如权利要求1所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:所述移动机器人每次对准运动分包括9种,分别为:小幅度左转、小幅度右转、大幅度左转、大幅度右转、小幅度左移、小幅度右移、大幅度左移、大幅度右移、直线前进。
7.如权利要求6所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:所述左转的控制方法为左轮运动,右轮静止;所述右转的控制方法为左轮静止,右轮运动;所述左移的控制方法为右轮先运动一段距离,然后左轮再运动相同的距离;所述右移的控制方法为左轮先运动一段距离,然后右轮再运动相同的距离;所述直线前进的控制方法为左轮和右轮以相同的速度前进一段距离。
8.如权利要求6所述的移动机器人自主对准充电基座的控制方法,其特征在于:所述运动幅度的判据为移动机器人是否收到了充电基座中间红外发射管的红外信号,如果收到,以小幅度运动;否则以大幅度运动。
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