CN109345697B - 售卖机自动回充导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动售卖机领域，提供一种售卖机自动回充导航方法，自动售卖机检测到电量低于设定值时，上位机向充电装置发送自动售卖机开始回充的请求，接收所述回充请求应答，上位机指令自动售卖机进行回充。以往自动售卖机只能在原地充电，该回充方法步骤简单，易于实现，使得自动售卖机能够在电量不足情况下自动返回充电桩进行回充，自动售卖机、充电桩和上位机三者间可实时进行无线通信，自动售卖机在导航装置的精确导航下使得其运行到充电装置理想位置进行充电；同时充电桩与自动售卖机进行无线通信,采用2.4G的无线模块，提高充电可靠性及安全性。

Description

售卖机自动回充导航方法

技术领域

本发明属于自动售卖机领域，具体涉及自动售卖机自动回充导航方法。

背景技术

暂无售卖机自动返回指定地点进行充电的方法,技术上最接近的是扫地机器人和部分服务机器人的自动充电机构。上述自动充电机构均采用红外传感器或激光雷达进行扫描后返回充电桩进行充电，上述自动充电机构与充电桩之间并无实时通信，当有物体意外干扰自动售卖机时可能导致故障。传统自动回充机构只在固定点进行静止型售卖及充电，无法自动运行进行移动式售卖，更无法反馈运行过程中的实时数据，移动式自动售卖机适用于长距离、大范围售卖，当电量过低返回充电桩过程中，如果不与充电桩实时交互数据，易发生故障，因此，应对现有自动充电方法进行提升改进，以适应自动售卖机的自动回充导航方法的实现。

发明内容

为解决以上现有技术的不足，本发明公开了一种售卖机的自动回充导航方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：提供一种售卖机自动回充导航方法，包括以下步骤：

S1：检测到电量低于设定值时，所述自动售卖机会反馈信息至上位机；接收所述反馈信息后，上位机向充电装置发送自动售卖机开始回充的请求；

S2:接收所述充电装置的充电请求应答后，上位机指令自动售卖机进行回充；否则，向上位机上报错误；

S3:接收所述回充指令后，该自动售卖机进行自旋转，检测充电装置的位置；

S4：检测到充电装置位置后，所述导航装置换算出充电装置的位置，上传至上位机；

S5：接收所述位置信息后，上位机根据位置信息规划出一条前往充电点的Dubins曲线；自动售卖机通过PID控制沿所述规划的Dubins曲线前往充电装置；

S6:检测自动售卖机到达充电装置后，所述充电装置反馈到达信息至上位机。

进一步的，步骤S3中所述自动售卖机通过导航装置检测充电装置，所述导航装置为设置于自动售卖机前部的激光雷达，所述激光雷达用于检测充电装置并进行导航；所述自动售卖机通过激光雷达返回的数据换算出充电装置在激光雷达坐标系下的坐标和方向，通过坐标系转换，能够得到所述自动售卖机在充电装置坐标系下的坐标和方向。

进一步的，所述激光雷达检测充电装置上设置的反光区域，将收到数据的反光率高于阈值的最短连续线段和充电装置实际长度进行比较，通过拟合上述特定线段的斜率换算出充电装置相对于激光雷达坐标系的位置，判断激光雷达是否检测到所述充电装置。

进一步的，步骤S4中当导航装置未检测到充电装置，判断检测是否超过设定时间，若超过10s，则上报失败信息至上位机。

进一步的，当导航装置未检测到充电装置，同时检测时间未超过10s，则继续进行检测。

进一步的，步骤S5中所述前往充电装置路径上设置有目标区域，若自动售卖机位于目标区域之前，则通过自动售卖机的当前坐标规划目标方向并进行PID运算作为运动路径，自动售卖机会沿着所述路径运动至目标区域。

进一步的，所述自动售卖机位于目标区域之后，则自动售卖机根据里程计的坐标数据，沿直线路径运行至目标区域。

进一步的，所述里程计利用自动售卖机上设置的两个电机的编码器的值来计算位移，用陀螺仪测量自动售卖机角度信息。

进一步的，当自动售卖机到达所述目标区域时，所述自动售卖机通过无线发送到达信息至充电装置。

进一步的，所述自动售卖机完成充电后，发送完成指令至上位机，上位机指令自动售卖机再次进行售卖。

本发明具有以下有益效果：以往自动售卖机只能在原地充电，该回充方法步骤简单、易于实现，使得自动售卖机能够在电量不足情况下自动返回充电桩进行回充，自动售卖机在导航装置的精确导航下使得其运行到充电装置理想位置进行充电；同时自动售卖机、充电桩和上位机三者间可实时进行无线通信，采用2.4G的无线模块，提高充电可靠性及安全性。

附图说明

图1为本发明售卖机自动回充导航方法的流程图；

图2为本发明售卖机自动回充导航方法另一种实施例的示意图；

图3为本发明售卖机自动回充导航方法的整体工作流程图。

具体实施方式

本发明采用以下技术方案：如图1所示，提供一种售卖机自动回充导航方法，包括以下步骤：

S1：检测到电量低于设定值时，所述自动售卖机会反馈信息至上位机；接收所述反馈信息后，上位机向充电装置发送自动售卖机开始回充的请求；

S2:接收所述充电装置的充电请求应答后，上位机指令自动售卖机进行回充；否则，向上位机上报错误；

S3:接收所述回充指令后，该自动售卖机进行自旋转，检测充电装置的位置；

S4：检测到充电装置位置后，所述导航装置换算出充电装置的位置，上传至上位机；

S5：接收所述位置信息后，上位机根据位置信息规划出一条前往充电点的Dubins(航迹规划)曲线；自动售卖机通过PID控制沿所述规划的Dubins曲线前往充电装置；

S6:检测自动售卖机到达充电装置后，所述充电装置反馈到达信息至上位机。

更优选地，步骤S3中自动售卖机通过导航装置检测充电装置，所述导航装置为设置于自动售卖机前部的激光雷达，所述激光雷达用于检测充电装置并进行导航；所述自动售卖机通过激光雷达返回的数据换算出充电装置在激光雷达坐标系下的坐标和方向，通过坐标系转换，能够得到所述自动售卖机在充电装置坐标系下的坐标和方向。

更优选地，激光雷达检测充电装置上设置的反光区域，激光雷达收到数据的反光率较强，通过余弦定理计算出此反光区域的面积，将此面积和实际面积作比较，判断激光雷达是否检测到所述充电装置。

更优选地，步骤S4中当导航装置未检测到充电装置，判断检测是否超过设定时间，若超过10s，则上报失败信息至上位机。

更优选地，当导航装置未检测到充电装置，同时检测时间未超过10s，则继续进行检测。

如图2所示，本发明提供另一种实施例，步骤S5中所述前往充电装置路径上设置有目标区域，若自动售卖机位于目标区域之前，则通过自动售卖机的当前坐标规划目标方向并进行PID运算作为运动路径，自动售卖机会沿着所述路径运动至目标区域。

更优选地，当自动售卖机位于目标区域之后，则自动售卖机根据里程计的坐标数据，沿直线路径运行至目标区域。

更优选地，所述里程计利用自动售卖机上设置的两个电机的编码器的值来计算位移，用陀螺仪测量自动售卖机角度信息。

更优选地，当自动售卖机到达所述目标区域时，所述自动售卖机通过无线发送到达信息至充电装置。

更优选地，所述自动售卖机完成充电后，发送完成指令至上位机，上位机指令自动售卖机再次进行售卖。

如图3所示，本发明售卖机自动回充导航方法的整体工作流程如下：

充电装置具体采用充电桩(也不限于充电桩，可以是其他可以与自动售卖机匹配的具有充电功能的设备)，充电桩设置于商家店铺或固定地点；自动售卖机经过长时间的售卖，自动售卖机电池的电量会低于设定值，影响自动售卖机的正常工作，自动售卖机的控制器收到上位机的自动回充指令或所述自动售卖机的电源管理模块判断其电压低于设定值(5％)，上传数据给上位机，由上位机下达回充请求给充电桩，判断充电桩是否应答该充电请求，如果充电桩未进行应答回复，则上报失败信息至上位机；若充电桩进行应答，则自动售卖机开始返回充电区域。一种方案是自动售卖机使用其前部设置的激光雷达来检测充电桩位置，具体方式为：在充电桩上面有一个30*15厘米的反光区域，这个反光区域的反光很强，然后在激光雷达收到在这一部分的数据的反光率就很大，这样就认为是检测到了充电桩。通过余弦定理可以计算出这个反光区域的面积，然后将此区域面积和实际区域的面积作比较，如此就能够很大程度的防止其他反光率很高的物体的干扰,判断自动售卖机是否寻找到充电桩的位置，若寻找时间超过10s，则上报寻找失败信息至上位机；若寻找到充电桩的位置，则上位机通过激光雷达的检测数据换算出充电桩的位置，规划出一条前往充电点的Dubins曲线，随后该自动售卖机通过其PID控制沿着所述Dubins曲线前往充点电，其后判断自动售卖机是否到达充电点，若未到达充电桩继续等待。

由于售卖距离可能较远，为了精确导航，另一种实施例是自动售卖机在原地进行自旋转，通过其上设置的激光雷达导航运行至上位机给自动售卖机设定的激光雷达导航的目标点，该目标点是位于充电桩中垂线上1.25米的位置，也可以是其他位置的目标点，目标点可以形成一任意形状的区域。在激光雷达的可视范围内，可以通过激光雷达返回的数据计算出充电桩在激光雷达坐标系下面的坐标和方向，通过坐标系转换，能够计算出自动售卖机在充电桩坐标系下面的坐标和方向，如果此时自动售卖机在目标点之前，即不处于目标点和充电桩之间，那么就通过自动售卖机的当前坐标规划一条贝塞尔曲线，再通过自动售卖机当前坐标的X或者Y计算出贝塞尔曲线上的实际点，然后对贝塞尔曲线求一阶导数，计算出这个点的切线，切线方向就是自动售卖机的目标方向，自动售卖机当前点到切线的距离就近似认为是自动售卖机当前点到贝塞尔曲线的最短距离，然后对方向偏差和距离偏差各做一次PID运算，将两次PID运算的输出之和作为自动售卖机的角速度输出，然后自动售卖机就会沿着这条贝塞尔曲线运动，这样在到达目标点的时候自动售卖机是垂直于充电桩的；如果自动售卖机最开始是在目标点后面，即处于目标点和充电桩之间，那么自动售卖机就根据其内部设置的里程计的坐标数据，沿直线路径运行到达目标点。里程计就是利用自动售卖机上设置的两个电机编码器的值来计算位移，用陀螺仪测量自动售卖机的角度信息，这样就能解算出自动售卖机在里程计坐标系下面的坐标。当充电桩检测到自动售卖机移动到达充电点后，位于充电点的充电桩通过其上设置的红外传感器发射板发射经编码的红外发射信号，自动售卖机原地自旋去检测充电桩发射的红外发射信号并与之匹配；具体检测方式为：当自动售卖机到达充电点后，此时自动售卖机的位置是任意的，自动售卖机原地旋转，在旋转过程中，充电桩设置的红外传感器发射板发射经特殊编码后的信号，然后自动售卖机根据设置的红外传感器接收板接收到的编码信号来进行姿态的调整，通过编码值来确定自动售卖机是在充电桩的左边、右边还是中间，红外传感器接收板上左边的接收管接收到红外传感器发射板右边发射管的编码值，就左平移和逆时针旋转，红外传感器接收板上右边的接收管接收到红外传感器发射板左边发射管的编码值，就右平移和顺时针旋转，红外传感器接收板上左边的接收管接收到红外传感器发射板左边发射管的编码值，右边的接收管接收到右边的编码值，自动售卖机就直行，直至到达充电桩；判断出自动售卖机在充电桩的位置后，自动售卖机就开始向充电桩运动，当自动售卖机触碰到充电桩的时候会触发充电桩上面的红外传感器，这时充电桩就会关闭红外传感器并打开充电开关，同时通过第二无线收发单元发送到达信息至自动售卖机，接收所述达到信息后，自动售卖机继续向充电开关移动,充电桩铜片电极会触碰铜块电极,使电极向里面压缩，直至充电桩上面的行程开关被触发,同时其轮子卡在锁定槽被固定,使其停止运动，自动售卖机底盘电机释放完成充电动作，则自动售卖机进入充电模式，达到充电状态；自动售卖机上报充电成功信息至上位机。充电完成后自动售卖机会通过无线发送充电完成信息至充电桩，接收该信息后，充电桩就释放自动售卖机轮子使得其退出充电状态并关闭充电开关，等待下一次充电，自动售卖机底盘重新上电，离开充电桩进行再次售卖。由于充电时可锁定自动售卖机轮子，避免外界原因导致其充电中断，充电桩与自动售卖机实时进行无线通信,采用2.4G的NRF24L01无线模块，提高充电可靠性及安全性，充电桩和自动售卖机上面都设置有无线收发单元实时进行收发处理，而且每一次发送之后，接收方必须要应答，发送的数据包括数据头、数据、校验，这样就可以很大程度的防止数据干扰。

Claims (7)

1.售卖机自动回充导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：检测到电量低于设定值时，自动售卖机会反馈信息至上位机；接收所述反馈信息后，上位机向充电装置发送自动售卖机开始回充的请求；

S2:接收所述充电装置的充电请求应答后，上位机指令自动售卖机进行回充；否则，向上位机上报错误；

S3:接收所述回充的指令后，该自动售卖机进行自旋转，通过激光雷达检测充电装置的位置；所述自动售卖机通过激光雷达返回的数据换算出充电装置在激光雷达坐标系下的坐标和方向，通过坐标系转换，能够得到所述自动售卖机在充电装置坐标系下的坐标和方向；

S4：检测到充电装置位置后，所述激光雷达换算出充电装置的位置，上传至上位机；

S5：接收所述位置的信息后，上位机根据位置信息规划出一条前往充电装置的Dubins曲线；自动售卖机通过PID控制沿所述规划的Dubins曲线前往充电装置；所述前往充电装置路径上设置有目标区域，具体为：

若自动售卖机位于目标区域之前，就通过自动售卖机的当前坐标规划一条贝塞尔曲线，再通过自动售卖机当前坐标的X或者Y计算出贝塞尔曲线上的实际点，然后对贝塞尔曲线求一阶导数，计算出这个点的切线，切线方向就是自动售卖机的目标方向，自动售卖机当前点到切线的距离就近似认为是自动售卖机当前点到贝塞尔曲线的最短距离，然后对方向偏差和距离偏差各做一次PID运算，将两次PID运算的输出之和作为自动售卖机的角速度输出，然后自动售卖机就会沿着这条贝塞尔曲线运动，这样在到达目标点的时候自动售卖机是垂直于充电桩的，自动售卖机会沿着所述路径运动至目标区域；

若自动售卖机位于目标区域之后，则自动售卖机根据里程计的坐标数据，沿直线路径运行至目标区域；

S6:检测自动售卖机到达充电装置后，所述充电装置反馈到达信息至上位机。

2.如权利要求1所述的售卖机自动回充导航方法，其特征在于，所述激光雷达检测充电装置上设置的反光区域，换算出充电装置相对于激光雷达坐标系的位置，判断激光雷达是否检测到所述充电装置。

3.如权利要求1所述的售卖机自动回充导航方法，其特征在于，步骤S4中当激光雷达未检测到充电装置，判断检测是否超过设定时间，若超过10s，则上报失败信息至上位机。

4.如权利要求3所述的售卖机自动回充导航方法，其特征在于，当激光雷达未检测到充电装置，同时检测时间未超过10s，则继续进行检测。

5.如权利要求1所述的售卖机自动回充导航方法，其特征在于，所述里程计利用自动售卖机上设置的两个电机的编码器的值来计算位移，用陀螺仪测量自动售卖机角度信息。

6.如权利要求1所述的售卖机自动回充导航方法，其特征在于，当自动售卖机到达所述目标区域时，所述自动售卖机通过无线发送到达信息至充电装置。

7.如权利要求1所述的售卖机自动回充导航方法，其特征在于，所述自动售卖机完成充电后，发送完成指令至上位机，上位机指令自动售卖机再次进行售卖。

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