CN109660027A - 一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统及方法，包括线圈驱动平台和导航归位平台；线圈驱动平台包括电磁线圈、升降装置；所述升降装置包括至少一个，在每个升降装置上设有一个电磁线圈；升降装置用于驱动所述的电磁线圈升降，所述的电磁线圈用于实现机器人的无线充电；导航归位平台包括红外发射模块、引导磁条、定位磁条和信号收发装置，所述的红外发射模块用于机器人的粗定位；所述的引导磁条包括至少一条，一条引导磁条对应一个电磁线圈，每条引导磁条均与一个定位磁条相连，所述的信号收发装置用于连接至机器人网络，同时控制电磁线圈、升降装置、红外发射模块、引导磁条和定位磁条。

Description

一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统及方法

技术领域

本发明涉及一种机器人充电系统，具体的涉及一种融合红外导航及磁导航的多型号机器人自动充电系统及方法。

背景技术

移动机器人的应用越来越广泛，在医疗、服务、金融等领域均出现各种引导服务机器人，但由于目前移动机器人能源系统多采用电池组，在工作时常常遇到电池电量不足的问题，因此解决移动机器人的自动充电问题，是保证其长时间工作的基础，也是移动机器人所必须具有的功能。

目前，机器人自主充电方案多采用：红外线信号追踪、射频无线追踪以及图像识别法。红外线信号追踪是通过发出的红外线信号去寻找充电桩位置然后进行对接，但其对接位置常常不够准确，容易有偏差；射频无线追踪是根据发出射频信号的强弱来判断充电桩位置，却只能大致寻找到充电桩的位置；而图像识别法根据摄像头去进行相关的图像处理法来寻找充电桩，也容易受到环境的影响。综上所述，目前机器人自主充电的主要问题在于寻找充电桩时位置不够准确、安全度低以及容易受到环境干扰。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明公开了一种融合红外导航及磁导航的多型号机器人自动充电系统及方法。

本发明的采用的技术方案如下：

一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，包括线圈驱动平台、导航归位平台；

所述的线圈驱动平台包括电磁线圈、升降装置；所述升降装置包括至少一个，在每个升降装置上设有一个电磁线圈；升降装置用于驱动所述的电磁线圈升降，所述的电磁线圈用于实现机器人的无线充电；

所述的导航归位平台包括红外发射模块、引导磁条、定位磁条和信号收发装置，所述的红外发射模块用于机器人的粗定位；所述的引导磁条包括至少一条，一条引导磁条对应一个电磁线圈，每条引导磁条均与一个定位磁条相连，所述的信号收发装置用于连接至机器人网络，同时控制电磁线圈、升降装置、红外发射模块、引导磁条和定位磁条。

进一步的，所述的电磁线圈安装在一个托板上，所述的托板与升降装置相连。

进一步的，所述的托板上还设有一个接近开关，用于对电磁线圈是否到位进行控制。

进一步的，所述的升降装置包括电机和丝杠组件，电机驱动丝杠旋转，丝杠滑块与所述的托板相连。

进一步的，在所述的定位磁条两侧均设有与其相连的多条引导磁条，所述的多条引导磁条均与定位磁条垂直。

进一步的，所述的升降装置和信号收发装置安装在同一个安装板上。

进一步的，所述的红外发射模块也安装在所述的安装板，在机器人上安装有红外接收模块。

进一步的，在所述机器人上安装有磁导航模块，所述的磁导航模块会引导机器人沿定位磁条方向移动，直到触碰到上电的引导磁条。,

进一步的，为了适应不同的机器人的充电，可以将多个线圈的规格设置成相同或者不同的规格。

利用上述系统给机器人进行充电的方法如下：

机器人端发射请求充电的指令；

自动充电系统的信号收发装置在收到机器人端发出的请求充电命令后，开启红外发射模块发射指令信息，开启定位磁条上电模式，并根据当前充电位的空闲情况安排距离机器人最近的引导磁条上电，

机器人根据红外发射模块发射的信号粗定位至无线充电系统前，并在上电的定位磁条和引导磁条的引导下到达安排的充电位；然后引导磁条和定位磁条断电；

无线电充电系统升降装置将电磁线圈提升，当接近开关碰触机器人下部时，升降装置直至运动，并且电磁线圈开始对机器人充电；

充电过程中机器人不断检测是否充电完成？如果没有完成，继续充电；如果完成，则升降装置下降至起始位，机器人后退出无线充电系统，无线充电过程结束。

本发明产生的技术效果如下：

1、本发明融合红外导航及磁导航技术，降低机器人充电归位难度，提高机器人充电归位精准度；

2、本发明适应多型号机器人同时充电，系统充电机构可根据机器人型号尺寸自动调整位姿，满足多种机器人充电需求；

3、本发明可扩展性强，只需要在安装板上增加升降装置以及充电线圈即可，能够根据现场使用需求加装充电模组，满足更多数量和型号的机器人自动充电需求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是根据一个或多个实施方式中公开的控制流程图。

图2是根据一个或多个实施方式中公开的轴侧图；

图3是根据一个或多个实施方式中公开的俯视图；

图4是根据一个或多个实施方式中公开的前视图；

图5是根据一个或多个实施方式中公开的后视图；

图中：1升降装置安装板，2红外发射模块，3信号收发装置，4引导磁铁，5定位磁条，6电磁线圈，7电磁线圈托板，8接近开关，9驱动电机，10升降装置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中机器人自主充电方案多采用：红外线信号追踪、射频无线追踪以及图像识别法。红外线信号追踪是通过发出的红外线信号去寻找充电桩位置然后进行对接，但其对接位置常常不够准确，容易有偏差；射频无线追踪是根据发出射频信号的强弱来判断充电桩位置，却只能大致寻找到充电桩的位置；而图像识别法根据摄像头去进行相关的图像处理法来寻找充电桩，也容易受到环境的影响。综上所述，目前机器人自主充电的主要问题在于寻找充电桩时位置不够准确、安全度低以及容易受到环境干扰。

为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种融合红外导航及磁导航的多型号机器人自动充电系统及方法，本发明融合红外导航及磁导航技术，降低机器人充电归位难度，提高机器人充电归位精准度。

实施例1

本申请的一种典型的实施方式中，如图2-图5所示，本机器人自动充电系统分为两个部分：线圈驱动平台、导航归位平台。

线圈驱动平台包括升降装置安装板1、电磁线圈6、电磁线圈托板7、接近开关8、驱动电机9、升降装置10。

其中升降装置安装板1固定于安装平面，其上安装有信号收发装置3和升降装置10，升降装置10包括驱动电机9和丝杠滑块组件；

在丝杠的竖直方向上安装有驱动电机9，丝杠滑块连接电磁线圈托板7，驱动电机9带动电磁线圈托板7沿竖直方向运动，电磁线圈托板7上方安装有电磁线圈6和接近开关8，实现电磁线圈托板7上升到机器人充电高度时，驱动电机9停止运动，并信号收发装置3开启电磁线圈6实现机器人无线充电。

导航归位平台包括红外发射模块2、信号收发装置3、引导磁条4、定位磁条5；

信号收发装置3连接至机器人网络，同时控制电磁线圈是否开启、升降装置升降的高度以及是否升降、红外发射模块是否工作、引导磁条和定位磁条是否通电，其相当于一个整体的控制系统。

在图中，升降装置和信号收发装置安装在同一个安装板上。

引导磁条4包括至少一条，一条引导磁条4对应一个电磁线圈，每条引导磁条均与同一个定位磁条5相连，在本实施例中，如图2所示，引导磁条4包括三条，三条引导磁条4均与同一个定位磁条5相连。

进一步的，相邻的引导磁条4之间的距离可以根据实际的机器人的大小以及型号等进行设置。在机器人上安装有磁导航模块，所述的磁导航模块会引导机器人沿定位磁条方向移动，直到触碰到上电的引导磁条。

进一步的，可以根据需要延长定位磁条5的长度，增加引导磁条4和充电线圈的个数，实现充电模块的扩展。本发明可扩展性强，只需要在安装板上增加升降装置以及充电线圈即可，能够根据现场使用需求加装充电模组，满足更多数量和型号的机器人自动充电需求。

红外发射模块2用于机器人的粗定位，所述的红外发射模块也安装在所述的安装板，在机器人上安装有红外接收模块，两者配合工作。

具体的工作方法如下：

如图1所示，机器人端先发射请求充电的指令；

信号收发装置3在收到机器人端发出的请求充电命令后，开启红外发射模块2发射指令信息，开启定位磁条5上电模式，并根据当前充电位的空闲情况安排距离机器人最近的引导磁条4上电，通过两个红外发射模块2粗引导机器人到达自动充电系统前方，当机器人继续运动触及已通电的横向定位磁条5时，机器人端安装的磁导航模块会引导机器人沿定位磁条5方向移动，直到触碰到上电的引导磁条4，再使机器人沿引导磁条4方向移动，直至到达安排的空闲充电位，此时引导磁条4和定位磁条5断电，开始无线充电，充电完成后机器人后退离开无线充电系统，完成整个无线充电过程。

实施例2

本实施例中，在引导磁条4的另一侧也有安装有定位磁条5以及对应的线圈驱动平台，即相等于在实施例1中的图2的另一侧安装有与图2的相同的结构，可以实现更多个机器人的同时充电，其与的结构与实施例1完全相同。因此，本发明可扩展性强，只需要在安装板上增加升降装置以及充电线圈即可，能够根据现场使用需求加装充电模组，满足更多数量和型号的机器人自动充电需求。

实施例3

为了适应不同的机器人的充电，可以将多个线圈设置成相同规格的线圈或者不同规格的线圈，其与的结构与实施例1或者实施例2完全相同。本发明可以适应多型号机器人同时充电，系统充电机构可根据机器人型号尺寸自动调整位姿，满足多种机器人充电需求。

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)

1.一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，包括线圈驱动平台和导航归位平台；

所述的线圈驱动平台包括电磁线圈、升降装置；所述升降装置包括至少一个，在每个升降装置上设有一个电磁线圈；升降装置用于驱动所述的电磁线圈升降，所述的电磁线圈用于实现机器人的无线充电；

所述的导航归位平台包括红外发射模块、引导磁条、定位磁条和信号收发装置，所述的红外发射模块用于机器人的粗定位；所述的引导磁条包括至少一条，一条引导磁条对应一个电磁线圈，每条引导磁条均与一个定位磁条相连，所述的信号收发装置用于连接至机器人网络，同时控制电磁线圈、升降装置、红外发射模块、引导磁条和定位磁条。

2.如权利要求1所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，所述的电磁线圈安装在一个托板上，所述的托板与升降装置相连。

3.如权利要求2所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，所述的托板上还设有一个接近开关，用于对电磁线圈是否到位进行控制。

4.如权利要求2所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，所述的升降装置包括电机和丝杠组件，电机驱动丝杠旋转，丝杠滑块与所述的托板相连。

5.如权利要求1所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，在所述的定位磁条两侧均设有与其相连的多条引导磁条。

6.如权利要求1所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，所述的升降装置和信号收发装置安装在同一个安装板上。

7.如权利要求6所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，所述的红外发射模块也安装在所述的安装板，在机器人上安装有红外接收模块。

8.如权利要求1所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，在机器人上安装有磁导航模块，所述的磁导航模块会引导机器人沿定位磁条和引导磁条方向移动。

9.如权利要求1所述的一种融合红外导航及磁导航的机器人自动充电系统，其特征在于，多个电磁线圈的规格可相同或者不同。

10.利用权利要求1-8任一所述的自动充电系统给机器人进行充电的方法如下：

机器人端发射请求充电的指令；

自动充电系统的信号收发装置在收到机器人端发出的请求充电命令后，开启红外发射模块发射指令信息，开启定位磁条上电模式，并根据当前充电位的空闲情况安排距离机器人最近的引导磁条上电，

机器人根据红外发射模块发射的信号粗定位至无线充电系统前，并在上电的定位磁条和引导磁条的引导下到达安排的充电位；然后引导磁条和定位磁条断电；

无线电充电系统升降装置将电磁线圈提升，当接近开关碰触机器人下部时，升降装置直至运动，并且电磁线圈开始对机器人充电；

充电过程中机器人不断检测是否充电完成？如果没有完成，继续充电；如果完成，则升降装置下降至起始位，机器人后退出无线充电系统，无线充电过程结束。