CN110544964A - 用于机器人的自动充电系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于机器人的自动充电系统以及方法，该方法的步骤包括；一控制端根据一任务地图产生分别对应于多个不同任务区域的多个当前任务；多个机器人分别自控制端接收当前任务，并计算完成当前任务所需的一第一电量；机器人取得分别对应于多个不同充电站的多个充电站位置，并根据机器人的一当前位置以及充电站位置计算走到充电站的每一个所需的一第二电量；机器人根据一当前电量、第一电量、第二电量以及一低电量阈值决定是否需要充电。

Description

用于机器人的自动充电系统以及方法

技术领域

本发明涉及一种用于机器人的自动充电系统以及方法，特别涉及一种事先计算机器人的剩余电量以决定是否充电的自动充电系统以及方法。

背景技术

随着科技的进步，机器人在生活上的应用已相当地广泛。然而，当有多个机器人同时执行任务时，如何安排多个机器人的充电策略为一重要的议题。一般而言，当机器人快没电时，可直接回到距离最近的充电站进行充电，但是当有同时有两台机器人快没电时，就会产生冲突。或者，尽管机器人离一第一充电站比较近，但离下一个任务区域较远，则必须考虑移动到下一个任务区域的距离，以避免电力的浪费。因此如何有效率地安排机器人的充电位置为目前所需解决的问题。

发明内容

本发明一实施例提供一种用于机器人的自动充电方法，步骤包括；一控制端根据一任务地图产生分别对应于多个不同任务区域的多个当前任务；多个机器人分别自控制端接收当前任务，并计算完成当前任务所需的一第一电量；机器人取得分别对应于多个不同充电站的多个充电站位置，并根据机器人之一当前位置以及充电站位置计算走到充电站的每一个所需的一第二电量；机器人根据一当前电量、第一电量、第二电量以及一低电量阈值决定是否需要充电。

本发明另一实施例更提供一种机器人自动充电系统，包括一控制端以及多个机器人。控制端包括一第一存储单元以及一第一处理单元。第一存储单元存储一任务地图。第一处理单元根据任务地图产生分别对应于多个不同任务的多个当前任务。机器人的每一个包括一定位单元、一第二存储单元以及一第二处理单元。定位单元用以取得机器人的一当前位置。第二存储单元存储自控制端所接收的当前任务以及对应于多个不同充电站的多个充电站位置。第二处理单元根据当前任务计算完成当前任务所需的一第一电量、根据上述机器人的一当前位置以及充电站位置计算走到充电站的每一个所需的一第二电量以及根据一当前电量、第一电量、第二电量以及一低电量阈值决定是否需要充电。

附图说明

图1是显示根据本发明一实施例所述的机器人自动充电系统的系统架构图。

图2A、2B、2C是显示根据本发明一实施例所述的机器人自动充电方法的示意图。

【符号说明】

100～自动充电系统

110～控制端

111～第一处理单元

112～第一存储单元

120a～120n～机器人

121～第二处理单元

122～第二存储单元

123～定位单元

S201～S209～步骤流程

具体实施方式

有关本发明的机器人自动充电系统以及机器人自动充电方法适用的其他范围将在接下来所提供的详述中清楚易见。必须了解的是下列的详述以及具体的实施例，当提出有关机器人自动充电系统以及机器人自动充电方法的示范实施例时，仅作为描述的目的以及并非用以限制本发明的范围。

图1是显示根据本发明一实施例所述的用以实施用于机器人的自动充电系统的系统架构图。自动充电系统100可包括一控制端110以及多个机器人120a～120n。控制端110可实施于例如服务器、桌上型计算机、笔记型计算机、平板计算机或者智能手机等的电子装置中，且至少包含一第一处理单元111以及一第一存储单元112。第一处理单元111可通过多种方式实施，例如以专用硬件电路或者通用硬件(例如，单一处理器、具平行处理能力的多处理器、图形处理器或者其它具有运算能力的处理器)，且在执行程序代码或者软件时，提供之后所描述的功能。第一存储单元112用以存储至少一任务地图、根据任务地图所产生的任务相关信息、机器人120a～120n的当前位置、多个充电站的充电站位置以及由机器人120a～120n所回传的任务相关参数等，以供第一处理单元111在执行相关运算时进行存取。其中，第一存储单元112可为硬盘、快闪存储器、ROM等非易失性存储装置。其中，控制端110更可包括一通信接口(未显示)，通信接口可为局域网络(local area network，LAN)通信模块、无线局域网络通信模块(WLAN)或蓝牙(Bluetooth)通信模块等，用以与机器人120a～120n的每一个进行通信，以发送以及接收各种信号以及数据。

机器人120a～120n可为具有清扫功能的机器人，且机器人120a～120n的每一个至少包含一第二处理单元121、一第二存储单元122以及一定位单元123。同样地，第二处理单元121可通过多种方式实施，例如以专用硬件电路或者通用硬件，且在执行程序代码或者软件时，提供之后所描述的功能。第二存储单元122可为硬盘、快闪存储器、ROM等非易失性存储装置，用以存储自控制端110所接收到的任务相关信息、多个充电站的充电站位置、与执行任务区域面积相关的耗电量信息(例如1％的电量可执行的任务区域面积)以及与移动距离相关的耗电量信息(例如1％的电量可移动的距离)等。定位单元123用以定位机器人120a～120n在任务地图上的位置，以供第二处理单元121进行任务相关的计算。其中，第二处理单元121更可根据机器人120a～120n的每一个的当前位置、每个充电站位置、当前任务的区域面积、下一任务的区域面积、下一任务的一起始位置等信息计算任务相关参数，并根据计算得的任务相关参数判断是否需要充电。

根据本发明一实施例，当机器人120a～120n的任何一个接收到控制端110所分配的当前任务后，第二处理单元121即根据当前任务所对应的区域面积进行计算，以取得完成当前任务所需要的一第一电量，并同时计算当前位置移动到各个充电站所需要的一第二电量。接着，第二处理单元121每隔一既定时间(例如5秒)重新计算第一电量以及第二电量，并将当前电量减去第一电量以及第二电量以取得对应于预估剩余电量的一第一预测剩余电量，并判断第一预测剩余电量是否大于低电量阈值，藉此以判断机器人是否能顺利完成当前任务并走到充电站的其中一个进行充电。其中，当对应于充电站的每一个的第一预测剩余电量中有任一个的值大于低电量阈值时，表示机器人能顺利完成当前任务并走到充电站的一个进行充电，则第二处理单元121继续驱动机器人执行当前任务。然而，当多个第一预测剩余电量的每一个皆小于或等于低电量阈值，则第二处理单元121判断机器人无法完成当前任务或者在完成任务后可能无法走到充电站充电时，此时根据第一预测剩余电量的大小顺序驱动机器人移动至合适的充电站进行充电。举例来说，表1是显示根据本发明一实施例所述的不同充电站以及不同机器人所分别对应的第一预测剩余电量的示例。

	S1	S2	S3
				120a	5％	15％	25％
120b	7％	12％	15％
				120c	17％	25％	15％

表1

其中，在此一实施例中，低电量阈值设定为15％。如表1所示，尽管经计算后机器人120a完成任务并走到充电站S1、S2的第一预测剩余电量小于或等于低电量阈值，但其完成任务并走到充电站S3的剩余电量仍大于低电量阈值，因此机器人120a的第二处理单元121继续执行任务而并不会输出充电请求至控制端110。同样地，机器人120c在完成任务并走到充电站S2的第一预测剩余电量大于低电量阈值，因此机器人120c亦继续执行任务而不会输出充电请求至控制端110。反之，经计算后，机器人120b在完成任务并走到充电站S1～S3的第一预测剩余电量皆小于或等于低电量阈值，因此其第二处理单元121则根据第一预测剩余电量的大小顺序输出充电请求。在本发明的实施例中，第二处理单元121会选择第一预测剩余电量最多的充电站作为充电站目标。举例来说，由于机器人120b完成任务并走到充电站S3的第一预测剩余电量最多，因此第二处理单元121选择充电站S3作为充电站目标并输出对应于充电站S3的充电请求至控制端110，而控制端110的第一处理单元111则响应于控制请求回复一确认信号给机器人120b。当机器人120b的第二处理单元121在接收到确认信号后，第二处理单元121驱动机器人120b移动至充电站S3进行充电。

表2

根据本发明另一实施例，当控制端110的第一处理单元111同时接收到对应于同一充电站的充电请求时，更根据第一预测剩余电量的大小顺序决定将该充电站的使用优先权分配给哪个机器人。举例来说，如表2所示，机器人120a以及机器人120b所分别对应的第一预测剩余电量皆小于或等于低电量阈值，且两者第一预测剩余电量的最大者皆对应至充电站S3，因此两者的第二处理单元121皆输出对应于充电站S3的充电请求至控制端110。控制端110在同时接收到对应于充电站S3的充电请求时，由于机器人120b所对应的第一预测剩余电量低于对应于机器人120a的第一预测剩余电量，表示机器人120b相较于机器人120a更需要充电，因此第二处理单元121相应地将确认信号发送给机器人120b，并输出一拒绝信号给机器人120a。机器人120a在收到拒绝信号后，其第二处理单元121则根据第一预测剩余电量取次大者作为充电站，并发出对应的充电请求。换句话说，在此实施例中，机器人120a的第二处理单元121在接收到拒绝信号后，即输出对应于充电站S2的充电请求至控制端110。此时，由于控制端110的第一处理单元111并未接收到对应于其它机器人的充电请求，因此将会输出确认信号给机器人120a，使机器人120a可至充电站S2充电。

值得注意的是，当机器人120a～120n的任何一个接收到对应于任一充电站的确认信号后，控制端110的第一处理器111将会忽略对应于该机器人的其它第一预测剩余电量，以避免干扰其它机器人。举例来说，如表2所示，若机器人120a发出对应于充电站S2的充电请求时，尽管其所对应的第一预测剩余电量大于机器人120b对应于充电站S2的第一预测剩余电量(即14％>12％)，但由于机器人120b已接收到对应于充电站S3的确认信号，因此第一处理单元111将忽略对应于机器人120b的第一预测剩余电量，而仍将确认信号发送给机器人120a。

根据本发明另一实施例，除了当前任务外，机器人120a～120n更可一并考虑下一任务，并事先计算下一任务所需的电力，以在执行任务前事先进行充电。举例来说，当完成当前任务后但未走到充电站的任何一个前，第二处理单元121更事先计算完成下一任务所需的一第三电量。接着，第二处理单元121根据当前电量以及第三电量决定是否要先至充电站充电再执行下一任务。举例来说，第二处理单元121首先取得当前电量与第三电量的一第二差值作为一第二预测剩余电量。接着，第二处理单元121判断第二预测剩余电量是否大于低电量阈值。当第二预测剩余电量大于低电量阈值时，表示机器人应可完成下一任务，则机器人自当前位置走到下一任务的起始位置并开始执行下一任务。其中，由于完成下一任务所需的电量远大于机器人自当前位置(完成当前任务后)走到下一任务的起始位置所需的电量，因此第二预测剩余电量仅考虑完成下一任务所需的电量。换句话说，若欲求得更准确地剩余电量，第二处理单元121也可更进一步地考虑机器人自当前位置走到下一任务的起始位置所需的电量。

反之，当第二预测剩余电量小于或等于低电量阈值时，第二处理单元更根据机器人的当前位置、充电站的每一个的充电站位置以及下一任务所对应的起始位置计算走到充电站的每一个再走到起始位置所需的一第四电量。其中，当当前任务所对应的任务区域距离下一任务所对应的任务区域很远时，若机器人仅选择距离当前任务所对应的任务区域最近的充电站进行充电，则可能会造成不必要的电力浪费，因此在此更额外考虑从充电站移动到下一任务的起始位置所需的电力。接着，第二处理单元121更选择第四电量的最小一个所对应的充电站作为充电站目标，并向控制端110输出充电请求。最后，控制端110的第一处理单元111根据接收到的充电请求的数量决定输出确认信号给哪一个充电站。其中，控制端110决定确认信号所对应的充电站的方法如前所述，在此即不加以描述以精简说明。

此外，根据本发明另一实施例，在某一机器人的充电期间，当有另一机器人需要此一充电站时(例如该机器人的当前电量并不足以移动到其它充电站)，则控制端110的第一处理单元111会等到原本正在充电的机器人的电量到达一第一阈值后(例如35％)，再通知原本的机器人离开充电站，并发送确认信号给等待充电的机器人。举例来说，当一机器人正在充电时，当有另一机器人需要该充电站时，第一处理单元111会等到正在充电的机器人电量到达35％时才会发送一离开信号通知正在充电的机器人离开充电站，并发送确认信号给需要充电的机器人已告知该机器人可移动至该充电站进行充电。

图2A、2B、2C是显示根据本发明一实施例所述的机器人自动充电方法的示意图。在步骤S201，控制端110的第一处理单元111根据存储于第一存储单元112中的一任务地图产生对应于多个不同任务区域的多个当前任务，并将多个当前任务分别分派给多个机器人120a～120n。在步骤S202，机器人120a～120n自控制端110接收对应的当前任务，根据当前任务所对应的任务区域面积计算完成当前任务所需的第一电量，以及机器人根据当前位置以及多个充电站所分别对应的充电站位置计算机器人走到充电站的每一个所需的第二电量。最后，机器人的每一个的第二处理单元121计算当前电量与第一电量以及第二电量的第一差值以作为一第一预测剩余电量。在步骤S203，判断第一预测剩余电量是否皆小于或等于低电量阈值。其中，当对应于不同充电站的第一预测剩余电量皆小于或等于低电量阈值时，表示机器人无法完成当前任务，则进入步骤S204，第二处理单元选择第一预测剩余电量的最大者所对应的充电站向控制端发出充电请求。在步骤S205，控制端110在接收到充电请求后，第一处理单元111更判断是否仅接收到一个充电请求。若仅接收到一个充电请求，则进入步骤S206，第一处理单元111输出确认信号，使得机器人根据确认信号移动至充电站进行充电。

反之，若第一处理单元同时接收到多个机器人对应于该充电站的充电请求，则进入步骤S207，第一处理单元发出确认信号给对应于第一预测剩余电量最小之一个的机器人(即最需要充电的机器人)，并发出拒绝信号给其它机器人。在步骤S208，机器人根据确认信号移动至对应的充电站，以及根据拒绝信号选择第一预测剩余电量次大的一个所对应的充电站向控制端发出充电请求。接着，进入步骤S209，机器人在充电站充电至电量全满或者到达一高电量阈值后，离开充电站并继续执行当前任务。

此外，在步骤S203中，当第一预测剩余电量的任何一个大于低电量阈值时，表示机器人可完成当前任务并走回对应的充电站进行充电，则进入步骤S210，第二处理单元驱动机器人继续执行当前任务，并每隔一既定时间重新取得第一预测剩余电量。在完成当前任务后，进入步骤S211，机器人的第二处理单元121接收下一任务并计算完成下一任务所需的第三电量。在步骤S212，第二处理单元121更计算当前电量与第三电量的第二差值以作为第二预测剩余电量，并判断第二预测剩余电量是否大于低电量阈值。当第二预测剩余电量的任何一个大于低电量阈值时，进入步骤S213，第二处理单元121驱动机器人移动至下一任务的任务区域的起始位置，并开始执行下一任务。

反之，在步骤S212中，当第二预测剩余电量皆小于或等于低电量阈值时，进入步骤S214，第二处理单元121根据当前位置、充电站的每一个的充电站位置以及下一任务的起始位置计算走到充电站的每一个再走到起始位置所需的第四电量。在步骤S215，第二处理单元121根据第四电量的最小一个所对应的充电站向控制端110发出充电请求，并根据确认信号移动至充电站进行充电，以及在电量全满或者到达高电量阈值后，机器人离开充电站并继续执行下一任务。

本发明的方法，或特定类型或其部分，可以以程序代码的类型存在。程序代码可以包含在物理介质，如软盘、光盘、硬盘、或是任何其他机器可读(如计算机可读取)存储介质，亦或不限于外在形式的计算机程序产品，其中，当程序代码被机器，如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。程序代码也可通过一些传送介质，如电线或电缆线、光纤、或是任何传输类型进行传送，其中，当程序代码被机器，如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理单元实作时，程序代码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。

综上所述，根据本发明一些实施例所述的用于机器人的自动充电方法以及系统，

以上叙述许多实施例的特征，使本领域技术人员能够清楚理解本说明书的形态。本领域技术人员能够理解其可利用本发明揭示内容为基础以设计或更动其他工艺及结构而完成相同于上述实施例的目的和/或达到相同于上述实施例的优点。本领域技术人员亦能够理解不脱离本发明的精神和范围的等效构造可在不脱离本发明的精神和范围内作任意的更动、替代与润饰。

Claims (12)

1.一种用于机器人的自动充电方法，包括；

控制端根据任务地图产生分别对应于多个不同任务区域的多个当前任务；

多个机器人分别自上述控制端接收上述当前任务，并计算完成上述当前任务所需的第一电量；

上述机器人取得分别对应于多个不同充电站的多个充电站位置，并根据上述机器人的当前位置以及上述充电站位置计算走到上述充电站的每一个所需的第二电量；

上述机器人根据当前电量、上述第一电量、上述第二电量以及低电量阈值决定是否需要充电。

2.如权利要求1所述的自动充电方法，还包括：

计算上述机器人对应于上述充电站的每一个的上述当前电量与上述第一电量以及上述第二电量的第一差值以作为第一预测剩余电量；以及

判断多个上述第一预测剩余电量的每一个是否皆小于或者等于上述低电量阈值；

其中，当多个上述第一预测剩余电量的任何一个大于上述低电量阈值时，上述机器人继续执行上述当前任务，并每隔一既定时间重新根据多个上述第一预测剩余电量决定是否需要充电。

3.如权利要求2所述的自动充电方法，其中当多个上述第一预测剩余电量皆小于或等于上述低电量阈值时，上述机器人停止执行上述当前任务，并根据多个上述第一预测剩余电量的大小顺序向上述控制端发出对应于多个上述第一预测剩余电量的最大一个所对应的上述充电站的充电请求。

4.如权利要求3所述的自动充电方法，还包括：

通过上述控制端判断上述充电站的一个是否接收到对应于多个上述机器人的多个上述充电请求；

其中，当上述控制端仅接收一个上述充电请求时，输出确认信号至上述机器人，以及上述机器人根据上述确认信号至对应于上述充电请求的上述充电站充电；以及

其中，当上述控制端接收到多个上述充电请求时，仅输出上述确认信号至多个上述第一预测剩余电量的最小一个所对应的上述机器人，并输出拒绝信号至其它上述机器人。

5.如权利要求4所述的自动充电方法，其中上述机器人还根据上述拒绝信号重新向上述控制端发出对应于多个上述差值的次大的一个所对应的上述充电站的上述充电请求。

6.如权利要求2所述的自动充电方法，其中当上述机器人完成上述当前任务后，还计算完成下一任务所需的第三电量，并根据上述当前电量、上述第三电量以及上述最低电量决定是否需要充电。

7.一种机器人自动充电系统，包括：

控制端，包括：

第一存储单元，存储任务地图；

第一处理单元，根据上述任务地图产生分别对应于多个不同任务区域的多个当前任务；

多个机器人，其中多个上述机器人的每一个包括：

定位单元，用以取得上述机器人的当前位置；

第二存储单元，存储自上述控制端所接收的上述当前任务以及对应于多个不同充电站的多个充电站位置；以及

第二处理单元，根据上述当前任务计算完成上述当前任务所需的第一电量，根据上述机器人的上述当前位置以及上述充电站位置计算走到上述充电站的每一个所需的第二电量，以及根据当前电量、上述第一电量、上述第二电量以及低电量阈值决定是否需要充电。

8.如权利要求7所述的机器人自动充电系统，其中：

上述第二处理单元还计算上述机器人对应于上述充电站的每一个的上述当前电量与上述第一电量以及上述第二电量的第一差值以作为第一预测剩余电量，并判断多个上述第一预测剩余电量的每一个是否皆小于或者等于上述低电量阈值；以及

当多个上述第一预测剩余电量的任何一个大于上述低电量阈值时，上述第二处理单元继续执行上述当前任务，并每隔一既定时间重新根据多个上述第一预测剩余电量决定是否需要充电。

9.如权利要求8所述的机器人自动充电系统，其中当多个上述第一预测剩余电量皆小于或等于上述低电量阈值时，上述机器人停止执行上述当前任务，并根据多个上述第一预测剩余电量的大小顺序向上述第一处理单元发出对应于多个上述第一预测剩余电量的最大一个所对应的上述充电站的充电请求。

10.如权利要求9所述的机器人自动充电系统，其中：

上述第一处理单元还判断上述充电站的一个是否接收到对应于多个上述机器人的多个上述充电请求；

当上述控制端仅接收一个上述充电请求时，输出确认信号至上述机器人，以及上述机器人根据上述确认信号至对应于上述充电请求的上述充电站充电；以及

当上述控制端接收到多个上述充电请求时，仅输出上述确认信号至多个上述第一预测剩余电量的最小一个所对应的上述机器人，并输出拒绝信号至其它上述机器人。

11.如权利要求10所述的机器人自动充电系统，其中上述第二处理单元还根据上述拒绝信号重新向上述第一处理单元发出对应于多个上述第一预测剩余电量的次大的一个所对应的上述充电站的上述充电请求。

12.如权利要求8所述的机器人自动充电系统，其中当完成上述当前任务后，上述第二处理单元还计算完成下一任务所需的第三电量，并根据上述当前电量、上述第三电量以及上述最低电量决定是否需要充电。