CN110989574A - 一种实现移动机器人自动充电的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现移动机器人自动充电的方法，包括：S1、当移动机器人底部摄像头扫描到地面方向码信息时，获得方向信号，然后移动机器人开始按照指定方向前进；S2、当移动机器人前进至停止码处时，获得停止信号，停止前进；S3、移动机器人开始做自转运动，当另一个摄像头扫描到充电位置确定码时，停止旋转，然后移动机器人朝着充电桩位置前进，直至电源插头插入充电接口后，实现充电；S4、充电完毕后，移动机器人脱开电源插头，电源插头复位。本发明通过合理的流程以及充电桩结构设计，不仅方便了移动机器人自行充电，而且充电桩使用上更加灵活、方便，同时还很好地避免了接触不良的问题，更好地满足了实际应用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及的是一种实现移动机器人自动充电的方法。
背景技术
随着科技的不断发展与进步，物流行业也实现了突飞猛进的发展，尤其是近十年，随着电商模式的不断完善和成熟，人们对其认可度也越来越高，这使得物流技术受到了极大的挑战，能否高效匹配物流转运的需求，成为了物流行业重点关注的主要问题。
机器人是21世纪智能化生产的重要标志之一，以机器人代替人工，不仅能提升生产效率，而且降低了人工成本，基于此背景之下，移动机器人应运而生。目前，在物流方面，移动机器人可以代替人工来完成接收单据、识别货物、打印编码、检查包装、归属地集结、收发货物、远传单据等工作，相比人工来说，其极大地缩短了物流转运的周期，降低了时间和人工成本，更好地满足了物流发展的需要。
目前，移动机器人基本采用电能方式进行驱动，这就需要涉及到充电。而现有的移动机器人有些是通过在充电桩上设置目标二维码的方式，引导移动机器人移动至充电桩处进行充电，从而无需人力辅助，例如专利公开号CN108594822A、CN109460044A所记载的方案。但是这种移动机器人自行充电的方式存在以下缺陷：充电桩的充电电极是固定设置的，依靠目标二维码识别的方式实现机器人的定位并进行充电，一方面是计算机器人方位和位置信息的过程较为繁杂，且容易出现较大的位置偏差；另一方面是不能确保充电电极能够完全对准充电接口，容易造成接触不良而无法正常充电的现象发生。
也有采用二维码为机器人的移动提供导航路径的方案，例如专利公开号CN109703750A、CN209492702U记载了利用多个地面二维码的方式为机器人进行路径导航的方案。将这种方案结合到上述方案中，可以使机器人按照既定路径移动，不再单纯依靠目标二维码计算机器人的速度和方向。但是这样的组合方案，机器人在前进到充电桩位置处并扫描到目标二维码之后，依然需要判断其与目标二维码之间的距离是否大于预定距离(预定距离根据机器人上的充电接口与充电桩的电极充分接触充电时，摄像头与目标二维码之间的距离设定)，然后再进行定位、充电。这同样需要计算机器人与充电桩的相对位置关系，只不过计算的位置起始点变成了距离充电桩很近的位置。同时，这样的组合方案依然不能确保充电电极能够完全对准充电接口，同样会出现接触不良的现象。
在充电桩中设置柔性机构可以提高电源插头与充电接口的对准度，例如专利公开号CN207475219U记载了一种移动机器人自动充电设备的方案，其利用伸出机构和柔性机构的设计，充电桩上的导电头在伸出机构和柔性机构的控制下，可以在一个方向上移动，从而提高对机器人充电位置的容错率。但是将这种方案与上述方案组合后，只是提高了充电位置的容错率，确保导电头在机器人的充电位置具有偏差的情况下仍然能接触到充电接口，并不能确保二者能够完全准确的对接。并且，在此之前，充电桩还需要判断机器人是否已经到达指定的充电位置后才会控制导电头伸出，不仅机器人要判断是否已到达充电桩前，而且充电桩还要设定充电区域，并判断机器人是否已进入指定的充电位置。因此，组合后的方案在整个程序以及充电桩的结构设计上都较为麻烦。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种实现移动机器人自动充电的方法，其一方面可以减少繁杂的相对位置计算过程，另一方面是可以实现充电桩上电源插头与机器人充电接口的准确对接，并且充电桩的结构设计简单、成本低廉。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种实现移动机器人自动充电的方法，在充电桩前设置停止码，并以此停止码为起点向远离充电桩的方向依次间隔设置多个带有相同ID并用于引导具有对应ID的移动机器人按照既定线路移动的地面方向码，同时，在充电桩上处设置充电位置确定码；所述的充电桩包括壳体，设置在壳体内的电源模块，设置壳体上的电源插头，以及X轴弹性调整机构和Y轴弹性调整机构；所述壳体上设有槽口，所述电源插头一端贯穿槽口伸入壳体内，所述Y轴机构设置在壳体内，用于带动电源插头在槽口中往复移动；所述X轴机构设置在电源插头上，用于带动电源插头在X轴方向上往复移动；所述电源插头包括与电源模块连接、并且形状为舌形的插头头部，以及同时与插头头部和Y轴弹性调整机构连接的连接部；所述插头头部包括火线头、零线头、绝缘块和包围块；所述的火线头、绝缘块、零线头位于同一水平面上依次排列并由包围块包在一起；所述移动机器人的充电接口形状与插头头部形状相匹配；
所述的方法包括以下步骤：
S1、当移动机器人电量不足时，开始自行移动寻找充电桩；当设置在移动机器人底部的摄像头扫描到其中任意一个地面方向码信息时，识别其内置的ID是否与机器人的ID匹配，是，则获得方向信号，然后移动机器人开始按照指定方向前进，执行步骤S2；否，则移动机器人继续往其它方向移动；
S2、当移动机器人沿着地面方向码规划的路线前进至停止码处时，获得停止信号，移动机器人停止前进；
S3、移动机器人开始做自转运动，当移动机器人上的另一个摄像头在旋转过程中扫描到充电位置确定码时，停止旋转，此时代表移动机器人的充电接口已与电源插头位置对应，然后移动机器人朝着充电桩位置前进，直至电源插头插入充电接口后，实现充电；该步骤中，当移动机器人移动直至充电接口接触到电源插头时，给予电源插头一个推动力，使电源插头在X轴和/或Y轴方向上移动，从而顺势完全卡入至充电接口中，与充电接口准确对接；
S4、充电完毕后，移动机器人脱开电源插头，此时，在X轴机构和/或Y轴机构的作用下，电源插头复位。
具体地，所述Y轴弹性调整机构包括设置在壳体内部并与连接部连接的连接架，以及设置在壳体内并与连接架连接的弹性往复机构。
进一步地，所述弹性往复机构包括设置在壳体内并位于连接架两侧的固定块，以及设置在连接架上的连接块；所述连接块两侧均通过一个第二弹簧与固定块连接。
优选地，所述弹性往复机构数量为两个。
具体地，所述X轴弹性调整机构包括设置在连接部两侧的连接件，以及将连接件套在其中的第一弹簧；所述的第一弹簧一端固定在电源插头上，另一端固定在连接架上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明在靠近充电桩处设置停止码，当机器人扫描到停止码时即停止前进，然后自转，直至其上的摄像头扫描到充电桩上的充电位置确定码时，停止旋转，并继续前行，直至充电接口接触到电源插头时，给予电源插头一个推力，使电源插头在X轴和/或Y轴方向上移动，从而顺势完全卡入至充电接口中，与充电接口准确对接，实现充电，充电后再依靠槽口、X轴弹性调整机构和Y轴弹性调整机构的相互配合使电源插头复位。本发明采用停止码+机器人自转+摄像头扫描充电位置确定码的方式让机器人来到充电桩的电源插头处，并通过力的作用，结合电源插头的移动以及电源插头的插头头部和充电接口各自的形状特点，直接使电源插头与充电接口完全对接。这种实现移动机器人自行充电的方式，既不需要计算机器人与充电桩的相对位置，也不需要充电桩判断机器人是否已经到达指定的充电位置，不仅省略了计算机器人的速度、方向和相对位置的过程，而且充电桩的结构简单、成本低廉，电源插头的移动也非常灵活，并且借助插头头部和充电接口的形状特点，能充分实现二者的准确对接，完全避免了接触不良的情况发生。应当说，本发明通过二维码控制技术实现了移动机器人自行前进到对应充电桩的目的，然后基本通过机械的手段实现了移动机器人的自行准确充电，相比现有技术来说，不仅能解决其所存在的问题，而且整个实现过程简单、方便、可靠。
(2)本发明将充电桩的电源插头上的火线头、零线头的形状进行了改变，同时增设了绝缘块，并改变了机器人的充电接口形状，如此可以完美匹配X轴弹性调整机构和Y轴弹性调整机构的设计，当电源插头受力在X轴和/或Y轴方向移动时，依靠舌形状的插头头部与充电接口的相互作用，插头头部可以顺势滑入充电接口中与其准确对接，并在对接后避免出现接触不良的问题；同时，本发明依靠绝缘块的设计及其形状特点，不仅可以方便插头头部滑入充电接口中与其准确对接，而且还能有效实现绝缘阻隔，避免零线和火线之间的线路相互发生干扰。
附图说明
图1为本发明中充电桩的外形结构示意图。
图2为本发明中充电桩去除壳体的外盖后的结构示意图。
图3为本发明中电源插头的结构示意图。
图4为本发明的流程示意图；
图5为移动机器人充电时的状态示意图。
其中，附图标记对应的零部件名称为：
1-壳体，2-电源插头，21-插头头部，211-火线头，212-零线头，213-绝缘块，214-包围块，22-连接部，3-连接件，4-第一弹簧，5-槽口，6-连接架，7-固定块，8-第二弹簧，9-连接块，10-电源模块。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
本发明提供了一种可以实现移动机器人自行充电的方案，其首先在充电桩前设置停止码，并以此停止码为起点向远离充电桩的方向依次间隔设置多个带有相同ID并用于引导具有对应ID的移动机器人按照既定线路移动的地面方向码，然后，在充电桩上处设置充电位置确定码。本发明中的充电桩结构上包括壳体1、电源插头2、电源模块9、X轴弹性调整机构和Y轴弹性调整机构。如图1、2所示，所述的壳体1上设有槽口5，所述电源插头2一端贯穿槽口伸入壳体1内，所述Y轴弹性调整机构用于带动电源插头在槽口中往复移动，从而对准移动机器人的充电接口。具体来说，该Y轴弹性调整机构包括设置在壳体1内部并与电源插头2端部连接的连接架6，以及弹性往复机构。弹性往复机构用于连接架运动时提供回复力，本实施例中优选设置两个，每个弹性往复机构均包括设置在壳体1内并位于连接架6两侧的固定块7，以及设置在连接架6上的连接块9。连接块9两侧均通过一个第二弹簧8与固定块7连接。
所述的X轴弹性调整机构用于带动电源插头在X轴上往复移动，从而对准移动机器人的充电接口。具体来说，该X轴弹性调整机构包括设置在电源插头2两侧的连接件3，以及将连接件3套在其中的第一弹簧4。所述的第一弹簧4一端固定在电源插头2上，另一端固定在连接架6上。
此外，如图3所示，本发明充电桩中的电源插头采用了不同于传统插头的设计结构，具体为：所述电源插头2包括与电源模块10连接、并且形状为舌形的插头头部21，以及同时与插头头部21和Y轴弹性调整机构连接的连接部22；所述插头头部包括火线头211、零线头212、绝缘块213和包围块214；所述的火线头211、绝缘块213、零线头212位于同一水平面上依次排列并由包围块包在一起。需要说明的是，本发明只是改变了插头头部的整体形状设计，使之更加方便与充电接口完全对接，不涉及插头功能的改变。因此，只需根据本发明插头头部的形状，对机器人的充电接口形状作出适配性的改变即可。
下面根据上述设计阐述本发明实现移动机器人自行充电的过程，如图4所示，其包括如下流程：
S1、当移动机器人电量不足时，开始自行移动寻找充电桩；当设置在移动机器人底部的摄像头扫描到其中任意一个地面方向码信息时，识别其内置的ID是否与机器人的ID匹配，是，则获得方向信号，然后移动机器人开始按照指定方向前进，执行步骤S2；否，则移动机器人继续往其它方向移动；
S2、当移动机器人沿着地面方向码规划的路线前进至停止码处时，获得停止信号，移动机器人停止前进；
S3、移动机器人开始做自转运动，当移动机器人上的另一个摄像头在旋转过程中扫描到充电位置确定码时，停止旋转，此时代表移动机器人的充电接口已与电源插头位置对应，然后移动机器人朝着充电桩位置前进，直至电源插头插入充电接口后，实现充电；该步骤中，当移动机器人移动直至充电接口接触到电源插头时，给予电源插头一个推动力，使电源插头在X轴和/或Y轴方向上移动，从而顺势完全卡入至充电接口中，与充电接口准确对接；图5为移动机器人充电时的状态示意图；
S4、充电完毕后，移动机器人脱开电源插头，此时，在X轴弹性调整机构和/或Y轴弹性调整机构的作用下，电源插头复位。
本发明通过合理的流程以及充电桩结构设计，不仅方便了移动机器人自行充电，而且充电桩使用上更加灵活、方便，同时还很好地避免了接触不良的问题，更好地满足了实际应用的需求。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种实现移动机器人自动充电的方法，其特征在于，在充电桩前设置停止码，并以此停止码为起点向远离充电桩的方向依次间隔设置多个带有相同ID并用于引导具有对应ID的移动机器人按照既定线路移动的地面方向码，同时，在充电桩上处设置充电位置确定码；所述的充电桩包括壳体(1)，设置在壳体(1)内的电源模块(9)，设置壳体(1)上的电源插头(2)，以及X轴弹性调整机构和Y轴弹性调整机构；所述壳体(1)上设有槽口(5)，所述电源插头(2)一端贯穿槽口伸入壳体(1)内，所述Y轴机构设置在壳体(1)内，用于带动电源插头在槽口中往复移动；所述X轴机构设置在电源插头(2)上，用于带动电源插头在X轴方向上往复移动；所述电源插头(2)包括与电源模块(10)连接、并且形状为舌形的插头头部(21)，以及同时与插头头部(21)和Y轴弹性调整机构连接的连接部(22)；所述插头头部包括火线头(211)、零线头(212)、绝缘块(213)和包围块(214)；所述的火线头(211)、绝缘块(213)、零线头(212)位于同一水平面上依次排列并由包围块包在一起；所述移动机器人的充电接口形状与插头头部形状相匹配；
所述的方法包括以下步骤：
S1、当移动机器人电量不足时，开始自行移动寻找充电桩；当设置在移动机器人底部的摄像头扫描到其中任意一个地面方向码信息时，识别其内置的ID是否与机器人的ID匹配，是，则获得方向信号，然后移动机器人开始按照指定方向前进，执行步骤S2；否，则移动机器人继续往其它方向移动；
S2、当移动机器人沿着地面方向码规划的路线前进至停止码处时，获得停止信号，移动机器人停止前进；
S3、移动机器人开始做自转运动，当移动机器人上的另一个摄像头在旋转过程中扫描到充电位置确定码时，停止旋转，此时代表移动机器人的充电接口已与电源插头位置对应，然后移动机器人朝着充电桩位置前进，直至电源插头插入充电接口后，实现充电；该步骤中，当移动机器人移动直至充电接口接触到电源插头时，给予电源插头一个推动力，使电源插头在X轴和/或Y轴方向上移动，从而顺势完全卡入至充电接口中，与充电接口准确对接；
S4、充电完毕后，移动机器人脱开电源插头，此时，在X轴机构和/或Y轴机构的作用下，电源插头复位。
2.根据权利要求1所述的一种实现移动机器人自动充电的方法，其特征在于，所述Y轴弹性调整机构包括设置在壳体(1)内部并与连接部(22)连接的连接架(6)，以及设置在壳体(1)内并与连接架(6)连接的弹性往复机构。
3.根据权利要求2所述的一种实现移动机器人自动充电的方法，其特征在于，所述弹性往复机构包括设置在壳体(1)内并位于连接架(6)两侧的固定块(7)，以及设置在连接架(6)上的连接块(9)；所述连接块(9)两侧均通过一个第二弹簧(8)与固定块(7)连接。
4.根据权利要求3所述的一种实现移动机器人自动充电的方法，其特征在于，所述弹性往复机构数量为两个。
5.根据权利要求2～4任一项所述的一种实现移动机器人自动充电的方法，其特征在于，所述X轴弹性调整机构包括设置在连接部(22)两侧的连接件(3)，以及将连接件(3)套在其中的第一弹簧(4)；所述的第一弹簧(4)一端固定在电源插头(2)上，另一端固定在连接架(6)上。
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