CN111342512A - 机器人的回充方法、装置及机器人系统 - Google Patents

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CN111342512A CN202010131018.0A CN202010131018A CN111342512A CN 111342512 A CN111342512 A CN 111342512A CN 202010131018 A CN202010131018 A CN 202010131018A CN 111342512 A CN111342512 A CN 111342512A
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Abstract

本申请公开了一种机器人的回充方法、装置及机器人系统，该方法包括：接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；其中，声波发射装置设置于机器人上；通过声波接收装置所包括的至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；记录至少三个声波接收模块的声波接收时刻；根据声波发射时刻、至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一声波接收模块与声波发射装置的距离；根据每一声波接收模块与声波发射装置的距离和每一声波接收模块的位置坐标，计算声波发射装置的位置坐标以确定机器人的位置；根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，将机器人的位置信息和运动轨迹发送给机器人。本申请成本低廉，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。

Description

机器人的回充方法、装置及机器人系统
技术领域
本申请涉及机器人充电技术领域，具体涉及一种机器人的回充方法、装置及机器人系统。
背景技术
随着技术的发展，人们的生活越来越智能化，智能机器人的应用越来越多，特别是扫地机器人、服务机器人近年更是越来越普遍。利用声波的方式，可以为机器人定位和避障。但是目前声波定位的机器人都是将声波接收装置安装在机器人装置中，这种方式仅能实现声源的方向和大致位置，不能实现精确定位。现有技术方案的麦克风置于机器人上，多麦克风的方案中，利用多麦克风接收到声源信号的时间差仅能计算出声源信号与机器人的相对方向，不能确定距离信息。如图1所示，现有技术使用机器人端放置双麦克风(麦克风3)或者多麦克风方式，声源4设置在充电座5，机器人位置1和机器人位置2与声源4的距离相等。当机器人在识别到声源信号时，只能识别到声源4与机器人前进方向的角度信息，能够让机器人前进方向对准声源方向，并不能确定机器人的具体位置，如图1中机器人并不能知道自己是在位置1还是位置2。在机器人回充时，不能准确的正面回到充电座上，充电接头不能有效对准，影响回充成功率。
发明内容
本申请的目的是提供一种机器人的回充方法、装置及机器人系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本申请实施例的第一个方面，提供一种机器人的回充方法，应用于声波接收装置，所述方法包括：
接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；其中，所述声波发射装置设置于所述机器人上；
通过所述声波接收装置所包括的至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；其中，所述至少三个声波接收模块设置于固定位置；
记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离和每一所述声波接收模块的位置坐标，计算所述声波发射装置的位置坐标以确定所述机器人的位置；
根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，将机器人的位置信息和运动轨迹发送给机器人。
进一步地，所述根据声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离，包括：
所述声波接收时刻与所述声波发射时刻之差乘以所述声波速度，得到所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离。
进一步地，所述声波发射装置所发出的声波是次声波、可闻声声波、或超声波。
进一步地，所述声波发射装置是电声转换器，所述声音接收模块是声音接收传感器。
根据本申请实施例的第二个方面，提供一种机器人的回充方法，应用于声波接收装置，所述方法包括：
接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号，所述声波发射装置位于充电装置中；
通过设置在所述机器人固定位置上的声波接收装置所包括的至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；
记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离、所述声波发射装置的位置坐标和所述至少三个声波接收模块的相对位置关系，计算每一所述声波接收模块的位置坐标以确定所述机器人的位置；
根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，根据室内地图信息或者避障算法，计算充电路径并按照所述充电路径到达所述充电装置进行充电。
根据本申请实施例的第三个方面，提供一种声波接收装置，用于设置于充电装置的固定位置，包括处理器以及与所述处理器电连接的存储器、无线通信单元和至少三个声波接收模块；所述无线通信单元用于接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；所述至少三个声波接收模块用于接收来自声波发射装置的声波；所述处理器用于记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，还用于执行所述计算机程序，以实现第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第四个方面，提供一种声波接收装置，用于设置于机器人上的固定位置，包括处理器以及与所述处理器电连接的存储器、无线通信单元和至少三个声波接收模块；所述无线通信单元用于接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；所述至少三个声波接收模块用于接收来自声波发射装置的声波；所述处理器用于记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，还用于执行所述计算机程序，以实现根据第二方面所述的方法。
根据本申请实施例的第五个方面，提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现如权利要求1-5任意一项所述的方法。
根据本申请实施例的第六个方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如第一方面或第二方面所述的方法。
根据本申请实施例的第七个方面，提供一种机器人系统，其特征在于，包括机器人、充电装置和第五方面或第六方面所述的声波接收装置，所述声波发射装置设置于所述机器人或所述充电装置上。
本申请实施例的其中一个方面提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请实施例提供的机器人的回充方法，利用声波定位方式实现机器人的回充和连接器对齐功能，成本低廉不用附加红外等传感器，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。解决现有声波方案中只能判断方位不能确定位置的问题。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者，部分特征和优点可以从说明书中推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有技术的机器人的定位方法示意图；
图2示出了本申请的一个实施例的声波发射装置和声波接收装置的结构框图及其连接关系示意图；
图3示出了本申请的另一个实施例的声波发射装置和声波接收装置的结构框图及其连接关系示意图；
图4示出了本申请的一个实施例的机器人的回充方法的流程图；
图5示出了本申请的另一个实施例的机器人的回充方法的流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本申请做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请通过在充电座上固定位置装置三个以上的麦克风，在机器人端安装一声源的方式，实现三点空间定位。建立扫地机与充电座之间的空间位置关系，机器人在运动过程中，持续发送声波信号，充电座持续接收声波信号，从而持续的得到机器人的运动轨迹。根据运动轨迹控制机器人的回充线路，从而实现充电接口精确对准。
本申请的一个实施例提供了一种机器人系统，包括机器人、声波发射装置和声波接收装置。其中，声波发射装置设置于机器人上，声波接收装置设置于充电座上；当然，也可以反之，将声波发射装置设置于充电座上，而将声波接收装置设置于机器人上。如图2所示，声波发射装置包括处理器1以及分别与处理器1电连接的声源(即声波发射模块)、和无线通信单元1。声波接收装置包括处理器2以及分别与处理器2电连接的一无线通信单元2和N个声音接收传感器(即声波接收模块)，其中N大于或等于3。该机器人系统的工作方式如下：
机器人在判断电池电量是否低于阈值，若小于阈值则启动回充程序：
机器人上处理器1控制无线通信单元1发射一回充指令信号，充电座上的无线通信单元2在收到回充指令后，通过无线通信单元2回复机器人充电座端已经启动回充(这一回充决策也可以在充电座上来判断，机器人端通过无线信号发送剩余电量信息给充电座，如果剩余电量低于阈值，则充电座通过无线通信单元2发送回充指令给机器人)。
机器人上的处理器1控制声波发射装置和无线通信单元1同时发射一声波和无线电波，充电设备上的无线通信单元2和声音接收传感器分别接收到机器人上发射的声波和无线电波。处理器2记录无线通信单元2接收到的无线电波的时刻和各声音接收传感器接收到声波的时刻。空间中声波波的速度为340m/s，而无线电波的速度为3*10^8m/s。在家庭室内环境中，由于通信距离比较近，一般小于15m，无线电波的传输时间为5*10^(-8)m/s，即0.5ns；而声波的传输时间为15/340＝44.1ms，远大于0.5ns这一级别。利用这一原理，机器人端同时发送声波信号和无线电磁波信号，在充电座端接计算无线通信信号接收的时间和各个声音传感器接收到声波信号的时间差异。忽略短距离上无线通信的时间，即可定位空间上的任一一点声源的位置。
假设机器人上声源在空间中的位置为O(x，y，z)，充电座上的三个位置固定点A(a1,b1,c1)，B(a2,b2,c2)，C(a3,b3,c3)，选择充电座上任一一点为原点，则A、B、C的位置为已知(也可以选择A点为原点)。时间t时，充电座接收到无线信号，A、B、C接收到声波信号的时间分别为ta、tb、tc。根据以下公式：
Figure BDA0002395780110000061
Figure BDA0002395780110000062
Figure BDA0002395780110000063
利用以上3个方程解三个未知数x、y、z，即可求出O点在空间中的位置。机器人在移动过程中持续进行以上过程，即可得到一连串离散的点，将以上点连续起来即可知道机器人的运动轨迹。充电座通过无线通信单元将机器人定位信息和轨迹发送给机器人端，机器人根据室内地图信息或者避障算法，指引机器人以设计的角度回到充电座上进行充电。
在某些实施方式中，声源所发出的声波可以是次声波、可闻声声波、超声波，声波发射模块可以是喇叭等电声转换器，声音接收传感器可以是麦克风等声电转换器。
在某些实施方式中，无线通信单元可以发送用于作为发送时间同步的标志信号，也可以作为通信单元实现相互通信。
本申请实施例提供的机器人系统，利用声波定位方式实现机器人的回充和连接器对齐功能，成本低廉不用附加红外等传感器，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。解决现有声波方案中只能判断方位不能确定位置的问题。
如图3所示，本申请的另一个实施例提供的一种声波接收装置(例如充电座)，用于设置于固定位置，包括处理器2以及与所述处理器2电连接的存储器2、无线通信单元2和至少三个声波接收模块(在本实施例中为声音接收传感器)；所述无线通信单元2用于接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；所述至少三个声波接收模块用于接收来自声波发射装置的声波；所述处理器2用于记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
所述存储器2，用于存储计算机程序；
所述处理器2，还用于执行所述计算机程序，以实现：
根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离和每一所述声波接收模块的位置坐标，计算所述声波发射装置的位置坐标以确定所述机器人的位置。
根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，将机器人的位置信息和运动轨迹发送给机器人，机器人根据室内地图信息或者避障算法，指引机器人以设计的角度回到充电座上进行充电。
本申请实施例提供的机器人的声波接收装置，利用声波定位方式实现机器人的回充和连接器对齐功能，成本低廉不用附加红外等传感器，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。解决现有声波方案中只能判断方位不能确定位置的问题。
本实施例还提供了一种机器人的回充方法01，应用于声波接收装置，所述声波接收装置包括至少三个声波接收模块；如图4所示，所述方法包括：
S11、接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；其中，所述声波发射装置设置于所述机器人上；
S12、通过所述至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；其中，所述至少三个声波接收模块设置于固定位置；
S13、记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
S14、根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
S15、根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离和每一所述声波接收模块的位置坐标，计算所述声波发射装置的位置坐标以确定所述机器人的位置。
S16、根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，将机器人的位置信息和运动轨迹发送给机器人。
在某些实施方式中，S14、根据声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离，包括：
所述声波接收时刻与所述声波发射时刻之差乘以所述声波速度，得到所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离。
本申请实施例提供的机器人的回充方法，利用声波定位方式实现机器人的回充和连接器对齐功能，成本低廉不用附加红外等传感器，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。解决现有声波方案中只能判断方位不能确定位置的问题。
如图5所示，本申请的另一个实施例提供了一种机器人的回充方法02，应用于声波接收装置，所述声波接收装置设置于所述机器人上的固定位置，包括至少三个声波接收模块，所述方法包括：
S21、接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；
S22、通过所述至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；
S23、记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
S24、根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
S25、根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离、所述声波发射装置的位置坐标和所述至少三个声波接收模块的相对位置关系，计算每一所述声波接收模块的位置坐标以确定所述机器人的位置。
S26、根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，根据室内地图信息或者避障算法，计算充电路径并按照所述充电路径到达充电座进行充电。
本实施例与上一个实施例相比，其好处是不需要根据连续定位的点来判断声源方向，可以根据机器人上的两个以上声源接收器判断声源的方向。
本申请实施例提供的机器人的回充方法，利用声波定位方式实现机器人的回充和连接器对齐功能，成本低廉不用附加红外等传感器，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。解决现有声波方案中只能判断方位不能确定位置的问题。
在本申请的另一实施例中，机器人为家用扫地机，机器人的回充方法，包括以下具体实施步骤：
第一步：扫地机端放置一超声波声源，充电座端在固定位置安装三个超声波接收器；
第二步：扫地机在检测到电磁电量低于阈值时，处理器1控制无线通信单元发送回充指令，充电座接收到回充指令后，回复扫地机执行回充程序；
第三步：扫地机进入回充模式，持续发送超声波声源信号和无线同步信号，充电座接收无线信号和超声波信号，进行机器人位置定位；
第四步：充电座端持续定位机器人位置定位并根据定位信息判断机器人运动轨迹和运动方向；
第五步：充电座根据机器人运动轨迹和方向指引机器人进行回充和接口对准。
本实施例的技术方案通过在充电座上的声波接收传感器和机器人上的移动声源，根据三点空间定位方式，实现机器人回充；根据持续的获取声源的位置，描点绘制机器人运行轨迹和相对于充电座的运行方向判断；通过无线电波传播速度与声波传播速度的巨大差异性，根据已知的三个固定点，计算声源位置。如此，本实施例利用声波定位方式实现机器人的回充和连接器对齐功能，成本低廉不用附加红外等传感器，同时可以实现定位，结合室内地图可以实现导航功能。解决现有声波方案中只能判断方位不能确定位置的问题。
需要说明的是：
术语“模块”并非意图受限于特定物理形式。取决于具体应用，模块可以实现为硬件、固件、软件和/或其组合。此外，不同的模块可以共享公共组件或甚至由相同组件实现。不同模块之间可以存在或不存在清楚的界限。
在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本申请也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本申请的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本申请的最佳实施方式。
本申请的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本申请实施例的虚拟机的创建装置中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本申请还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本申请的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例仅表达了本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人的回充方法，应用于声波接收装置，其特征在于，所述方法包括：
接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；其中，所述声波发射装置设置于所述机器人上；
通过所述声波接收装置所包括的至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；其中，所述至少三个声波接收模块设置于固定位置；
记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离和每一所述声波接收模块的位置坐标，计算所述声波发射装置的位置坐标以确定所述机器人的位置；
根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，将机器人的位置信息和运动轨迹发送给机器人。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离，包括：
所述声波接收时刻与所述声波发射时刻之差乘以所述声波速度，得到所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述声波发射装置所发出的声波是次声波、可闻声声波、或超声波。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述声波发射装置是电声转换器，所述声音接收模块是声音接收传感器。
5.一种机器人的回充方法，应用于声波接收装置，其特征在于，所述方法包括：
接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号，所述声波发射装置位于充电装置中；
通过设置在所述机器人固定位置上的声波接收装置所包括的至少三个声波接收模块接收来自声波发射装置的声波；
记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
根据所述声波发射时刻、所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻和声波速度，计算每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离；
根据每一所述声波接收模块与所述声波发射装置的距离、所述声波发射装置的位置坐标和所述至少三个声波接收模块的相对位置关系，计算每一所述声波接收模块的位置坐标以确定所述机器人的位置；
根据机器人在移动中的多个位置得到机器人的运动轨迹，根据室内地图信息或者避障算法，计算充电路径并按照所述充电路径到达所述充电装置进行充电。
6.一种声波接收装置，其特征在于，用于设置于充电装置的固定位置，包括处理器以及与所述处理器电连接的存储器、无线通信单元和至少三个声波接收模块；所述无线通信单元用于接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；所述至少三个声波接收模块用于接收来自声波发射装置的声波；所述处理器用于记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，还用于执行所述计算机程序，以实现根据权利要求1-4任意一项所述的方法。
7.一种声波接收装置，其特征在于，用于设置于机器人上的固定位置，包括处理器以及与所述处理器电连接的存储器、无线通信单元和至少三个声波接收模块；所述无线通信单元用于接收来自声波发射装置的声波发射时刻信号；所述至少三个声波接收模块用于接收来自声波发射装置的声波；所述处理器用于记录所述至少三个声波接收模块的声波接收时刻；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，还用于执行所述计算机程序，以实现根据权利要求5所述的方法。
8.一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现如权利要求1-5任意一项所述的方法。
9.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如权利要求1-5任意一项所述的方法。
10.一种机器人系统，其特征在于，包括机器人、充电装置和权利要求8或9所述的声波接收装置，所述声波发射装置设置于所述机器人或所述充电装置上。
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