CN113655747A - 一种电力巡检机器人精准返回充电桩的方法及控制装置、充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力巡检机器人精准返回充电桩的方法及控制装置、充电系统,涉及机器人技术领域,该装置包括底板、充电桩、控制系统和顶板,所述顶板下表面设置有若干红外信号发射管;所有红外信号发射管均匀阵列在所述顶板下表面;所述控制系统包括控制芯片、无线通信模块及红外信号发射管控制电路;所述控制芯片用于控制阵列的所述红外信号发射管依次向下发射红外信号、判断红外接收管接收到的信号及控制电力巡检机器人动作。本发明还公开电力巡检机器人在特高压环境中精准返回充电桩的方法。本发明提供一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置及方法,采用红外线阵列传感器作为回桩方案。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域,特别涉及一种电力巡检机器人精准返回充电桩的方法及控制装置、充电系统。
背景技术
远距离电能传输依赖于特高压输电线路,从特高压的电能到居民可以使用的市电需要经过变电站的转换,此环节在电力传输链路中是最容易出问题的环节,因此需要对转换过程进行密切监测。传统的方案是由专门的人员对变电站进行巡检,但复杂的电磁环境对人体健康的潜在威胁及越来越高的人工成本使得企业越来越倾向使用机器人对变电站进行巡检。机器人自主巡检需要完成路径的规划控制、异常状况的识别等,在机器人完成巡检后需要自主返回充电桩,在回桩过程中需要对机器人进行精准定位。机器人轮子返回的里程计会受打滑等的影响,依赖于此得到的定位会有累计误差,因此需要有外部的精准定位机制对机器人进行定位。传统的机器人精准返回充电桩的方案为磁线引导式回桩,但在变电站的特高压环境中,电磁环境复杂,会影响机器人检测到的磁信号,因此需要采用新的方案解决巡检机器人精准返回充电桩的问题。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术中在变电所的特高压环境中因为电磁干扰巡检机器人在返回充电桩时不能传统的基于磁线的回桩方案的问题,提供一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置及方法,采用红外线阵列传感器作为回桩方案。
本发明还提供了一种电力巡检机器人在特高压环境中精准返回充电桩的电力巡检机器人充电桩系统。
为了实现上述发明目的,本申请提供了以下技术方案:一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置,包括底板、充电桩、顶板和控制系统,所述底板水平设置在地面上,用于停靠电力巡检机器人;所述充电桩竖直设置;所述充电桩内设置有用于电力巡检机器人充电的电源装置;顶板;所述顶板一端连接所述充电桩的上端且与充电桩垂直;所述底板与顶板平行;所述顶板下表面设置有若干红外信号发射管;所有红外信号发射管均匀阵列在所述顶板下表面;所述控制系统包括控制芯片、无线通信模块及红外信号发射管控制电路;所述控制芯片与每一红外信号发射管、电源装置、无线通信模块和红外信号发射管控制电路电性连接;所述控制芯片用于控制阵列的所述红外信号发射管依次向下发射红外信号、判断红外接收管接收到的信号及控制电力巡检机器人动作。
在上述技术方案中,采用阵列的红外信号发射管竖直向下发射红外信号,并根据回到底板和顶板之间的电力巡检机器人返回的红外信号判断电力巡检机器人的位置,确定电力巡检机器人回桩位置是否正确
进一步地,所述红外信号发射管在所述顶板上呈矩形阵列,且所述控制芯片控制阵列的红外信号发射管从靠近所述充电桩的一列到远离所述充电桩的一列依次发射红外信号。
进一步地,所述红外信号发射管依次设置有编号。
进一步地,所述控制系统包括壳体和安装在壳体内的单片机;所述电源装置也安装在壳体内。
进一步地,所述单片机为SMT32、MSP430、Mega128中的任一种。
进一步地,所述无线通信模块为蓝牙、zigbee、433M通信中的任一种。
本申请还提供了一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置返回充电桩的方法,包括以下步骤:
步骤一:向下发射红外信号,根据是否接收到电力巡检机器人返回的红外信号,判断是否有电力巡检机器人回桩;
步骤二:根据接收到的红外信号,判断电力巡检机器人是否回桩到位;若判断为回桩到位,则回桩结束;
步骤三:在步骤二中,若判断为回桩不到位,则根据接收到的红外信号判断位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的红外信号是否被接收;
步骤四:在步骤三中,若位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的返回红外信号被判断为被接收到,则向电力巡检机器人发射前进信号,电力巡检机器人根据前进信号行进,并同时继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到;若判断为接收到非中间一列的或者一盏红外信号发射管发射的红外信号,则进入下一步;若均未被接收到,则转入步骤一;
若位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的红外信号被判断为未被接收到,则继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到;若均未被接收到,则转入步骤一;若判断为接收到非中间一列的或者一盏红外信号发射管发射的红外信号,则进入下一步;
步骤五:向电力巡检机器人发射向红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管正对的下方前进的前进信号,电力巡检机器人根据前进信号行进,并重复步骤一到五直至所有的红外信号发射管矩阵中每一盏红外信号发射管发射的信号均被判断为接收到,回桩结束。
进一步地,在步骤四中,所述继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到的顺序为:根据与红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管的距离,从小到大依次向两边判断,直至所有的红外信号发射管发射的红外信号均被判断完成一次。
进一步地,在步骤四中,所述电力巡检机器人根据前进信号行进还包括判断电力巡检机器人前进方向的步骤:
步骤4.1:向电力巡检机器人发送前进信号,并接收电力巡检机器人返回的行进信号;
步骤4.2:判断电力巡检机器人当前的行进方向是否为前进方向,若判断为是,则向电力巡检机器人发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
步骤4.3:若判断为否,则继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人发送旋转信号;电力巡检机器人根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤4.2。
进一步地,在步骤五中,还包括判断电力巡检机器人前进方向的步骤:
步骤5.1:向电力巡检机器人发送前进信号,并接收电力巡检机器人返回的行进信号;
步骤5.2:判断电力巡检机器人当前的行进方向是否为朝向红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管正下方,若判断为是,则向电力巡检机器人发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
步骤5.3:若判断为否,则继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人发送旋转信号;电力巡检机器人根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤5.2。
本申请还提供一种电力巡检机器人充电桩系统:包括电力巡检机器人和充电装置,所述电力巡检机器人上设置有红外信号反射块,所述红外信号反射块位于电力巡检机器人的顶端中部;所述充电装置为上述公开的充电装置,用于电力巡检机器人充电。
与现有技术相比,本发明的具有以下有益效果:
本申请公开了一种电力巡检机器人在特高压环境中精准返回充电桩的装置、方法,采用阵列的红外信号发射管数值向下发射信号,根据电力巡检机器人返回的红外信号判断电力巡检机器人是否回桩到位,并根据返回的红外信号结合电力巡检机器人的行走功能实现回桩调整,使电力巡检机器人精确回桩。该回桩装置结构简单,在特高压环境中不会受到电磁干扰,能使机器人精准、稳定、可靠地返回充电桩。
附图说明
图1是本发明一些实施例中公开的一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置使用时电力巡检机器人的回桩过程示意图;
图2是本发明一些实施例中红外信号发射管阵列示意图;
图3是本发明一些实施例中公开的电力巡检机器人俯视图;
图4是本发明一些实施例中公开的电力巡检机器人功能框图;
图5是本发明一些实施例中公开的一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置的功能示意图;
图6是本发明一些实施例中公开的电力巡检机器人在特高压环境中精准返回充电桩的方法逻辑图;
图7是本发明一些实施例中公开的电力巡检机器人在回桩过程中旋转至朝向前进方向的逻辑图;
图8是本发明一些实施例中公开的电力巡检机器人在回桩过程中旋转至朝向M列方向的逻辑图;
其中,100-电力巡检机器人,101-红外接收管,102-通讯模块,103-驱动模块,104-控制模块,1-顶板,2-充电桩,3-底板,4-控制系统,41-控制芯片,42-无线通信模块,43-红外信号发射管控制电路。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
现在电力巡检机器人100在特高压环境中精准返回充电桩2的方法分布不够密集,高压传输线路有问题发生时,定位问题发生地点需要较长时间,影响每一个人生活用电,对于一些对电力发送要求严格的场景则影响更大,很容易造成极大的损失,因此需要研发一种快速定位高压线路上的故障位置的装置或方法。
为了解决上述问题,发明人提供了一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置,参阅图1,包括:底板3、充电桩2、顶板1和控制系统4,所述底板3水平设置在地面上,用于停靠电力巡检机器人100;所述充电桩2竖直设置;所述充电桩2内设置有用于电力巡检机器人100充电的电源装置;顶板1;所述顶板1一端连接所述充电桩2的上端且与充电桩2垂直;所述底板3与顶板1平行;所述顶板1下表面设置有若干红外信号发射管;所有红外信号发射管均匀阵列在所述顶板1下表面;所述控制系统4包括控制芯片41、无线通信模块42及红外信号发射管控制电路43;所述控制芯片41与每一红外信号发射管、电源装置、无线通信模块42和红外信号发射管控制电路43电性连接;所述控制芯片41用于控制阵列的所述红外信号发射管依次向下发射红外信号、判断红外接收管101接收到的信号及控制电力巡检机器人100动作。
在上述技术方案中,所述电源装置可以为蓄电池或连接市电,用于给电力巡检机器人100充电和给控制系统4中其他电子元件、红外信号发射管提供电力。
需要说明的是,所述电力巡检机器人100包括控制模块104、通讯模块102、红外接收管101和驱动组件,所述控制芯片41与通讯模块102、红外接收管101、驱动组件电性连接;所述控制芯片41用于控制通讯模块102发送和接收无线信号和用于控制驱动组件转向和前进。所述通讯模块102用于接收和发送无线信号;所述驱动组件用于电力巡检机器人100的转向和行走。
所述红外接收管101位于电力巡检机器人100的顶部中间,用于接收和/或反射红外信号。
所述红外信号发射管可以呈多层环形阵列或矩形阵列,优选为矩形阵列。
在一些实施例中,所述红外信号发射管在所述顶板1上呈矩形阵列,且所述控制芯片41控制阵列的红外信号发射管从靠近所述充电桩2的一列到远离所述充电桩2的一列依次发射红外信号。
在一些实施例中,所述红外信号发射管依次设置有编号,优选的,所述红外信号发射管从左导到右依次编号为:Ln……L2-L1-M-R1-R2……Rn。所述红外信号发射管发射信号的顺序依次为:Ln……L2-L1-M-R1-R2……Rn循环发送,并通过无线通信模块42向电力巡检机器人100发送当前发送红外信号的列数信息。
在一些实施例中,所述控制系统4包括壳体和安装在壳体内的单片机;所述电源装置也安装在壳体内。
在一些实施例中,所述单片机为SMT32、MSP430、Mega128中的任一种。
在一些实施例中,所述无线通信模块42为蓝牙、zigbee、433M通信中的任一种。
本申请还提供了一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置返回充电桩的方法,包括以下步骤:
步骤一:向下发射红外信号,根据是否接收到电力巡检机器人100返回的红外信号,判断是否有电力巡检机器人100回桩;
步骤二:根据接收到的红外信号,判断电力巡检机器人100是否回桩到位;若判断为回桩到位,则回桩结束;
步骤三:在步骤二中,若判断为回桩不到位,则根据接收到的红外信号判断位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的红外信号是否被接收;
步骤四:在步骤三中,若位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的返回红外信号被判断为被接收到,则向电力巡检机器人100发射前进信号,电力巡检机器人100根据前进信号行进,并同时继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到;若判断为接收到非中间一列的或者一盏红外信号发射管发射的红外信号,则进入下一步;若均未被接收到,则转入步骤一;
若位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的红外信号被判断为未被接收到,则继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到;若均未被接收到,则转入步骤一;若判断为接收到非中间一列的或者一盏红外信号发射管发射的红外信号,则进入下一步;
步骤五:向电力巡检机器人100发射向红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管正对的下方前进的前进信号,电力巡检机器人100根据前进信号行进,并重复步骤一到五直至所有的红外信号发射管矩阵中每一盏红外信号发射管发射的信号均被判断为接收到,回桩结束。
在一些实施例中,在步骤四中,所述继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到的顺序为:根据与红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管的距离,从小到大依次向两边判断,直至所有的红外信号发射管发射的红外信号均被判断完成一次。
在一些实施例中,在步骤四中,所述电力巡检机器人100根据前进信号行进还包括判断电力巡检机器人100前进方向的步骤:
步骤4.1:向电力巡检机器人100发送前进信号,并接收电力巡检机器人100返回的行进信号;
步骤4.2:判断电力巡检机器人100当前的行进方向是否为前进方向,若判断为是,则向电力巡检机器人100发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人100根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
步骤4.3:若判断为否,则继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人100发送旋转信号;电力巡检机器人100根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤4.2。
在一些实施例中,在步骤五中,还包括判断电力巡检机器人100前进方向的步骤:
步骤5.1:向电力巡检机器人100发送前进信号,并接收电力巡检机器人100返回的行进信号;
步骤5.2:判断电力巡检机器人100当前的行进方向是否为朝向红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管正下方,若判断为是,则向电力巡检机器人100发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人100根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
步骤5.3:若判断为否,则继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人100发送旋转信号;电力巡检机器人100根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤5.2。
以下以红外信号发射管呈矩阵阵列为例列举具体实施例,在该实施例中,所述红外信号发射管的矩阵阵列如图2所示。设定电力巡检机器人100向充电桩2行进的方向为前进方向。
参阅图3~8,其电力巡检机器人100回桩过程具体如下:
S1:电力巡检机器人100向底板3和顶板1之间直行,同时红外信号发射管的矩阵从左到右依次循环向下发射红外信号,根据是否接收到电力巡检机器人100返回的红外信号,判断是否有电力巡检机器人100回桩;
S2:根据接收到的红外信号,判断电力巡检机器人100是否回桩到位;若判断为否,则进入S3;若判断为是则进入S7.
S3:判断是否监测到M列红外信号;若判断为是,则进入S4;若判断为否则进入S5.
S4:电力巡检机器人100旋转至前进方向,进入S5;
S5.判断是否检测到非M列的红外信号,若未检测到,则进入S1;若检测到,则进入S6.
S51:判断电力巡检机器人100当前的行进方向是否为朝向M列,若判断为是,则向电力巡检机器人100发送旋转到位的信号和启动信号,进入S6;若判断为否,进入S52。
S52:继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人100发送旋转信号;电力巡检机器人100根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤S51。
S6:旋转至朝向M列方向,进入S1.
S7:回桩结束。
S41:向电力巡检机器人100发送前进信号,并接收电力巡检机器人100返回的行进信号;
在步骤S4中,所述电力巡检机器人100根据前进信号行进还包括判断电力巡检机器人100前进方向的步骤:
S41:向电力巡检机器人100发送前进信号,并接收电力巡检机器人100返回的行进信号;
S42:判断电力巡检机器人100当前的行进方向是否为前进方向,若判断为是,则进入S44,若判断为否,则进入S43。
S43:继续判断前进方向与当前行进方向的方位;若判断当前行进方向为右向,则电力巡检机器人100的行进方向左旋90°,进入S44;若当前行进方向为不是右向,则右旋90°,进入S44;
S44:向电力巡检机器人100发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人100根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
在一些实施例中,在S5中,还包括判断电力巡检机器人100前进方向的步骤:
S51:向电力巡检机器人100发送前进信号,并接收电力巡检机器人100返回的行进信号;
S52:判断电力巡检机器人100当前的行进方向是否为M列,若判断为是,则进入S54;若判断为否,则进入S53;
S53:继续判断前进方向与当前行进方向的方位;若检测到左侧传感器,则电力巡检机器人100的行进方向右旋90°,进入S54;若未检测到左侧传感器,则左旋90°,进入S54;
S54:向电力巡检机器人100发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人100根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电力巡检机器人精确回桩的控制装置,其特征在于,包括:
底板,水平设置在地面上,用于停靠电力巡检机器人;
充电桩,所述充电桩竖直设置;所述充电桩内设置有用于电力巡检机器人充电的电源装置;顶板;所述顶板一端连接所述充电桩的上端且与充电桩垂直;所述底板与顶板平行;所述顶板下表面设置有若干红外信号发射管;所有红外信号发射管均匀阵列在所述顶板下表面;和
控制系统,所述控制系统包括控制芯片、无线通信模块及红外信号发射管控制电路;所述控制芯片与每一红外信号发射管、电源装置、无线通信模块和红外信号发射管控制电路电性连接;所述控制芯片用于控制阵列的所述红外信号发射管依次向下发射红外信号、判断红外接收管接收到的信号及控制电力巡检机器人动作。
2.根据权利要求1所述的电力巡检机器人精确回桩的控制装置,其特征在于,所述红外信号发射管在所述顶板上呈矩形阵列,且所述控制芯片控制阵列的红外信号发射管从靠近所述充电桩的一列到远离所述充电桩的一列依次发射红外信号。
3.根据权利要求2所述的电力巡检机器人精确回桩的控制装置,其特征在于,所述红外信号发射管依次设置有编号。
4.根据权利要求1所述的电力巡检机器人精确回桩的控制装置,其特征在于,所述控制系统包括壳体和安装在壳体内的单片机;所述电源装置也安装在壳体内。
5.根据权利要求3所述的电力巡检机器人精确回桩的控制装置,其特征在于,所述单片机为SMT32、MSP430、Mega128中的任一种。
6.根据权利要求1所述的电力巡检机器人精确回桩的控制装置,其特征在于,所述无线通信模块为蓝牙、zigbee、433M通信中的任一种。
7.权利要求1~6任一项所述的电力巡检机器人精确回桩的控制装置返回充电桩的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:向下发射红外信号,根据是否接收到电力巡检机器人返回的红外信号,判断是否有电力巡检机器人回桩;
步骤二:根据接收到的红外信号,判断电力巡检机器人是否回桩到位;若判断为回桩到位,则回桩结束;
步骤三:在步骤二中,若判断为回桩不到位,则根据接收到的红外信号判断位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的红外信号是否被接收;
步骤四:在步骤三中,若位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的返回红外信号被判断为被接收到,则向电力巡检机器人发射前进信号,电力巡检机器人根据前进信号行进,并同时继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到;若判断为接收到非中间一列的或者一盏红外信号发射管发射的红外信号,则进入下一步;若均未被接收到,则转入步骤一;
若位于矩阵最中间一列或者一盏红外信号发射管发射的红外信号被判断为未被接收到,则继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到;若均未被接收到,则转入步骤一;若判断为接收到非中间一列的或者一盏红外信号发射管发射的红外信号,则进入下一步;
步骤五:向电力巡检机器人发射向红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管正对的下方前进的前进信号,电力巡检机器人根据前进信号行进,并重复步骤一到五直至所有的红外信号发射管矩阵中每一盏红外信号发射管发射的信号均被判断为接收到,回桩结束。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,在步骤四中,所述继续判断其余红外信号发射管发射的红外信号是否被接收到的顺序为:根据与红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管的距离,从小到大依次向两边判断,直至所有的红外信号发射管发射的红外信号均被判断完成一次。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,在步骤四中,所述电力巡检机器人根据前进信号行进还包括判断电力巡检机器人前进方向的步骤:
步骤4.1:向电力巡检机器人发送前进信号,并接收电力巡检机器人返回的行进信号;
步骤4.2:判断电力巡检机器人当前的行进方向是否为前进方向,若判断为是,则向电力巡检机器人发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
步骤4.3:若判断为否,则继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人发送旋转信号;电力巡检机器人根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤4.2;和/或
在步骤五中,还包括判断电力巡检机器人前进方向的步骤:
步骤5.1:向电力巡检机器人发送前进信号,并接收电力巡检机器人返回的行进信号;
步骤5.2:判断电力巡检机器人当前的行进方向是否为朝向红外信号发射管矩阵最中间一列或一盏红外信号发射管正下方,若判断为是,则向电力巡检机器人发送旋转到位的信号和启动信号,电力巡检机器人根据接收到的旋转到位的信号和启动信号开始行进;
步骤5.3:若判断为否,则继续判断前进方向与当前行进方向的方位;并根据前进方向与当前行进方向的方位向电力巡检机器人发送旋转信号;电力巡检机器人根据接收到的旋转信号旋转行进方向,然后转到步骤5.2。
10.一种电力巡检机器人充电系统,其特征在于:包括
电力巡检机器人,所述电力巡检机器人上设置有红外信号反射块,所述红外信号反射块位于电力巡检机器人的顶端中部;和
权利要求1~6任一项所述控制装置;所述控制装置用于控制电力巡检机器人精确回到充电桩。
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