CN206504737U - 基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统。其包括机器人端导航子系统、机器人端充电子系统及无线充电桩端子系统，所述机器人端导航子系统包括导航模块及分别与所述导航模块连接的摄像头处理模块、WIFI处理模块，所述机器人端充电子系统包括无线充电接收端，所述无线充电桩端子系统包括微控制模块及分别与所述微控制模块连接的WIFI管理模块、LED信标灯控制模块、无线充电管理模块。本实用新型具有无需额外添加传感器，安装维护简单的优点，极大的提高了室内机器人的充电环境适应能力。

Description

基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统

技术领域

本实用新型属于无线充电技术领域，尤其涉及一种基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统。

背景技术

无线充电技术快速发展，现已成为最炙手可热的技术之一。传统充电方式对充电环境要求较高，故而充电场景受到各种限制，存在接触片外露等问题。以无线代替有线，极大的提高了室内机器人的充电环境适应能力，使机器人可以应用在大部分场所里，不再担心线缆繁多和充电环境差造成的安全隐患问题。但是，随着无线充电设备的距离和功率的增大，无用功的耗损也就会越大。因此，如何实现精确导航，缩短充电距离是无线充电的关键技术之一。

目前的室内导航技术主要包括：

(1)Wifi导航，其定位精度大约为1.5米，无法满足无线充电的定位需求；

(2)基于视觉的导航地图通过机器人自带的摄像头捕获导航标记，并与场景地图匹配进行导航，计算复杂耗时,而且需要预先生成场景地图；

(3)预先设置许多具有唯一标识编码的无线信号发射节点，导航终端通过接收信号计算所在位置，该技术需提前设置节点，而且无线信号导航精度误差较大；

(4)基于红外光源信标和接收感应单元的室内导航系统，适用于近距离无障碍精确导航，但是需要专门的接收感应单元。

实用新型内容

本实用新型的目的是：为了解决现有技术中无法实现精确导航等问题，本实用新型提出了一种基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统。

本实用新型的技术方案是：一种基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，包括：

机器人端导航子系统，包括导航模块及分别与所述导航模块连接的摄像头处理模块、WIFI处理模块；所述摄像头处理模块用于捕获LED信标灯信号，从而获取充电桩的位置信息；所述WIFI处理模块用于与设置在导航空间内的多个无线路由器进行通信获取机器人的位置信息，还与无线充电桩端子系统进行通信并发送充电请求信号；所述导航模块用于根据所述摄像头处理模块获取的充电桩的位置信息和所述WIFI处理模块获取的机器人的位置信息对机器人进行导航；

机器人端充电子系统，包括无线充电接收端；所述无线充电接收端用于与无线充电发射端进行配合对机器人进行无线充电；

无线充电桩端子系统，包括微控制模块及分别与所述微控制模块连接的WIFI管理模块、LED信标灯控制模块、无线充电管理模块；所述无线充电管理模块还与无线充电发射端连接；所述WIFI管理模块用于与所述WIFI处理模块通过WIFI网络进行通信，接收所述WIFI处理模块发送的充电请求信号；所述LED信标灯控制模块用于控制信标灯的开启和关闭；所述无线充电管理模块用于控制无线充电发射端的开启和关闭；所述无线充电发射端用于与无线充电接收端进行配合对机器人进行无线充电；所述微控制模块用于根据充电请求信号分别向所述无线充电管理模块和所述LED信标灯控制模块传输控制信号。

进一步地，所述机器人端导航子系统还包括超声波传感器处理模块；所述超声波传感器处理模块用于获取超声波传感器信号，根据超声波传感器信号对机器人进行测距。

进一步地，所述机器人端充电子系统还包括电池管理模块；所述电池监测模块用于对机器人端电池电量进行监测。

进一步地，所述机器人端充电子系统还包括电源控制模块；所述电源控制模块用于根据电池电量控制机器人端开启或关闭充电操作。

进一步地，所述微控制模块采用STM32单片机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过将机器人端导航子系统的WIFI处理模块与无线充电桩端子系统的WIFI管理模块建立通信，实现远距离的WIFI导航；再通过机器人端导航子系统的摄像头处理模块与无线充电桩端子系统的LED信标灯控制模块进行配合，实现近距离的视觉导航；具有无需额外添加传感器，安装维护简单的优点，极大的提高了室内机器人的充电环境适应能力。

附图说明

图1是本实用新型的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，为本实用新型的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统结构示意图。一种基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，包括：

机器人端导航子系统，包括导航模块及分别与所述导航模块连接的摄像头处理模块、WIFI处理模块；所述摄像头处理模块用于捕获LED信标灯信号，从而获取充电桩的位置信息；所述WIFI处理模块用于与设置在导航空间内的多个无线路由器进行通信获取机器人的位置信息，还与无线充电桩端子系统进行通信并发送充电请求信号；所述导航模块用于根据所述摄像头处理模块获取的充电桩的位置信息和所述WIFI处理模块获取的机器人的位置信息对机器人进行导航；

机器人端充电子系统，包括无线充电接收端；所述无线充电接收端用于与无线充电发射端进行配合对机器人进行无线充电；

无线充电桩端子系统，包括微控制模块及分别与所述微控制模块连接的WIFI管理模块、LED信标灯控制模块、无线充电管理模块；所述无线充电管理模块还与无线充电发射端连接；所述WIFI管理模块用于与所述WIFI处理模块通过WIFI网络进行通信，接收所述WIFI处理模块发送的充电请求信号；所述LED信标灯控制模块用于控制信标灯的开启和关闭；所述无线充电管理模块用于控制无线充电发射端的开启和关闭；所述无线充电发射端用于与无线充电接收端进行配合对机器人进行无线充电；所述微控制模块用于根据充电请求信号分别向所述无线充电管理模块和所述LED信标灯控制模块传输控制信号。

本实用新型的机器人端导航子系统的WIFI处理模块用于通过WIFI通讯模块与设置在导航空间内的多个无线路由器进行通信，通过WIFI定位确定机器人自身位置，并根据预设的地图进行导航，朝无线充电桩所在位置靠近，实现远距离定位导航；同时机器人在远距离定位导航中，WIFI处理模块不断搜索无线充电桩端子系统的WIFI管理模块发出的WIFI信号，当WIFI处理模块搜索到WIFI管理模块发出的WIFI信号时，WIFI处理模块向WIFI管理模块发送充电请求信号；该功能的实现可以采用具有ESP8266串口的ESP-12E无线WIFI模块。

本实用新型的机器人端导航子系统的摄像头处理模块用于在机器人进行近距离定位导航时捕获LED信标灯信号，该功能的实现可以采用蓝宙电子Predator-S红外信标摄像头或广角usb摄像头；摄像头处理模块通过图像处理和目标识别，确定充电桩的方向和位置，从而实现厘米级的精确定位和导航。

为了对机器人与无线充电桩及周围障碍物的距离进行监测，本实用新型的机器人端导航子系统还包括超声波传感器处理模块；所述超声波传感器处理模块用于获取超声波传感器信号，根据超声波传感器信号对机器人测量距离无线充电桩的距离；同时根据超声波传感器信号规避导航过程中的障碍物；该功能的实现可以采用HC-SR04超声波模块。

本实用新型的机器人端导航子系统的导航模块用于接收WIFI处理模块、摄像头处理模块和超声波传感器处理模块生成的数据，根据设置的导航逻辑进行导航，通过与机器人主控系统交互控制机器人的运动。

本实用新型的机器人端充电子系统的无线充电接收端采用接收端线圈及附属配套充电线路，与无线充电发射端进行配合实现对机器人进行无线充电。

为了实现对电池电量进行实时检测，本实用新型的机器人端充电子系统还包括电池管理模块；所述电池监测模块用于对机器人端电池电量进行监测。

为了实现机器人根据电池电量情况自动进行无线充电，本实用新型的机器人端充电子系统还包括电源控制模块；所述电源控制模块用于根据电池电量控制机器人端开启或关闭充电操作。电源控制模块在电池电量过低时启动自主充电任务，充电满时关闭充电任务。优选地，本实用新型的机器人端充电子系统的电池管理模块和电源控制模块可以采用Stm32F407ZGT6开发板进行设置。

本实用新型的无线充电桩端子系统的WIFI管理模块用于作为通信服务器端，与所述WIFI处理模块通过WIFI网络进行通信在充电任务开始时接收充电任务请求，在充电任务完成时接收结束充电任务请求；此外，无充电任务时，可以辅助Wifi定位与导航；该功能的实现可以采用具有ESP8266串口的ESP-12E无线WIFI模块。

本实用新型的无线充电桩端子系统的LED信标灯控制模块用于控制无线充电桩的信标灯的开启和关闭；在充电请求阶段，开启信标灯，实现无线充电接收端和发射端的精确定位，提高充电效率，开始充电后给关闭信标灯；该功能的实现可以采用蓝宙电子半球形红色led信标灯。

本实用新型的无线充电桩端子系统的无线充电管理模块用于控制无线充电发射端的开启和关闭；在充电时开启无线充电发射端，实现充电，充电完成后关闭发射端。

本实用新型的无线充电桩端子系统的无线充电发射端用于与无线充电接收端进行配合对机器人进行无线充电。优选地，本实用新型的机器人端充电子系统的无线充电接收端和无线充电桩端子系统的无线充电发射端可以采用卓创工作室的大功率50W远距离(>50mm)无线充电模组实现。

本实用新型的无线充电桩端子系统的微控制模块用于根据充电请求信号分别向所述无线充电管理模块和所述LED信标灯控制模块传输控制信号。这里的微控制模块采用STM32单片机。优选地，本实用新型的无线充电桩端子系统的微控制模块和无线充电管理模块可以采用Stm32F407ZGT6开发板进行设置。

本实用新型的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统工作流程为：

首先利用机器人端充电子系统的电池管理模块监测机器人端电池电量，并将监测数据传输至机器人端充电子系统的电源控制模块；电源控制模块判断机器人端电池电量是否低于设定充电阈值，当机器人端电池电量低于设定充电阈值时生成导航信号并发送至机器人端导航子系统的导航模块；机器人端导航子系统的导航模块根据导航信号启动远距离定位导航，利用机器人端导航子系统的WIFI处理模块根据Wifi导航原理和Wifi地图不断修正，向充电桩靠近；同时利用机器人端导航子系统的超声波传感器处理模块测量距离无线充电桩的距离并规避导航过程中的障碍物；当机器人距离无线充电桩的距离小于预设的近距离导航距离时，利用无线充电桩端子系统的LED信标灯控制模块控制无线充电桩开启信标灯，同时机器人端导航子系统的导航模块启动近距离定位导航；再利用机器人端导航子系统的摄像头处理模块捕获信标灯图像，并经过图像处理和智能识别引导机器人进行近距离定位导航；利用机器人端导航子系统的超声波传感器处理模块和摄像头处理模块通过超声波测距和视觉导航到达充电桩最佳充电位置，导航任务结束；再利用无线充电桩端子系统的微控制模块控制分别向无线充电管理模块和LED信标灯控制模块传输控制信号，无线充电管理模块控制无线充电发射端开启无线充电，LED信标灯控制模块控制无线充电桩关闭信标灯；利用机器人端充电子系统的电池管理模块将机器人端电池切换到充电模式，利用无线充电接收端与无线充电发射端进行配合对机器人进行无线充电；当充电满或有紧急任务时，利用电源控制模块关闭充电任务，同时利用无线充电管理模块关闭无线充电发射端，充电任务结束。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，其特征在于，包括：

机器人端导航子系统，包括导航模块及分别与所述导航模块连接的摄像头处理模块、WIFI处理模块；所述摄像头处理模块用于捕获LED信标灯信号，从而获取充电桩的位置信息；所述WIFI处理模块用于与设置在导航空间内的多个无线路由器进行通信获取机器人的位置信息，还与无线充电桩端子系统进行通信并发送充电请求信号；所述导航模块用于根据所述摄像头处理模块获取的充电桩的位置信息和所述WIFI处理模块获取的机器人的位置信息对机器人进行导航；

机器人端充电子系统，包括无线充电接收端；所述无线充电接收端用于与无线充电发射端进行配合对机器人进行无线充电；

无线充电桩端子系统，包括微控制模块及分别与所述微控制模块连接的WIFI管理模块、LED信标灯控制模块、无线充电管理模块；所述无线充电管理模块还与无线充电发射端连接；所述WIFI管理模块用于与所述WIFI处理模块通过WIFI网络进行通信，接收所述WIFI处理模块发送的充电请求信号；所述LED信标灯控制模块用于控制信标灯的开启和关闭；所述无线充电管理模块用于控制无线充电发射端的开启和关闭；所述无线充电发射端用于与无线充电接收端进行配合对机器人进行无线充电；所述微控制模块用于根据充电请求信号分别向所述无线充电管理模块和所述LED信标灯控制模块传输控制信号。

2.如权利要求1所述的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，其特征在于，所述机器人端导航子系统还包括超声波传感器处理模块；所述超声波传感器处理模块用于获取超声波传感器信号，根据超声波传感器信号对机器人进行测距。

3.如权利要求2所述的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，其特征在于，所述机器人端充电子系统还包括电池管理模块；所述电池管理模块用于对机器人端电池电量进行监测。

4.如权利要求3所述的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，其特征在于，所述机器人端充电子系统还包括电源控制模块；所述电源控制模块用于根据电池电量控制机器人端开启或关闭充电操作。

5.如权利要求4所述的基于多段复合导航的机器人自主无线充电系统，其特征在于，所述微控制模块采用STM32单片机。