CN207718228U - 一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的是一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，包括充电座和与该充电座相配合接触充电的移动机器人，充电座上设有充电触点、视觉标识和红外传感器，移动机器人上设有网络摄像头、激光雷达、机器人控制器、电源模块、电量监控模块以及电机驱动模块，机器人控制器分别与电量监控模块、电机驱动模块、激光雷达、网络摄像头以及红外传感器相控制连接设置。本实用新型克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性，更加适用于各种环境能力，提高充电效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是机器人充电系统，更具体地说是一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统。
背景技术
随着智能化时代的到来，机器人已经越来越走进人们的生活，生活中的服务机器人应用领域越来越广，我们的社会即将进入智能机器人的时代。例如，常见的服务机器人有送餐机器人、聊天机器人、导购机器人等等，这些智能机器人通常都包括大量的用电设备，耗电量很大，需要经常充电，目前市场上已经出现自主充电扫地机器人，但是其存在回充效率低、精度不高等缺点。因此，如何让机器人快速并有效的自动充电成为机器人领域一个亟待解决的问题。
在现有技术中，智能移动机器人自主充电实现方式主要有三种，一种是利用红外测距技术与运动控制技术相结合实现自主充电；第二种是利用激光建模技术和运动控制技术相结合实现自主充电；第三种是利用视觉标识定位技术与运动控制技术相结合实现自主充电。三种技术在实际应用中均存在如下优点及缺陷：（1）利用红外测距技术来实现自主充电时，主要是采用红外接收结合姿态调整策略，这样造成了机器人在距离充电站较远区域内不断调整姿态，不能实现短时间内确定充电站的位置，尽管其测量精度高，但充电过于费时；（2）采用激光建模技术进行自主充电时，在远距离区域内，机器人可迅速锁定充电站位置，但在近距离精确对准时，由于激光传感器存在视角盲区，可能导致对准过程中存在位置偏差。（3）采用视觉标识定位技术进行自主充电时，由于视觉识别距离的限制，只能在小范围内进行位姿调整，其识别速度快，但其测量精度不高。
实用新型内容
本实用新型公开的是一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其主要目的在于克服现有技术存在的上述不足和缺点，实现移动机器人在远距离时通过激光雷达导航到充电座上视觉标识范围，通过视觉定位技术实时调整机器人位姿，使其正对充电座。然后近距离时通过充电座上的红外传感器测量直线位置距离，控制机器人前进到充电座电源接口，克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，包括充电座和与该充电座相配合接触充电的移动机器人，所述充电座上设有充电触点、视觉标识和红外传感器，所述移动机器人上设有网络摄像头、激光雷达、机器人控制器、电源模块、电量监控模块以及电机驱动模块，所述机器人控制器分别与所述电量监控模块、电机驱动模块、激光雷达、网络摄像头以及红外传感器相控制连接设置；所述电量监控模块与所述电源模块相控制连接设置，所述充电触点与所述移动机器人上设置的充电触点相配合接触式充电连接。
更进一步，所述电量监控模块通过库仑计实现电量监控，库仑计采用电流积分的方法来计算剩余电量值，检测的电量值通过TTL232通信给所述机器人控制器。
更进一步，所述电源模块采用的是聚合物锂电池组作为蓄电池组。
更进一步，所述机器人控制器通过CAN总线与电机驱动模块相连接，并通过以太网实现与上位机实时进行数据交互传输设置。
更进一步，所述激光雷达用于环境扫描，并根据返回脉冲信用描述出周围环境，为所述移动机器人进行导航。
更进一步，所述红外线传感器用于判断移动机器人相对于充电座的直线距离，并与所述机器人控制器相数据通信连接设置。
更进一步，所述移动机器人上的网络摄像头与所述充电座上的视觉标识相配合检测连接，用于视觉定位所述移动机器人相对于所述充电座的位置和姿态。
通过上述对本实用新型的描述可知，和现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型的实现过程：当移动机器人上的电量检测模块检测到电量不足时，移动机器人通过激光雷达导航到充电座上的视觉标识范围内，然后通过视觉定位技术实时调整机器人的位置与姿势，使其到达充电座前指定的位置并正对着充电座，最后通过充电座上的红外线传感器测量移动机器人与充电座的直线位置距离，然后控制该移动机器人进入到充电座的充电触点，实现接触式充电连接，完成移动机器人的充电。
本实用新型在充电系统中充分利用现有技术中的优点，实现机器人在远距离时通过激光雷达导航到充电座上视觉标识范围，通过视觉定位技术实时调整机器人位姿，使其正对充电座；然后通过充电座上的红外传感器测量直线位置距离，控制机器人前进到充电座电源接口，克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性，更加适用于各种环境能力，提高充电效率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型自主充电系统的结构示意图。
图3是本实用新型的自主充电流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明来进一步地说明本实用新型的具体实施方式。
如图1和图2所示，一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，包括充电座1和与该充电座1相配合接触充电的移动机器人5，所述充电座上设有充电触点2、视觉标识3和红外传感器4，所述移动机器人5上设有网络摄像头6、激光雷达7、机器人控制器、电源模块、电量监控模块以及电机驱动模块，所述机器人控制器分别与所述电量监控模块、电机驱动模块、激光雷达7、网络摄像头6以及红外传感器4相控制连接设置；所述电量监控模块与所述电源模块相控制连接设置，所述充电触点2与所述移动机器人5上设置的充电触点相配合接触式充电连接。
更进一步，所述电量监控模块通过库仑计实现电量监控，库仑计采用电流积分的方法来计算剩余电量值，检测的电量值通过TTL232通信给所述机器人控制器。
更进一步，所述电源模块采用的是聚合物锂电池组作为蓄电池组。
更进一步，所述机器人控制器通过CAN总线与电机驱动模块相连接，并通过以太网实现与上位机实时进行数据交互传输设置。
更进一步，所述激光雷达7用于环境扫描，并根据返回脉冲信用描述出周围环境，为所述移动机器人进行导航。
更进一步，所述红外线传感器4用于判断移动机器人5相对于充电座1的直线距离，并与所述机器人控制器相数据通信连接设置。
更进一步，所述移动机器人5上的网络摄像头6与所述充电座1上的视觉标识3相配合检测连接，用于视觉定位所述移动机器人5相对于所述充电座1的位置和姿态。
电机驱动模块由专用驱动控制器实现，该控制器通过码盘实现位置闭环，从而达到运动部分精确控制的目的；网络摄像头6可检测1.5米范围内的视觉标识3，通过视觉定位确定移动机器人5相对充电座1的位置和姿态，然后通过驱动控制进行实时位姿调整，使得移动机器人5到达充电座1正前方大约0.8米距离处；红外传感器4主要实现在完成激光初定位和视觉位姿调整运动到充电站正前方0.8米后的精确定位功能，通过红外传感器4的发送端和接收端的对接，精确判断移动机器人5相对于充电座1的直线距离，传感器测得数据通过2.4G传送给机器人控制器，然后实时调整速度向目标充电座1靠近，最终使得机器人充电触点接触充电座的充电触点2，从而实现自主充电。
本实用新型的实现过程：当移动机器人上的电量检测模块检测到电量不足时，移动机器人通过激光雷达导航到充电座上的视觉标识范围内，然后通过视觉定位技术实时调整机器人的位置与姿势，使其到达充电座前指定的位置并正对着充电座，最后通过充电座上的红外线传感器测量移动机器人与充电座的直线位置距离，然后控制该移动机器人进入到充电座的充电触点，实现接触式充电连接，完成移动机器人的充电。
本实用新型在充电系统中充分利用现有技术中的优点，实现机器人在远距离时通过激光雷达导航到充电座上视觉标识范围，通过视觉定位技术实时调整机器人位姿，使其正对充电座；然后通过充电座上的红外传感器测量直线位置距离，控制机器人前进到充电座电源接口，克服了单纯依靠激光或红外所带来的缺陷，提高了机器人自主充电的可靠性与准确性，更加适用于各种环境能力，提高充电效率。
上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不仅局限于此，凡是利用此构思对本实用新型进行非实质性地改进，均应该属于侵犯本实用新型保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：包括充电座和与该充电座相配合接触充电的移动机器人，所述充电座上设有充电触点、视觉标识和红外传感器，所述移动机器人上设有网络摄像头、激光雷达、机器人控制器、电源模块、电量监控模块以及电机驱动模块，所述机器人控制器分别与所述电量监控模块、电机驱动模块、激光雷达、网络摄像头以及红外传感器相控制连接设置；所述电量监控模块与所述电源模块相控制连接设置，所述充电触点与所述移动机器人上设置的充电触点相配合接触式充电连接。
2.根据权利要求1所述的一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：所述电量监控模块通过库仑计实现电量监控，库仑计采用电流积分的方法来计算剩余电量值，检测的电量值通过TTL232通信给所述机器人控制器。
3.根据权利要求1所述的一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：所述电源模块采用的是聚合物锂电池组作为蓄电池组。
4.根据权利要求1所述的一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：所述机器人控制器通过CAN总线与电机驱动模块相连接，并通过以太网实现与上位机实时进行数据交互传输设置。
5.根据权利要求1所述的一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：所述激光雷达用于环境扫描，并根据返回脉冲信用描述出周围环境，为所述移动机器人进行导航。
6.根据权利要求1所述的一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：所述红外线传感器用于判断移动机器人相对于充电座的直线距离，并与所述机器人控制器相数据通信连接设置。
7.根据权利要求1所述的一种可靠的室内全向移动机器人自主充电系统，其特征在于：所述移动机器人上的网络摄像头与所述充电座上的视觉标识相配合检测连接，用于视觉定位所述移动机器人相对于所述充电座的位置和姿态。
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