一種機器人自動充電系統及其充電方法
【專利摘要】本發明公開了一種機器人自動充電系統及其充電方法，包括電源監控單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元、無線信號收發單元、視覺識別單元、機器人控制單元和運動系統單元，所述機器人控制單元分別連接電源監控單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元、無線信號收發單元、視覺識別單元和運動系統單元。本發明將紅外信號追蹤以及圖像識別法兩者結合，把原本單一的方法融合在一起，解決單純使用一種方法追蹤時出現的問題，讓機器人都能準確、穩定和不容易受到環境干擾從而找到充電樁進行自主充電。
【專利說明】
一種機器人自動充電系統及其充電方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種機器人，具體是一種機器人自動充電系統及其充電方法。【背景技術】
[0002]目前機器人的發展十分迅速，其功能也在日益增加，但機器人在工作時常常遇到電池電量不足的問題，這是機器人就需要人手去操作幫助機器人進行續航，這使得機器人在執行工作時收到了限制。為了減少人手對機器人進行續航的問題，研究機器人自主充電成為了目前機器人發展的重大方向。對于機器人自主充電，國內外現有的解決方案大致有三種:分別為紅外線信號追蹤、射頻無線追蹤以及圖像識別法。
[0003]對于機器人自主充電，國內外現有的解決方案大致有三種:分別為紅外線信號追蹤、射頻無線追蹤以及圖像識別法。紅外線信號追蹤是通過發出的紅外線信號去尋找充電粧位置然后進行對接;射頻無線追蹤是根據發出射頻信號的強弱來判斷充電粧位置;而圖像識別法根據攝像頭去進行相關的圖像處理法來尋找充電粧。
[0004]對于機器人自主充電，國內外現有的解決方案大致有三種:分別為紅外線信號追蹤、射頻無線追蹤以及圖像識別法。紅外線信號追蹤是通過發出的紅外線信號去尋找充電粧位置然后進行對接，但其對接位置常常不夠準確，容易有偏差;射頻無線追蹤是根據發出射頻信號的強弱來判斷充電粧位置，卻只能大致尋找到充電粧的位置;而圖像識別法根據攝像頭去進行相關的圖像處理法來尋找充電粧，也容易受到環境的影響。綜上所述，目前機器人自主充電的主要問題在于尋找充電粧時位置不夠準確、安全度低以及容易受到環境干擾。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種機器人自動充電系統及其充電方法，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:一種機器人自動充電系統及其充電方法，包括電源監控單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元、無線信號收發單元、視覺識別單元、機器人控制單元和運動系統單元，所述機器人控制單元分別連接電源監控單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元、無線信號收發單元、視覺識別單元和運動系統單元一種機器人自動充電方法，采用電源監控單元負責監控機器人電量，當電量少于一定閾值后，自動充電流程開啟；無線信號收發單元在自動充電流程開啟后，利用無線信號將充電粧紅外引導信號打開，或是在機器人當與充電粧距離小于1米并完成旋轉180度后，利用無線信號將電粧紅外引導信號關閉和電粧電源開關指令打開;紅外信號接收單元是當自動充電流程開啟后，充電粧紅外引導信號將被打開，通過接收充電粧紅外引導信號不同，判斷機器人所在充電粧范圍區域，并同時令機器人往區域3移動;紅外測距單元是當機器人到達區域3后，紅外測距單元將開始判斷機器人到充電粧的距離，距離小于1米時，機器人將旋轉180度，令機器人背對著充電粧;視覺識別單元是在器人完成背對著充電粧動作后開啟，對充電粧上的定位圖形進行識別并判斷位置，最后成功完成機器人與充電粧對接;機器人控制單元和運動系統單元是電源監控單元、無線信號收發單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元和視覺識別單元都通過機器人控制單元來向運動系統單元發出運動指令，運動系統單元接受運動指令后完成機器人運動執行。
[0007]作為本發明進一步的方案:采用所述電源監控單元實時地監控機器人電池電量， 當電量少于一定閾值后，機器人將啟動自動充電流程，閾值能夠設置為任意值。
[0008]作為本發明進一步的方案:所述機器人開始啟動自動充電流程后，機器人通過無線信號發送打開充電粧紅外引導信號開關指令，并收到充電粧紅外引導信號打開的回應。
[0009]作為本發明進一步的方案:所述電粧紅外引導信號有五種，在不同的區域紅外引導信號不一樣，通過不同的紅外頻率來區分不同的區域，也能夠采用同一個頻率，但采用不同的信號指令來區分不同的區域。[〇〇1〇]作為本發明進一步的方案:紅外測距單元在機器人尋找充電粧過程中，在機器人安裝有四個紅外信號接收單元，兩兩角度間隔90°，覆蓋機器人接收紅外信號接收無死角， 機器人采集到充電粧發出的紅外引導信號后，判斷機器人所在區域，使機器人朝向區域3并往充電粧的方向行走過去，機器人位于區域3并通過紅外測距單元判斷機器人到充電粧的距離小于1米時，機器人將會旋轉180度，使機器人背對著充電粧，同時通過無線信號發送關閉充電粧紅外引導信號開關指令和打開充電粧電源開關指令。
[0011]作為本發明進一步的方案:當機器人完成背對著充電粧時，將啟動視覺識別單元， 對充電粧上的定位圖形進行識別，根據識別結果判斷機器人相對充電粧的位置以及方位， 通過不斷調整機器人的方向角度，使機器人平行于充電粧，不斷慢慢靠近充電粧，最后機器人的對接電極與充電粧上的充電電極相接，并開始充電。
[0012]作為本發明再進一步的方案:當機器人電源監控單元檢測到電量已經達到100%， 則通過無線信號發送關閉充電粧電源開關指令。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明將紅外信號追蹤以及圖像識別法兩者結合，把原本單一的方法融合在一起，解決單純使用一種方法追蹤時出現的問題，讓機器人都能準確、穩定和不容易受到環境干擾從而找到充電粧進行自主充電。【附圖說明】
[0014]圖1為機器人自動充電系統及其充電方法的電路原理框圖；圖2為機器人自動充電系統及其充電方法的充電粧紅外引導信號區域劃分示意圖。【具體實施方式】
[0015]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]請參閱圖1?2,本發明實施例中，一種機器人自動充電方法，采用電源監控單元負責監控機器人電量，當電量少于一定閾值后，自動充電流程開啟;無線信號收發單元在自動充電流程開啟后，利用無線信號將充電粧紅外引導信號打開，或是在機器人當與充電粧距離小于1米并完成旋轉180度后，利用無線信號將電粧紅外引導信號關閉和電粧電源開關指令打開;紅外信號接收單元是當自動充電流程開啟后，充電粧紅外引導信號將被打開，通過接收充電粧紅外引導信號不同，判斷機器人所在充電粧范圍區域，并同時令機器人往區域3 移動;紅外測距單元是當機器人到達區域3后，紅外測距單元將開始判斷機器人到充電粧的距離，距離小于1米時，機器人將旋轉180度，令機器人背對著充電粧;視覺識別單元是在器人完成背對著充電粧動作后開啟，對充電粧上的定位圖形進行識別并判斷位置，最后成功完成機器人與充電粧對接;機器人控制單元和運動系統單元是電源監控單元、無線信號收發單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元和視覺識別單元都通過機器人控制單元來向運動系統單元發出運動指令，運動系統單元接受運動指令后完成機器人運動執行。采用所述電源監控單元實時地監控機器人電池電量，當電量少于一定閾值后，機器人將啟動自動充電流程，閾值能夠設置為任意值。所述機器人開始啟動自動充電流程后，機器人通過無線信號發送打開充電粧紅外引導信號開關指令，并收到充電粧紅外引導信號打開的回應。所述電粧紅外引導信號有五種，在不同的區域紅外引導信號不一樣，通過不同的紅外頻率來區分不同的區域，也能夠采用同一個頻率，但采用不同的信號指令來區分不同的區域。紅外測距單元在機器人尋找充電粧過程中，在機器人安裝有四個紅外信號接收單元，兩兩角度間隔90°，覆蓋機器人接收紅外信號接收無死角，機器人采集到充電粧發出的紅外引導信號后，判斷機器人所在區域，使機器人朝向區域3并往充電粧的方向行走過去，機器人位于區域3并通過紅外測距單元判斷機器人到充電粧的距離小于1米時，機器人將會旋轉180度，使機器人背對著充電粧，同時通過無線信號發送關閉充電粧紅外引導信號開關指令和打開充電粧電源開關指令。當機器人完成背對著充電粧時，將啟動視覺識別單元，對充電粧上的定位圖形進行識別，根據識別結果判斷機器人相對充電粧的位置以及方位，通過不斷調整機器人的方向角度，使機器人平行于充電粧，不斷慢慢靠近充電粧，最后機器人的對接電極與充電粧上的充電電極相接，并開始充電。當機器人電源監控單元檢測到電量已經達到100%， 則通過無線信號發送關閉充電粧電源開關指令。
[0017]本發明的工作原理是:請參閱圖1，電源監控單元是負責監控機器人電量，當電量少于一定閾值后，自動充電流程開啟；無線信號收發單元是在自動充電流程開啟后，利用無線信號將充電粧紅外引導信號打開，或是在機器人當與充電粧距離小于1米并完成旋轉180 度后，利用無線信號將電粧紅外引導信號關閉和電粧電源開關指令打開;紅外信號接收單元是當自動充電流程開啟后，充電粧紅外引導信號將被打開，通過接收充電粧紅外引導信號不同，判斷機器人所在充電粧范圍區域，并同時令機器人往區域3移動;紅外測距單元是當機器人到達區域3后，紅外測距單元將開始判斷機器人到充電粧的距離，距離小于1米時， 機器人將旋轉180度，令機器人背對著充電粧;視覺識別單元是在器人完成背對著充電粧動作后開啟，對充電粧上的定位圖形進行識別并判斷位置，最后成功完成機器人與充電粧對接;機器人控制單元和運動系統單元是電源監控單元、無線信號收發單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元和視覺識別單元都通過機器人控制單元來向運動系統單元發出運動指令，運動系統單元接受運動指令后完成機器人運動執行。
[0018]自動充電流程:1.機器人電源監控單元實時地監控機器人電池電量，當電量少于一定閾值后，機器人將啟動自動充電。這里的閾值為可設置為任意值，用戶可以設置為30%、25%、20%等。[〇〇19]2.機器人開始啟動自動充電流程，機器人通過無線信號發送打開充電粧紅外引導信號開關指令，并收到充電粧紅外引導信號打開的回應。無線信號基于zigbee協議，但不限于zigbee協議無線信號，也可以采用wifi，藍牙以及2.4G自定義無線RF信號等。
[0020]3.充電粧紅外引導信號有五種，如圖2所示，在不同的區域紅外引導信號不一樣， 現在通過不同的紅外頻率來區分不同的區域，也可以采用同一個頻率，但采用不同的信號指令來區分不同的區域。
[0021]4.紅外測距單元，在機器人尋找充電粧過程中。在機器人安裝有四個紅外信號接收單元，兩兩角度間隔90°，覆蓋機器人接收紅外信號接收無死角，這樣機器人在任意方向都可以接收到紅外信號。機器人采集到充電粧發出的紅外引導信號后，判斷機器人所在區域，使機器人朝向區域3并往充電粧的方向行走過去。機器人位于區域3并通過紅外測距單元判斷機器人到充電粧的距離小于1米時，機器人將會旋轉180度，使機器人背對著充電粧。 同時通過無線信號發送關閉充電粧紅外引導信號開關指令和打開充電粧電源開關指令。
[0022]5.當機器人完成背對著充電粧時，將啟動視覺識別單元，對充電粧上的定位圖形進行識別，根據識別結果判斷機器人相對充電粧的位置以及方位，通過不斷調整機器人的方向角度，使機器人平行于充電粧，不斷慢慢靠近充電粧，最后機器人的對接電極與充電粧上的充電電極相接，并開始充電。[〇〇23]6.當機器人電源監控單元檢測到電量已經達到100%，則通過無線信號發送關閉充電粧電源開關指令。[〇〇24]對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0025]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【主權項】
1.一種機器人自動充電系統，包括電源監控單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元、 無線信號收發單元、視覺識別單元、機器人控制單元和運動系統單元，其特征在于，所述機 器人控制單元分別連接電源監控單元、紅外信號接收單元、紅外測距單元、無線信號收發單 元、視覺識別單元和運動系統單元。2.—種機器人自動充電方法，其特征在于，采用所述電源監控單元負責監控機器人電 量，當電量少于一定閾值后，自動充電流程開啟；無線信號收發單元在自動充電流程開啟 后，利用無線信號將充電粧紅外引導信號打開，或是在機器人當與充電粧距離小于1米并完 成旋轉180度后，利用無線信號將電粧紅外引導信號關閉和電粧電源開關指令打開;紅外信 號接收單元是當自動充電流程開啟后，充電粧紅外引導信號將被打開，通過接收充電粧紅 外引導信號不同，判斷機器人所在充電粧范圍區域，并同時令機器人往區域3移動;紅外測 距單元是當機器人到達區域3后，紅外測距單元將開始判斷機器人到充電粧的距離，距離小 于1米時，機器人將旋轉180度，令機器人背對著充電粧;視覺識別單元是在器人完成背對著 充電粧動作后開啟，對充電粧上的定位圖形進行識別并判斷位置，最后成功完成機器人與 充電粧對接;機器人控制單元和運動系統單元是電源監控單元、無線信號收發單元、紅外信 號接收單元、紅外測距單元和視覺識別單元都通過機器人控制單元來向運動系統單元發出 運動指令，運動系統單元接受運動指令后完成機器人運動執行。3.根據權利要求2所述的機器人自動充電方法，其特征在于，采用所述電源監控單元實 時地監控機器人電池電量，當電量少于一定閾值后，機器人將啟動自動充電流程，閾值能夠 設置為任意值。4.根據權利要求3所述的機器人自動充電方法，其特征在于，所述機器人開始啟動自動 充電流程后，機器人通過無線信號發送打開充電粧紅外引導信號開關指令，并收到充電粧 紅外引導信號打開的回應。5.根據權利要求4所述的機器人自動充電方法，其特征在于，所述電粧紅外引導信號有 五種，在不同的區域紅外引導信號不一樣，通過不同的紅外頻率來區分不同的區域，也能夠 采用同一個頻率，但采用不同的信號指令來區分不同的區域。6.根據權利要求5所述的機器人自動充電方法，其特征在于，紅外測距單元在機器人尋 找充電粧過程中，在機器人安裝有四個紅外信號接收單元，兩兩角度間隔90°，覆蓋機器人 接收紅外信號接收無死角，機器人采集到充電粧發出的紅外引導信號后，判斷機器人所在 區域，使機器人朝向區域3并往充電粧的方向行走過去，機器人位于區域3并通過紅外測距 單元判斷機器人到充電粧的距離小于1米時，機器人將會旋轉180度，使機器人背對著充電 粧，同時通過無線信號發送關閉充電粧紅外引導信號開關指令和打開充電粧電源開關指 令。7.根據權利要求6所述的機器人自動充電方法，其特征在于，當機器人完成背對著充電 粧時，將啟動視覺識別單元，對充電粧上的定位圖形進行識別，根據識別結果判斷機器人相 對充電粧的位置以及方位，通過不斷調整機器人的方向角度，使機器人平行于充電粧，不斷 慢慢靠近充電粧，最后機器人的對接電極與充電粧上的充電電極相接，并開始充電。8.根據權利要求7所述的機器人自動充電方法，其特征在于，當機器人電源監控單元檢 測到電量已經達到100%，則通過無線信號發送關閉充電粧電源開關指令。
【文檔編號】H02J7/00GK106026288SQ201610564039
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月18日
【發明人】林綠德, 莊永軍
【申請人】旗瀚科技有限公司