CN106774295A - 一种分布式引导机器人自主充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式引导机器人自主充电系统，用于机器人本体充电，包括红外接收器和多个红外发射器，所述红外发射器间隔设置在所述机器人本体活动区域内，所述红外发射器发送在机器人本体活动区域内的位置信息，所述红外发射器构成充电站；所述红外接收器设置在所述机器人本体上，所述红外接收器接收所述机器人本体活动区域中的红外发射信号。本发明的分布式引导机器人自主充电系统，将红外传感以行、列坐标的方式分布，对机器人活动的空间平面进行标记。机器人运动时，本体上的红外接收器实时接收到空间中分布的行、列坐标，即机器人当前位置坐标。通过与内建地图的比较，快速找到充电站引导区，实现充电对接。

Description

一种分布式引导机器人自主充电系统

【技术领域】

本发明涉及机器人自动充电技术领域，尤其涉及一种分布式引导机器人自主充电系统。

【背景技术】

移动机器人自动充电可以延长机器人的自治时间，增加其活动范围，实现连续任务动作。自动充电技术要求机器人能快速寻找充电站，机器人与充电站之间有较高的传输电能效率且充电安全、快速。

自主充电较为重要的一点是机器人能够在活动区域范围内快速，准确的定位自身及充电站的位置，并选择合理路径到达充电站进行充电。

现有机器人寻找充电站的方式分为两种：

1、机器人以漫游或循迹、寻墙的行走方式寻找充电站引导区，进入引导区后以一定的路径规划实现与充电站的对接充电。该方法优点是简单易行，但机器人定位充电站的效率较低，如遇障碍物较多的环境，很可能导致在搜索过程中电池电量耗尽。

2、机器人内部建立活动区域的地图，在当前位置旋转一周，利用激光传感、机器视觉等技术扫描周围环境，通过识别周围物体形状和距离，确定机器人在地图中的位置，驶向充电站方向。

运动过程中实时对周围环境进行判断，并根据机器人行走轮行走的距离和角度判断机器人行走距离和当前方向，如果扫描到充电站形状的物体，则调整机器人角度与充电站距离，使其沿直线驶向充电站完成充电过程。

该方法优点是机器人通过对周围环境的判断可以准确、快速的定位充电站的位置并完成对接过程。但缺点是识别设备，例如激光传感器，视觉相机等成本相当高，会增加机器的制造成本。

由上可知，具有定位自身位置设备的机器人，寻找充电站的过程效率较高，但机器人成本也相当高；不具有定位设备的机器人虽然成本较低，但搜索充电站的能力与效率较低。导致机器人搜寻效率与定位设备成本严重相互制约。

【发明内容】

基于此，本发明的目的在于提供一种分布式引导机器人自主充电系统。

为了实现本发明的目的，提供一种分布式引导机器人自主充电系统，用于机器人本体充电，包括红外接收器和多个红外发射器，所述红外发射器间隔设置在所述机器人本体活动区域内，所述红外发射器发送在机器人本体活动区域内的位置信息，所述红外发射器构成充电站；所述红外接收器设置在所述机器人本体上，所述红外接收器接收所述机器人本体活动区域中的红外发射信号。

优选地，所述红外发射器布置为：远离门、窗位置的红外发射器，所述红外发射器设置在凹面镜内使所述红外发射器发出平行的红外光；门、窗位置的红外发射器，所述红外发射器设置在门或窗两侧，成扇面发射。

优选地，所述红外接收器可沿所述机器人本体转动。

优选地，所述机器人本体还包括四象限探测器。

优选地，所述充电站还包括激光发射器，所述红外发射器和激光发射器高度与所述红外接收器和四象限探测器高度相同。

优选地，所述机器人本体进入充电站的引导区域后，所述机器人本体以触碰引导区域边界为信号执行Z字形行走。

区别于现有技术，上述分布式引导机器人自主充电系统，将红外传感以行、列坐标的方式分布，对机器人活动的空间平面进行标记。机器人运动时，本体上的红外接收器实时接收到空间中分布的行、列坐标，即机器人当前位置坐标。通过与内建地图的比较，快速找到充电站引导区，实现充电对接。红外传感器成本低，且获取位置坐标方法简单，无需对四周扫描的图像进行解析等复杂算法。保证机器人寻找充电站效率的同时，大大降低定位设备的成本。

【附图说明】

图1为本发明一个实施例中分布式引导机器人自主充电系统的空间布局示意图。

图2为本发明一个实施例中分布式引导机器人自主充电系统的红外接收器分布示意图。

图3为本发明一个实施例中分布式引导机器人自主充电系统的引导机器人示意图。

【具体实施方式】

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。

本发明提供一种分布式引导机器人自主充电系统，用于机器人本体充电，包括红外接收器和多个红外发射器。

所述红外发射器间隔设置在所述机器人本体活动区域内，所述红外发射器发送在机器人本体活动区域内的位置信息，所述红外发射器构成充电站；所述红外接收器设置在所述机器人本体上，所述红外接收器接收所述机器人本体活动区域中的红外发射信号。

在本发明优选实施例中，所述红外接收器可沿所述机器人本体转动，以实现更全面的接收所述机器人本体活动区域中的红外发射信号。

具体地，所述红外发射器布置为：

远离门、窗位置的红外发射器，所述红外发射器设置在凹面镜内使所述红外发射器发出平行的红外光；即每个红外发射器以X或Y的坐标信息标记自身所在机器人本体活动区域中行或列的位置，如图1所述，图中(NX3，NY1),(SX2，SY2)，行坐标与列坐标的红外发射器采取间隔交替式信息发送，避免交叠的红外光区域产生信息混乱,而门、窗等区域红外发射器始终处于发送各自区域信息。

门、窗位置的红外发射器，所述红外发射器设置在门或窗两侧，成扇面发射；且门框两侧同一直线上也各放置两个平行光红外发射管，该红外发射管用于机器人本体对门的边界判别。

在本发明优选实施例中，机器人本体建立活动区域的地图，机器人本体还包括声呐避障装置和感光的四象限探测器。如图2所示，红外接收器在机器人本体的分布且该红外接收器绕机器人的四周转动，接收四周红外坐标信号，并根据接收器不同方向接收到的坐标，计算出机器人本体中心在地图中的位置，进行路径的规划。

机器人本体移动过程中实时计算当前坐标与充电站坐标的差值，若差值增大，表示远离充电站，则向反方向寻找坐标差值小的方向前进，并逐步靠近充电站。

充电站的中心线最低处设置小功率的可见光激光发射器，用于发出准直性较好的可见激光。所述红外发射器和激光发射器高度与所述红外接收器和四象限探测器高度相同。其中，机器人本体的红外接收器用于接收红外光信号，四象限探测器用于接收激光信号。

本发明分布式引导机器人自主充电系统，将红外传感器以行、列坐标的方式分布，对机器人本体活动的空间平面进行标记。当机器人本体运动时，本体上的红外接收器实时接收空间中分布的行、列坐标，即机器人当前位置坐标。通过与内建地图比较，快速找到充电站引导区，实现充电对接。

该红外传感器成本低，且获取位置坐标方法简单，无需对四周扫描的图像进行解析等复杂算法；保证机器人本体寻找充电站效率的同时，大大降低定位设备的成本。

本发明分布式引导机器人自主充电系统具体实施为，

如图3所示，将机器人本体以任意角度，随意摆放在图中某一位置，启动机器人本体，红外接收器接收到的坐标为(SX,SY)，坐标可知S：说明机器人本体位于南卧室，红外接收器接收记录零位置坐标，绕机器人本体绕转一周后并记录所扫描到的坐标值，通过比对坐标，零位置坐标为X4和X5，说明机器人本体位于南卧室靠近窗台附近，横坐标不等说明机器人本体前进方向偏北；列坐标接收到Y3的信号，说明机器人本体位于南卧室左侧，说明机器人本体前进方向偏西。

经过零位置坐标与最靠我房门坐标的矢量合成得，机器本体人目前位于南卧室左侧靠近窗台的位置，面朝西北方向；与内部建立的地图信息比较，机器人本体应先走出南卧室，向右旋转直至零位置坐标与最靠近房门坐标的矢量合成方向的位置处。

以此类推，直到红外接收器到达南卧室门红外区边界，机器人本体进入南卧室门红外区域，由于红外接收器在机器人本体另一侧接收不到红外信号，根据接收到红外区域两点的中心线做为运动方向走出南卧室，当红外接收WX坐标时，机器人本体到达客厅区域。

由于机器人本体从南卧室方向而来，在列坐标分量上是向北行驶，而充电站在其西北侧，不做方向调整，继续前进；当机器人本体运行到靠近北卧室墙体时，其声呐避障装置会提示前方有障碍物，此时机器人本体向西北调整角度并前进，进入充电站红外区域。

进入充电站红外引导区域后，机器人本体以触碰引导区域边界为信号进行Z字形行走靠近充电站，并开启机器人本体最底部的四象限探测器去接收充电站最底部的激光，当四象限探测器接收到激光信号，根据激光照射在四象探测器的象限坐标，调整机器人本体位置，使激光光束移动到探测器坐标原点，并沿直线前进。

由于激光准直性良好，位置处于充电站电极正上方，当激光与四象限探测原点重合时，表明机器人本体和充电站的电极处于同一直线上，沿此方向直线行走可直接实现二者电极的准确对接。

本发明分布式引导机器人自主充电系统，将红外传感以行、列坐标的方式分布，对机器人活动的空间平面进行标记。机器人运动时，本体上的红外接收器实时接收到空间中分布的行、列坐标，即机器人当前位置坐标。通过与内建地图的比较，快速找到充电站引导区，实现充电对接。红外传感器成本低，且获取位置坐标方法简单，无需对四周扫描的图像进行解析等复杂算法。保证机器人寻找充电站效率的同时，大大降低定位设备的成本。

需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅为本发明型的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式引导机器人自主充电系统，用于机器人本体充电，其特征在于，包括红外接收器和多个红外发射器，

所述红外发射器间隔设置在所述机器人本体活动区域内，所述红外发射器发送在机器人本体活动区域内的位置信息，所述红外发射器构成充电站；

所述红外接收器设置在所述机器人本体上，所述红外接收器接收所述机器人本体活动区域中的红外发射信号。

2.根据权利要求1所述的分布式引导机器人自主充电系统，其特征在于，所述红外发射器布置为：远离门、窗位置的红外发射器，所述红外发射器设置在凹面镜内使所述红外发射器发出平行的红外光；门、窗位置的红外发射器，所述红外发射器设置在门或窗两侧，成扇面发射。

3.根据权利要求1所述的分布式引导机器人自主充电系统，其特征在于，所述红外接收器可沿所述机器人本体转动。

4.根据权利要求1所述的分布式引导机器人自主充电系统，其特征在于，所述机器人本体还包括四象限探测器。

5.根据权利要求4所述的分布式引导机器人自主充电系统，其特征在于，所述充电站还包括激光发射器，所述红外发射器和激光发射器高度与所述红外接收器和四象限探测器高度相同。

6.根据权利要求1所述的分布式引导机器人自主充电系统，其特征在于，所述机器人本体进入充电站的引导区域后，所述机器人本体以触碰引导区域边界为信号执行Z字形行走。