家庭陪护机器人自主充电系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ROS的家庭陪护机器人自主充电系统及方法，它解决了家庭陪护机器人充电站结构对接容忍度不够，缺少普遍的环境适应性，充电效率较低，对接过程漫长等问题，具有自主充电的能力。当机器人在工作过程中处于低电量状态时，能够自主搜寻充电站的位置，并且与之实现精确的对接。其技术方案为：编码器和IMU数据通过卡尔曼滤波得到里程计数据，里程计和激光雷达数据基于Rao‑Blackwellized粒子滤波SLAM算法构建环境二维栅格地图，同时利用生成的地图进行定位，然后通过基于A*和DWA算法的路径规划实现远程对接，使机器人移动到充电站附近，最后采用红外和超声传感器基于双重优先级的红外导航算法实现近程对接，完成自主充电。

Autonomous charging system and method for family escort robot

The invention discloses an autonomous charging system and method of a family escort robot based on ROS, which solves the problems of insufficient docking tolerance of the charging station structure of the family escort robot, lack of universal environmental adaptability, low charging efficiency and long docking process, and has the ability of autonomous charging. When the robot is in a low power state in the working process, it can independently search the location of the charging station and achieve accurate docking with it. The technical scheme is that the encoder and IMU data can get odometer data through Kalman filter. The odometer and lidar data are based on Rao Blackwellized particle filter SLAM algorithm to build two-dimensional raster map of the environment. At the same time, the generated map is used to locate, and then the long-distance is realized by path planning based on A* and DWA algorithm. Docking makes the robot move near the charging station. Finally, infrared navigation algorithm based on double priority is adopted to realize short-range docking and self-charging.

【技术实现步骤摘要】
家庭陪护机器人自主充电系统及方法
本专利技术涉及智能控制
，特别是涉及机器人自主充电系统及方法。
技术介绍
随着家庭陪护机器人的日益发展和普及，它们所提供的服务越来越多，与此同时，人们对于机器人的要求也越来越高，如果机器人不能够保证持续工作，那么所提供的服务必定将大打折扣，甚至在最需要的时候却因电量不足而影响正常功能，因此，家庭陪护机器人必须能够长时间且连续不断地工作，而实现这个目标则需要自主充电技术的支撑。自主充电技术有效地解决了机器人不能连续工作的问题，实现了在没有人工介入的前提下对机器人进行安全可靠的能量补给的目的。按照机器人寻找充电站的方式可将自主充电技术分为两类：一类是充电站本身配备有可以与机器人通信、引导机器人对接的传感器，并通过某种方式的引导完成自主充电对接；另一类是充电站上没有任何引导设备，机器人靠设置的路标和建立的地图自主寻找充电站并与之对接。前者一般根据充电站发射的某种信号来实现机器人的相对定位，并依靠信号的引导完成与充电站的对接；后者则依据路标或者构建的地图判断充电站位置，然后直接规划导航路径完成充电对接。两种方式根据应用场合和目的不同各有优缺点：第一种方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提出的一种家庭陪护机器人自主充电系统，包括：机器人上位机、机器人本体和充电站；所述机器人上位机根据激光雷达数据和里程计数据对环境地图进行构建得到二维栅格地图；所述机器人上位机在机器人本体运行过程中实时监测电池电压，当电压低于一定阈值时开启自主充电模式，此时机器人本体开始进行远程对接，所述机器人上位机对机器人本体在二维栅格地图上进行定位并根据路径规划算法控制机器人本体的运动，在所述机器人本体行驶到充电站附近或充电站所在房间时切换成近程对接，所述机器人上位机控制机器人本体与充电站完成精确对接后开始实时监测电池状态，当机器人电池充满后结束充电过程。

【技术特征摘要】
1.本发明提出的一种家庭陪护机器人自主充电系统，包括：机器人上位机、机器人本体和充电站；所述机器人上位机根据激光雷达数据和里程计数据对环境地图进行构建得到二维栅格地图；所述机器人上位机在机器人本体运行过程中实时监测电池电压，当电压低于一定阈值时开启自主充电模式，此时机器人本体开始进行远程对接，所述机器人上位机对机器人本体在二维栅格地图上进行定位并根据路径规划算法控制机器人本体的运动，在所述机器人本体行驶到充电站附近或充电站所在房间时切换成近程对接，所述机器人上位机控制机器人本体与充电站完成精确对接后开始实时监测电池状态，当机器人电池充满后结束充电过程。2.如权利要求1所述的一种家庭陪护机器人自主充电系统，其特征是，所述机器人本体包括主控制器、第二控制器、红外接收头，第二控制器负责对四个红外接收头的信号进行捕获，并将接收到的信号滤波，剔除异常数据，然后根据滤波后的数据判断红外接收头所处位置，最后将位置信息编码封装，通过串口上传给主控制器。3.如权利要求2所述的一种家庭陪护机器人自主充电系统，其特征是，每个红外接收头接收4种红外信号，不同的红外信号表示红外接收头在不同的区域，将4个红外接收头所在区域进行编码，仅用一个字节就实现信息的上传。4.如权利要求1所述的一种家庭陪护机器人自主充电系统，其特征是，所述机器人上位机根据激光雷达数据、里程计数据获得机器人的位姿信息，采用基于Rao-Blackwellized粒子滤波的SLAM算法对环境进行构建得到二维栅格地图。5.本申请还公开了一种家庭陪护机器人自主充电方法，包括：根据激光雷达数据和里程计数据对环境地图进行构建得到二维栅格地图；在机器人运行过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周风余，焦建成，万方，边钧健，尹磊，王玉刚，陈科，赵阳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37