基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，包括：充电桩部分：包括充电桩控制模块、电源适配器、充电电极模块、第一无线通信模块(6)、状态显示模块、摄像头(4)和散热风扇(3)；以及充电头部分：包括充电头控制模块(2‑1)、充电接头模块(2‑2)、第二无线通信模块(2‑3)、通信接口(2‑4)和固定模块(2‑5。本实用新型专利技术结构简单实现方便且成本低、使用便捷、对环境和机器人的机械性能的兼容性强、工作可靠性高、实用性强、智能化程度高，并且和机器人耦合程度低。

Low Coupling Intelligent Charging Pile System with Robot Based on Camera

The utility model provides an intelligent charging pile system with low coupling with a robot based on a camera, which comprises a charging pile part, including a charging pile control module, a power adapter, a charging electrode module, a first wireless communication module (6), a status display module, a camera (4) and a cooling fan (3), and a charging head part, including a charging head control module (2 1) and a charging connector. Module (2 2), second wireless communication module (2 3), communication interface (2 4) and fixed module (2 5). The utility model has the advantages of simple structure, convenient realization, low cost, convenient use, strong compatibility with the environment and mechanical performance of the robot, high working reliability, strong practicability, high intelligence, and low coupling degree with the robot.

【技术实现步骤摘要】
基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统
本技术涉及机器人自主定位和导航技术在充电桩
的应用，特别是一种与机器人耦合度较低的基于摄像头技术的智能充电

技术介绍
移动机器人越来越多的应用到现实生活中，譬如扫地、导游、导购、咨询机器人等，人们对机器人长期值守、增加活动范围、延长自治时间等功能要求也越来越高。目前，移动机器人都是使用高质量的机载可充电蓄电池组来给自身供电，但是一般只能维持几个小时，一旦电能耗尽，必须采用人工干预的方式来给机器人充电，这阻碍了机器人的长期自治。由于常见的移动机器人动力能源的无缆化及主要依赖高品质的机载蓄电池组，如何让机器人在无人工干预环境下安全可靠、快速高效地实现自主充电是实现机器人长期自治的一项关键技术。现有的机器人接触式自主充电技术方案主要分为半自主和自主两种：(1)半自主方案：主要是机械引导，是在机器人和充电桩对准误差比较大的情况下增加的辅助方法，辅助方法包括导轨、地磁、喇叭式充电接口和可调节供电头等，总的来说结构比较复杂，安装过程繁琐，同时对准充电的过程缺乏柔性，对机器人的机械性能有较大影响；成本相对来说也比较大，对环境要求严格，智能化程度很低。(2)自主方案：现在主要的技术所用传感器有激光、红外、声纳、摄像头、双目相机等等，也有多种传感器的融合，总的来说都是机器人在充电引导过程中占主要地位，而且充电设备只是特定机器人的配套设备；同时在充电过程中的管理不够智能，不能自行判断机器人充电的状态，在充电过程中和机器人的交互太少；机器人远程回归充电桩的时间长且盲目，效率低，甚至存在电池能力耗尽前，机器人无法寻找到充电桩导致电池过度放电，造成损坏电池或者停机等问题。现有的自主式充电引导设备的特点决定了它们的局限性，表现在：(1)充电桩的普适性低：主要指能适应不同系统、平台、机械性能以及形状大小等待充电机器人的能力较低。(2)充电桩的引导充电成功率和效率低。(3)结构复杂和安装过程繁琐：需要类似于导轨、喇叭充电口和地磁等辅助对准设施，并且对充电桩的结构做复杂的调整来弥补对准的误差；诸如红外、激光等自主引导充电设备安装过程复杂。(4)成本高：需要额外的设备和机械结构，因而成本较高。(5)智能化程度较低。(6)现有的充电桩识别方法中还存在硬件特性敏感、缺乏普遍环境适应性、引导精度不够理想、容错及纠错能力不够强壮，且在结构设计合理性、科学、经济等方面还有缺陷。因此这些机器人自主充电技术所存在的问题急需我们去解决。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、实现方便且成本低、使用便捷、对环境和机器人的机械性能的兼容性强、工作可靠性高、实用性强、智能化程度高以及和机器人耦合程度低的一种基于摄像头的智能充电系统及方法。本技术的一个目的在于提供一种基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，包括：充电桩部分：包括充电桩控制模块、电源适配器(9)、充电电极模块、第一无线通信模块(6)、状态显示模块、摄像头(4)和散热风扇(3)；以及充电头部分：包括充电头控制模块(2-1)、充电接头模块(2-2)、第二无线通信模块(2-3)、通信接口(2-4)和固定模块(2-5)；所述电源适配器(9)与所述充电桩控制模块电气连接，为其提供经过转换的电压；所述充电桩控制模块与所述第一无线通信模块(6)，所述充电电极模块，所述摄像头(4)，所述散热风扇(3)以及所述状态显示模块分别连接并提供相应的控制信号；所述充电头控制模块(2-1)与所述充电接头模块(2-2)，所述通信接口(2-4)以及所述第二无线通信模块(2-3)分别连接并提供相应的控制信号。优选的，所述充电桩控制模块包括：第一微控制器、电流和电压检测电路、充电电路、过流过压保护电路、充电状态控制电路、无线通信电路和视觉信息处理电路；所述第一微控制器安装在中控电路板中；所述电流和电压检测电路分别串联和并联在所述充电电路中，分别检测充电时的电流和电压；所述充电电路为同步BUCK降压电路，通过主控板的PWM控制信号，输出指定的电流和电压，提供给所述充电电极模块；所述过流过压保护电路由可控硅和比较器组成，与所述电流和电压检测电路连接；所述充电状态控制电路，接收第一微控制器控制，可以根据第一微控制器命令实现电磁锁死和解锁、过流时切断充电电流；所述无线通信电路，连接所述第一微控制器和所述无线通信电路；所述视觉信息处理电路连接摄像头和所述第一微控制器。优选的，所述第一微控制器为STM32微控制器。优选的，所述电源适配器为交流转直流适配器，直接与市电接通，转换成充电桩中控模块可以利用的直流电。优选的，所述充电电极模块包括两个金属导电条(1)、一块电磁铁条(2)、超声测距设备、两个电磁限位开关、高分子材料绝缘板(8)两块、限位塑料柱(14)四个、带弹簧可活动通电铜柱(11)四根以及限位螺栓(7)六根，所述高分子材料绝缘板(8)分为内板和外板，所述两个金属导电条(1)松散嵌套在高分子材料绝缘板(8)外板上，正常状态凸出高分子材料绝缘板(8)外板，后方各并排连接一个电磁限位开关触发器、两根限位塑料柱(14)、两根带弹簧可活动通电铜柱(11)，外板根据金属导电条(1)、电磁铁条(2)、带弹簧限位螺栓(12)和带弹簧可活动通电铜柱(11)开孔，其上固定电磁铁条(2)，两个金属导电条(1)分别位于电磁铁条(2)上下，金属导电条(1)不固定到高分子材料绝缘板(8)上，内板上安装电磁限位开关传感器，根据带弹簧限位螺栓(12)、电磁距离感应设备(13)和带弹簧可活动通电铜柱(11)尺寸开孔，内板上安装电磁距离感应设备(13)，通过带弹簧可活动通电铜柱(11)和带弹簧限位螺栓(12)，限位弹簧(15)不能通过所开的孔，两高分子材料绝缘板(8)之间距离固定；所述电磁距离感应设备(13)、带弹簧可活动通电铜柱(11)和电磁铁条(2)分别连接到充电桩控制模块的中控电路板(10)，两根带弹簧可活动通电铜柱(11)穿过内板，并套上弹簧保持铜条电极的凸出状态，所述高分子材料绝缘板(8)和金属导电条(1)整体通过限位螺栓(7)安装在支架上，在机器人靠近充电时按压向后收缩，所述高分子材料绝缘板(8)、金属导电条(1)和电磁铁条(2)所组成的整体可整体沿着支架向外移动并复原，所述电磁距离感应设备(13)和带弹簧可活动通电铜柱(11)连接到充电桩控制模块的中控电路板(10)上的充电状态控制电路。优选的，所述状态显示模块为LCD显示模组，在充电时显示状态信息，包括充电电流、充电电压、温度、预计充电时间和/或当前电量。优选的，所述状态显示模块为LCD12864模块。优选的，所述摄像头(4)为数字摄像头，连接到所述充电桩控制模块的视觉信息处理电路，数据上传至所述第一微控制器进行处理。优选的，所述摄像头(4)为OV系列并口摄像头。优选的，所述散热风扇连接到充电状态控制电路，通过三极管电路控制所述散热风扇(3)的开启以及转速。优选的，所述充电头控制模块(2-1)包括检测电路、通信接口电路和第二微控制器，所述检测电路并联到机器人的充电接头上，通过电路将信号发送给所述第二微控制器；所述通信接口电路通过电路连接通信接口(2-4)和所述第二微控器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，其特征在于包括：充电桩部分：包括充电桩控制模块、电源适配器(9)、充电电极模块、第一无线通信模块(6)、状态显示模块、摄像头(4)和散热风扇(3)；以及充电头部分：包括充电头控制模块(2‑1)、充电接头模块(2‑2)、第二无线通信模块(2‑3)、通信接口(2‑4)和固定模块(2‑5)；所述电源适配器(9)与所述充电桩控制模块电气连接，为其提供经过转换的电压；所述充电桩控制模块与所述第一无线通信模块(6)，所述充电电极模块，所述摄像头(4)，所述散热风扇(3)以及所述状态显示模块分别连接并提供相应的控制信号；所述充电头控制模块(2‑1)与所述充电接头模块(2‑2)，所述通信接口(2‑4)以及所述第二无线通信模块(2‑3)分别连接并提供相应的控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，其特征在于包括：充电桩部分：包括充电桩控制模块、电源适配器(9)、充电电极模块、第一无线通信模块(6)、状态显示模块、摄像头(4)和散热风扇(3)；以及充电头部分：包括充电头控制模块(2-1)、充电接头模块(2-2)、第二无线通信模块(2-3)、通信接口(2-4)和固定模块(2-5)；所述电源适配器(9)与所述充电桩控制模块电气连接，为其提供经过转换的电压；所述充电桩控制模块与所述第一无线通信模块(6)，所述充电电极模块，所述摄像头(4)，所述散热风扇(3)以及所述状态显示模块分别连接并提供相应的控制信号；所述充电头控制模块(2-1)与所述充电接头模块(2-2)，所述通信接口(2-4)以及所述第二无线通信模块(2-3)分别连接并提供相应的控制信号。2.根据权利要求1所述的基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，其特征在于所述充电桩控制模块包括：第一微控制器、电流和电压检测电路、充电电路、过流过压保护电路、充电状态控制电路、无线通信电路和视觉信息处理电路；所述第一微控制器安装在中控电路板中；所述电流和电压检测电路分别串联和并联在所述充电电路中，分别检测充电时的电流和电压；所述充电电路为同步BUCK降压电路，通过主控板的PWM控制信号，输出指定的电流和电压，提供给所述充电电极模块；所述过流过压保护电路由可控硅和比较器组成，与所述电流和电压检测电路连接；所述充电状态控制电路，接收第一微控制器控制，可以根据第一微控制器命令实现电磁锁死和解锁、过流时切断充电电流；所述无线通信电路，连接所述第一微控制器和所述无线通信电路；所述视觉信息处理电路连接摄像头和所述第一微控制器。3.根据权利要求2所述的基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，其特征在于所述第一微控制器为STM32微控制器。4.根据权利要求1所述的基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，其特征在于所述电源适配器为交流转直流适配器，直接与市电接通，转换成充电桩中控模块可以利用的直流电。5.根据权利要求1所述的基于摄像头的与机器人低耦合的智能充电桩系统，其特征在于所述充电电极模块包括两个金属导电条(1)、一块电磁铁条(2)、超声测距设备、两个电磁限位开关、高分子材料绝缘板(8)两块、限位塑料柱(14)四个、带弹簧可活动通电铜柱(11)四根以及限位螺栓(7)六根，所述高分子材料绝缘板(8)分为内板和外板，两个金属导电条(1)松散嵌套在高分子材料绝缘板(8)外板上，正常状态凸出高分子材料绝缘板(8)外板，后方各并排连接一个电磁限位开关触发器、两根限位塑料柱(14)、两根带弹簧可活动通电铜柱(11)，外板根据金属导电条(1)、电磁铁条(2)、带弹簧限位螺栓(12)和带弹簧可活动通电铜柱(11)开孔，其上固定电磁铁条(2)，两个金属导电条...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇，罗斌，尹露，王伟，赵青，邹建成，王晨捷，
申请(专利权)人：武汉斌果科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42