自寻充电机器人及其自寻充电系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自寻充电机器人及其自寻充电系统和方法，该机器人至少包括：红外接收模块，接收充电站的红外目标跟踪信号与红外目标对接信号，以通过目标搜索、目标跟踪和目标对接三个阶段，实现与充电站的自主对接；视频采集模块，获取人脸检测和情感识别所需信息及环境感知和异常检测所需信息；里程测量装置，测量机器人行走的里程信息；运动装置，接收主控系统的命令以驱动机器人行走，在行走过程中完成超声波测距并回馈给主控系统以进行后续控制，在机器人服务过程中及时检测电池电量并回馈给主控系统以判断是否需充电；主控系统将获得的信息融合以对机器人进行控制，通过本发明专利技术，可快速实现机器人与充电站可靠对接，提高对接成功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人充电领域，特别是涉及一种。
技术介绍
家庭服务智能机器人是一个典型的机电一体化系统，它融合了机械、电子、传感器、计算机软件硬件、模式识别、人工智能、工业设计等众多先进技术，是智能机器人目前研究的一个重要热点。但家庭机器人所携带的可充电电池持续时间较短，无法保证服务机器人的不间断工作，给实际应用带来很大的不便。目前在世界范围研发的家庭服务机器人的应用越来越广泛，为了解决困扰家庭服务机器人发展的电能问题，必须发展智能充电技术。对于机器人的自动充电，国内外的不同厂家提供了很多的解决方案，如美国的R00MBA产品、伊莱克斯的三叶虫、韩国的irobot、国内的一些厂家和院校也提供了不同的解决方案。归结他们的方案，分为以下几种:韩国厂家利用图像识别来完成自动充电的方案，R00MBA利用充电座发射两束引导光以及自身的360度接收装置来完成机器人的充电引导，伊莱克斯的三叶虫和国内的一些厂家利用贴墙回归外加充电站发射信号(电磁或者红外线)引导完成机器人的自主充电。这些机器人充电机构定位不精确、受震动影响大、结构复杂、安全系数小，贴墙回归对于复杂的室内环境回归时间长，而且需要机器人具有分辨墙壁和孤岛障碍物的能力；图像识别的自充电方法需要高精度的视频获取和识别系统，识别时间长，运行成本高；R00MBA只适合清扫机器人等简单产品的自主充电过程。申请号为200610048955.X的中国专利申请公开了一种机器人自动充电方法及其自动充电装置，其通过寻找充电站上红外导引信号，计算充电站相对于机器人的距离和角度，利用机器人的移动控制机构将机器人移动到充电站的合适位置，完成机器人的对接电极与充电站的充电电极对接，完成机器人的自充电。然而，该专利申请存在如下缺点:该专利申请中的机器人采用随机行走寻找红外信号效率低甚至可能无法收到红外信号，在复杂地形比如房间较多家具较多可能会在电池能量耗尽前无法寻找到充电站而导致电池过度放电损坏电池或停机，同时，由于该专利申请需要使用三个红外发射器，一是区分接收到的红外信号来自哪个红外发射器技术复杂，且若有障碍物阻挡可能会很难寻找到部分红外信号，二则容易造成充电机构定位不准确。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之主要目的在于提供一种，可实现机器人与充电站的快速自主对接，改进了现有机器人充电机构定位不精确的缺点，具有稳定性好、效率高的优点。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种自寻充电机器人，至少包括:红外接收模块，包括两个红外接收器，接收充电站的红外目标跟踪信号与红外目标对接信号，于接收到信号后，将解码内容和强度信息传送给主控系统进行进一步分析处理，以通过目标搜索、目标跟踪和目标对接三个阶段，实现与充电站的自主对接； 视频采集模块，获取人脸检测和情感识别所需信息及环境感知和异常检测所需信息，并将其送至该主控系统； 里程测量装置，测量机器人行走里程并将里程信息上传给该主控系统进行处理； 运动装置，接收该主控系统的命令以驱动机器人行走，在行走过程中完成超声波测距并回馈给该主控系统以进行后续控制，在机器人服务过程中及时检测电池电量并回馈给该主控系统以判断是否需要进行充电； 主控系统，控制机器人其他各部分协调工作，将该视频采集模块、该运动装置的超声波测距信息、电量检测采集到的信息及里程信息进行融合，以对机器人进行控制。进一步地，该机器人还包括头部动作装置，该头部动作装置用于接收该主控系统的命令进行头部俯仰和左右旋转。该视频采集模块包括第一视频采集装置及第二视频采集装置，该第一视频采集装置包括一普通单目摄像头及其采集电路，用于获取人脸检测和情感识别所需信息，该第二视频采集装置包含一广角单目摄像头及其采集电路，用于获取环境感知和异常检测所需信息，第一视频采集装置及第二视频采集装置安装于该机器人头部，其位置改变受控于该头部动作装置。进一步地，该运动装置包括底盘驱动器、电机驱动模块、两个直流电机、两个驱动轮及传动机构、万向轮及传动机构、电池组、超声波传感器、电量检测及充电模块，该底盘驱动器于接收到该主控系统的控制命令后，驱动该电机驱动模块控制两个电机进行相应动作，两个驱动轮及传动结构在两个电机的作用下驱动机器人行走，并通过万向轮及传动机构使得机器人实现零半径转向，该超声波传感器用于检测外部障碍物到机器人的距离，该电量检测及充电模块及时检测该电池组电量并回馈给该主控系统以判断是否需要进行充电。为达到上述目的，本专利技术还提供一种机器人自寻充电系统，包括机器人及充电站，该机器人至少包括运动装置、两个红外接收传感器、超声波感应器、充电电池及充电端子，该机器人通过该超声波感应器对环境中的障碍物进行感知定位，通过其具有的两个红外接收传感器接收该充电站的红外目标跟踪信号与红外目标对接信号，通过目标搜索、目标跟踪和目标对接三个阶段，实现与充电站的自主对接；该充电站通过目标跟踪红外发射器和目标对接红外发射器发射红外目标跟踪信号和红外目标对接信号与该机器人实现自主对接，于对接成功后，该充电站对该机器人的充电电池进行充电，在充电完成后或收到强制命令后断开连接释放该机器人。进一步地，该充电站包括: 充电站主控系统，包括微控制器及其外围电路，控制红外发射器的频率和功率，控制各模块协调工作； 充电站电源模块，在该充电站主控系统的控制下将工频交流电转换成供给机器人电池充电所使用的直流电，并产生充电站各模块所需直流电； 充电站充电控制器模块，包括充电电路、充电控制电路以及充电端子，于机器人与充电站对接成功后，该充电控制电路控制充电电路对该机器人的充电电池进行快速充电，在电池电量达到设定值后转入涓流充电模式，当充电完毕后，在该充电站主控系统控制下，使充电控制器模块及时停止充电，该机器人脱离充电站； 红外发射模块，包括目标跟踪红外发射器和目标对接红外发射器，该目标跟踪红外发射器用于机器人在较远的区域寻找充电站，该目标对接红外发射器用于机器人近距离内搜索充电站。为达到上述目的，本专利技术还提供一种机器人自寻充电方法，包括如下步骤: 步骤一，实时记录机器人位置及方向，并检测该机器人的电源电压，于该电源电压小于一额定电压时，该机器人进入自寻充电模式； 步骤二，利用里程测量装置的粗糙位置信息检查该机器人的位置； 步骤三，若该机器人旋转一周后仍然接收不到充电站的目标跟踪红外发射器发射的红外目标跟踪信号，则机器人利用自身携带的传感器感知环境，同时定位并创建地图，进行该充电站的目标搜索，确定该充电站的位置进行路径规划，并朝向该充电站运动； 步骤四，当机器人上安装的两个红外接收器中任意一个接收到该充电站的目标跟踪红外发射器发射的红外目标跟踪信号时，机器人转入基于红外方向信号的目标跟踪阶段，进行路径规划，进一步向充电站靠近； 步骤五，当该机器人接收到该充电站的目标对接红外发射器发射的红外目标对接信号时，则该机器人与该充电站进行近程对接； 步骤六，若对接成功，则充电站主控系统控制充电站充电控制器模块工作，对该机器人的充电电池进行充电，否则返回步骤四继续目标跟踪； 步骤七，当检测到电源电压大于或等于一设定值时，则在该充电站主控系统控制下，使该充电站充电控制器模块及时停止充电，该机器人脱离该充电站。进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自寻充电机器人，至少包括：红外接收模块，包括两个红外接收器，接收充电站的红外目标跟踪信号与红外目标对接信号，于接收到信号后，将解码内容和强度信息传送给主控系统进行进一步分析处理，以通过目标搜索、目标跟踪和目标对接三个阶段，实现与充电站的自主对接；视频采集模块，获取人脸检测和情感识别所需信息及环境感知和异常检测所需信息，并将其送至该主控系统；里程测量装置，测量该机器人行走里程并将里程信息上传给该主控系统进行处理；运动装置，接收该主控系统的命令以驱动该机器人行走，在行走过程中完成超声波测距并回馈给该主控系统以进行后续控制，在该机器人服务过程中及时检测电池电量并回馈给该主控系统以判断是否需要进行充电；主控系统，控制该机器人其他各部分协调工作，将该视频采集模块、该运动装置的超声波测距信息、电量检测采集到的信息及里程信息进行融合，以对该机器人进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种自寻充电机器人，至少包括:红外接收模块，包括两个红外接收器，接收充电站的红外目标跟踪信号与红外目标对接信号，于接收到信号后，将解码内容和强度信息传送给主控系统进行进一步分析处理，以通过目标搜索、目标跟踪和目标对接三个阶段，实现与充电站的自主对接；视频采集模块，获取人脸检测和情感识别所需信息及环境感知和异常检测所需信息，并将其送至该主控系统；里程测量装置，测量该机器人行走里程并将里程信息上传给该主控系统进行处理；运动装置，接收该主控系统的命令以驱动该机器人行走，在行走过程中完成超声波测距并回馈给该主控系统以进行后续控制，在该机器人服务过程中及时检测电池电量并回馈给该主控系统以判断是否需要进行充电；主控系统，控制该机器人其他各部分协调工作，将该视频采集模块、该运动装置的超声波测距信息、电量检测采集到的信息及里程信息进行融合，以对该机器人进行控制。2.如权利要求1所述的一种自寻充电机器人，其特征在于:该机器人还包括头部动作装置，该头部动作装置用于接收该主控系统的命令进行头部俯仰和左右旋转；该视频采集模块包括第一视频采集装置及第二视频采集装置，该第一视频采集装置包括一普通单目摄像头及其采集电路，用于获取人脸检测和情感识别所需信息，该第二视频采集装置包含一广角单目摄像头及其采集电路，用于获取环境感知和异常检测所需信息，第一视频采集装置及第二视频采集装置安装于该机器人头部，其位置改变受控于该头部动作装置。3.如权利要求2所述的一种自寻充电机器人，其特征在于:该运动装置包括底盘驱动器、电机驱动模块、两个直流电机、两个驱动轮及传动机构、万向轮及传动机构、电池组、超声波传感器、电量检测及充电模块，该底盘驱动器于接收到该主控系统的控制命令后，驱动该电机驱动模块控制两个电 机进行相应动作，两个驱动轮及传动结构在两个电机的作用下驱动机器人行走，并通过万向轮及传动机构使得机器人实现零半径转向，该超声波传感器用于检测外部障碍物到该机器人的距离，该电量检测及充电模块及时检测该电池组电量并回馈给该主控系统以判断是否需要进行充电。4.一种机器人自寻充电系统，包括机器人及充电站，其特征在于:该机器人至少包括运动装置、两个红外接收传感器、超声波感应器、充电电池及充电端子，该机器人通过该超声波感应器对环境中的障碍物进行感知定位，通过其具有的两个红外接收传感器接收该充电站的红外目标跟踪信号与红外目标对接信号，通过目标搜索、目标跟踪和目标对接三个阶段，实现与充电站的自主对接；该充电站通过目标跟踪红外发射器和目标对接红外发射器发射红外目标跟踪信号和红外目标对接信号与该机器人实现自主对接，于对接成功后，该充电站对该机器人的充电电池进行充电，在充电完成后或收到强制命令后断开连接释放该机器人。5.如权利要求4所述的一种机器人自寻充电系统，其特征在于，该充电站包括:充电站主控系统，包括微控制器及其外围电路，控制红外发射器的频率和功率，控制各模块协调工作；充电站电源模块，在该充电站主控系统的控制下将工频交流电转换成供给机器人电池充电所使用的直流电，并产生充电站各模块所需直流电；充电站充电控制器模块，包括充电电路、充电控制电路以及充电端子，于机器人与充电站对接成功后，该充电控制电路控制充电电路对该机器人的充电电池进行快速充电，在电池电量达到设定值后转入涓流充电模式，当充电完毕后，在该充电站主控系统控制下，使充电控制器模块及时停止充电，该机器人脱离充电站；红外发射模块，包括目标跟踪红外发射器和目标对接红外发射器，该目标跟踪红外发射器用于机器人在较远的区域寻找充电站，该目标对接红外发射器用于机器人近距离内搜索充电站。6.一种机器人自寻充电方法，包括如下步骤:步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡则苏，王丙祥，王玲，
申请(专利权)人：江苏建威电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：