本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域，具體涉及移動(dòng)機(jī)器人的自主充電系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)以來(lái)，隨著人工智能和傳感器技術(shù)的顯著進(jìn)步，自主式移動(dòng)機(jī)器人在娛樂(lè)、家政、公共場(chǎng)合等領(lǐng)域都扮演著越來(lái)越重要的角色。然而受到電池容量的限制，移動(dòng)機(jī)器人的連續(xù)工作時(shí)間往往只有幾個(gè)小時(shí)，達(dá)不到長(zhǎng)時(shí)間自主工作的效果，需要人的手動(dòng)參與為其充電，影響了其工作效率，也增加了人為負(fù)擔(dān)。因此人們希望移動(dòng)機(jī)器人具備自主充電的能力。

目前，在充電方式上主要有接觸式充電和非接觸式充電。其中接觸式充電往往采用傳統(tǒng)的接觸器，充電設(shè)備和蓄電池直接接觸，但由于其導(dǎo)線裸露在外面，連接時(shí)易產(chǎn)生火花，容易引發(fā)爆炸；對(duì)人來(lái)說(shuō)也存在觸電隱患，安全性得不到保障。非接觸式充電利用電磁感應(yīng)原理的耦合方式進(jìn)行能量傳輸，當(dāng)機(jī)器人到達(dá)固定充電源位置時(shí)，就可以無(wú)接觸地接受充電源的能量，感應(yīng)充電，保障了充電的安全性，但受到傳輸功率和傳輸效率的影響，在充電時(shí)間和能源利用率方面均受到了制約。

公開文獻(xiàn)“自主移動(dòng)機(jī)器人的非接觸充電模式，上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016年第2期”介紹了一種采用固定激勵(lì)電源頻率與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電路無(wú)功器件參數(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)諧的無(wú)接觸充電方法，但該技術(shù)的充電效率不高，且存在著一定的電磁輻射。

申請(qǐng)?zhí)枮?01310563037.0的發(fā)明專利申請(qǐng)公開了一種自動(dòng)充電系統(tǒng)，主要采用了激光與紅外相結(jié)合的融合導(dǎo)航算法，實(shí)現(xiàn)粗定位與精定位。但該系統(tǒng)無(wú)法克服對(duì)接過(guò)程中由于機(jī)器人與充電樁出現(xiàn)相對(duì)位置和角度偏差時(shí)帶來(lái)無(wú)法順利交接的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種能使移動(dòng)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地進(jìn)行自主充電的自主充電系統(tǒng)及其工作方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自主充電系統(tǒng)，包括：充電樁，在所述充電樁上導(dǎo)柱；第一充電模塊，第一通信模塊及第一繼電器，所述第一充電模塊，所述第一通信模塊及所述第一繼電器設(shè)置在所述導(dǎo)柱上，所述第一充電模塊及所述第一通信模塊位于所述導(dǎo)柱的側(cè)部；所述第一充電模塊，所述第一通信模塊及所述第一繼電器相互連接；機(jī)器人底座，在所述機(jī)器人底座上間隔設(shè)置兩塊導(dǎo)塊，兩塊所述導(dǎo)塊之間形成導(dǎo)槽，所述導(dǎo)槽的形狀與所述導(dǎo)柱的形狀相匹配；第二充電模塊，第二通信模塊及第二繼電器，所述第二充電模塊，所述第二通信模塊及所述第二繼電器設(shè)置在所述導(dǎo)塊上，所述第二充電模塊及所述第二通信模塊位于所述導(dǎo)塊的側(cè)部；所述第二充電模塊，所述第二通信模塊及所述第二繼電器相互連接；所述第一通信模塊與所述第二通信模塊通信對(duì)應(yīng)，所述第一充電模塊與所述第二充電模塊通信對(duì)應(yīng)。

優(yōu)選地，所述第二充電模塊及所述第二通信模塊通過(guò)彈簧固定在所述導(dǎo)塊上。

優(yōu)選地，在所述充電樁上設(shè)有導(dǎo)向軸承。

優(yōu)選地，在所述充電樁上設(shè)有顯示屏。

優(yōu)選地，所述第一通信模塊及所述第二通信模塊均采用RS232串口通訊接口。

一種自主充電系統(tǒng)的工作方法，包括如下步驟：

步驟1，機(jī)器人進(jìn)行全局定位，使機(jī)器人靠近充電樁；

步驟2，機(jī)器人進(jìn)行局部定位，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航；

步驟3，完成機(jī)器人底座與機(jī)器人的對(duì)接，進(jìn)行充電。

優(yōu)選地，所述步驟1，機(jī)器人通過(guò)事先SLAM建立的地圖找到充電樁的位置，并用激光傳感器進(jìn)行全局定位與路徑規(guī)劃，將機(jī)器人導(dǎo)航到充電樁的附近位置。

優(yōu)選地，所述步驟2，機(jī)器人利用激光傳感器對(duì)已知形狀和尺寸的人工路標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并用ICP算法進(jìn)行解算，從而完成機(jī)器人與充電樁之間的相對(duì)定位，進(jìn)行精確導(dǎo)航，使機(jī)器人到達(dá)充電樁位置。

優(yōu)選地，所述步驟3，完成機(jī)器人底座與機(jī)器人的對(duì)接，第一通信模塊與第二通信模塊通信，第一繼電器及第二繼電器打開，形成充電回路，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行充電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)通過(guò)導(dǎo)向軸承和導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)，能克服機(jī)器人在充電對(duì)接過(guò)程中由于出現(xiàn)角度和位置偏差時(shí)帶來(lái)的誤差問(wèn)題，從而保證機(jī)器人能順利地與充電樁完成對(duì)接，保證充電的可靠性。

2)通過(guò)充電樁與機(jī)器人底座的通信模塊的設(shè)計(jì)，用通信模塊來(lái)控制各自系統(tǒng)的控制器，通過(guò)繼電器的形式去控制相應(yīng)電路的通斷電，極大地保障了接觸式充電的安全性，可避免人不小心接觸充電樁的充電模塊時(shí)的觸電問(wèn)題，同時(shí)也克服了非接觸式充電效率不高的問(wèn)題。

3)在導(dǎo)航方面，通過(guò)人工路標(biāo)的設(shè)計(jì)，用ICP算法進(jìn)行解算，彌補(bǔ)了在全局地圖上進(jìn)行導(dǎo)航的不準(zhǔn)確性，提高了近距離時(shí)機(jī)器人與充電樁的相對(duì)定位精度，為充電對(duì)接的可靠性提供了保障。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。

圖1為本發(fā)明自主充電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明自主充電系統(tǒng)機(jī)器人底座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明自主充電系統(tǒng)的工作方法流程圖。

圖中：

1-充電樁 2-第一充電模塊 3-第一通信模塊

4-機(jī)器人底座 5-第二充電模塊 6-第二通信模塊

7-導(dǎo)向軸承 8-顯示屏 9-導(dǎo)柱

10-導(dǎo)塊 11-導(dǎo)槽

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明自主充電系統(tǒng)，充電樁1上有顯示屏8，第一充電模塊2、第一通信模塊3和導(dǎo)向軸承7。充電樁1的第一充電模塊2受到內(nèi)部第一繼電器控制，常規(guī)時(shí)間內(nèi)處于斷開狀態(tài)，機(jī)器人底座4也帶有第二充電模塊5和第二通信模塊6，且其第二充電模塊5也受到機(jī)器人底座4內(nèi)部第二繼電器控制，其第二繼電器也同樣受到其第二通信模塊6控制。

對(duì)接時(shí)，機(jī)器人在經(jīng)過(guò)初步導(dǎo)航和精確導(dǎo)航后開始靠近充電源。在對(duì)接過(guò)程中，當(dāng)機(jī)器人的方向和角度出現(xiàn)偏差時(shí)，充電樁1上導(dǎo)向軸承7會(huì)對(duì)其位姿進(jìn)行修正，保證機(jī)器人底座4和充電樁1的充電源保持同軸性。機(jī)器人底座4向前滑動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)塊10之間的導(dǎo)槽11卡接出導(dǎo)柱9，使導(dǎo)柱9的側(cè)部的第一充電模塊2和第一通信模塊3和導(dǎo)塊10內(nèi)的第二充電模塊5和第二通信模塊6接觸，當(dāng)充電樁1上的第一通信模塊3發(fā)出的信號(hào)被機(jī)器人的通信模塊接收，同時(shí)機(jī)器人底座4發(fā)出的信號(hào)被充電樁1所接收時(shí)，代表通訊成功，從而控制各自的控制器控制相對(duì)應(yīng)的繼電器打開，使得各自的充電模塊保持通路，從而形成充電回路，機(jī)器人開始充電。同時(shí)機(jī)器人將其電量信息反饋給充電樁1，并在其顯示屏8上顯示。當(dāng)電量充滿后，通信模塊控制其對(duì)應(yīng)的控制器使得繼電器斷路，機(jī)器人離開充電樁1，從而完成整個(gè)充電過(guò)程。

如圖3所示，當(dāng)機(jī)器人需要執(zhí)行充電任務(wù)時(shí)，先啟動(dòng)全局定位，機(jī)器人通過(guò)事先SLAM建立的地圖找到充電樁的位置，并用激光傳感器進(jìn)行全局定位與路徑規(guī)劃，將移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航到充電樁的附近位置。到達(dá)充電樁附近位置后，機(jī)器人利用激光傳感器對(duì)已知形狀和尺寸的人工路標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并用ICP算法進(jìn)行解算，從而完成機(jī)器人與充電樁之間的相對(duì)定位，進(jìn)行精確導(dǎo)航，使機(jī)器人準(zhǔn)確到達(dá)充電樁位置。最后在充電樁的導(dǎo)向軸承7的修正下完成交接，打開通路，進(jìn)行充電。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例和實(shí)施例中的特征可以任意相互組合。