移動(dòng)機(jī)器人充電控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信號(hào)處理及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及移動(dòng)機(jī)器人充電控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生活水平的提高，越來(lái)越多人渴望得到更多的個(gè)人時(shí)間，以便享受生活。然而，快節(jié)奏的工作，繁重的家務(wù)，占用了人們大量的個(gè)人時(shí)間。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)機(jī)器人可以逐步代替人類承擔(dān)簡(jiǎn)單重復(fù)的體力勞動(dòng)。這些機(jī)器人里面有相當(dāng)一部分機(jī)器必須要自帶電池以實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)性，在電池耗盡的情況下，機(jī)器人就無(wú)法工作，那么就必須時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的電量，當(dāng)電量低至設(shè)置的閾值時(shí)或者人工啟動(dòng)充電命令時(shí)，機(jī)器人就必須啟動(dòng)尋找充電座的模式，以便及時(shí)返回充電座進(jìn)行充電。
[0003]目前市面上的移動(dòng)機(jī)器人尋找充電座的方法有多種:1、紅外信號(hào)引導(dǎo)法，移動(dòng)機(jī)器人上裝有紅外接收頭，充電座從各個(gè)角度發(fā)射不同值的紅外載波信號(hào)，移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)接收到的不同紅外解調(diào)信號(hào)，判斷充電座的位置。2、射頻無(wú)線引導(dǎo)法，充電座按照一定的周期，由強(qiáng)漸弱地發(fā)送無(wú)線信號(hào)，機(jī)器人根據(jù)某個(gè)范圍內(nèi)的信號(hào)有無(wú)狀態(tài)，從而追蹤到座的位置。3、圖像識(shí)別法，充電座被涂成某一種特殊的顏色或者某一個(gè)特殊的形狀或者在充電座上貼上二維碼，移動(dòng)機(jī)器人上裝有攝像頭，通過(guò)攝像頭拍照?qǐng)D像，運(yùn)用相關(guān)的圖像處理技術(shù)識(shí)別出來(lái)充電座位置。上述第一種方法是只是單純的光學(xué)紅外線技術(shù)方法，紅外線只能在直線視距內(nèi)傳輸，可視范圍窄，容易受到外部障礙物的遮擋跟干擾，造成信號(hào)的丟失，所以不利于遠(yuǎn)距離或者隔著障礙物尋充電座，由于接收頭在移動(dòng)機(jī)器人上，容易受到外界環(huán)境的紅外信號(hào)的干擾，而且由于充電座必須要一面挨著固定物放置，因此減少了紅外發(fā)射信號(hào)的覆蓋范圍。上述第二種方法雖然不會(huì)受到外部障礙物的遮擋跟干擾，但是只能尋找到充電座的大概位置。上述第三種方法更加容易受到外部環(huán)境的影響，遮擋跟光線不好，都會(huì)導(dǎo)致識(shí)別出錯(cuò)，而且運(yùn)算量比較大，造成移動(dòng)機(jī)器人在找充電座的過(guò)程當(dāng)中，電量消耗比較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是提供一種移動(dòng)機(jī)器人充電控制系統(tǒng)及方法，使得移動(dòng)機(jī)器人能夠快速、準(zhǔn)確地返回充電座。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種移動(dòng)機(jī)器人充電控制系統(tǒng)，包括移動(dòng)機(jī)器人及充電座；其特征在于:移動(dòng)機(jī)器人包括機(jī)體、電能存儲(chǔ)單元、充電模塊、第一主控模塊及與第一主控模塊連接的第一無(wú)線收發(fā)模塊、行動(dòng)模塊、障礙物檢測(cè)傳感器、碰撞檢測(cè)裝置、第一地理方位傳感器和至少四個(gè)紅外信號(hào)發(fā)送單元；充電模塊設(shè)置于機(jī)體上，與電能存儲(chǔ)單元連接；至少四個(gè)紅外信號(hào)發(fā)送單元設(shè)置于機(jī)體的四周，整體的信號(hào)發(fā)送覆蓋范圍為360度，每個(gè)紅外信號(hào)發(fā)送單元發(fā)射的信號(hào)范圍分別被限制在設(shè)定的區(qū)域內(nèi)，各紅外信號(hào)發(fā)送單元發(fā)射的信號(hào)數(shù)值不同且各紅外信號(hào)發(fā)送單元發(fā)射的紅外信號(hào)分強(qiáng)弱兩部分；充電座包括座體、第二主控模塊及與第二主控模塊連接的第二無(wú)線收發(fā)模塊、第二地理方位傳感器、供電模塊和至少兩個(gè)紅外信號(hào)接收單元，至少兩個(gè)紅外信號(hào)接收單元以一定的橫向間距安裝于座體前端，整體的信號(hào)接收覆蓋范圍為180度，并且各紅外信號(hào)接收單元的接收信號(hào)的范圍通過(guò)結(jié)構(gòu)性遮擋限定在設(shè)定的角度范圍；所述第一無(wú)線收發(fā)模塊用于和所述第二無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線通信配合，所述紅外信號(hào)發(fā)送單元用于和所述紅外信號(hào)接收單元紅外通信配合，所述供電模塊用于和所述充電模塊電能傳輸?shù)貙?duì)接配合。
[0006]作為具體的技術(shù)方案，所述機(jī)體為圓盤盒狀，所述至少四個(gè)紅外信號(hào)發(fā)送單元具體為九個(gè)，其中兩個(gè)小間距地布置于移動(dòng)機(jī)器人機(jī)體的正前端，其余七個(gè)分別布置于移動(dòng)機(jī)器人機(jī)體的正后端、正左端、正右端、左前端、左后端、右前端和右后端。
[0007]作為具體的技術(shù)方案，所述至少兩個(gè)紅外信號(hào)接收單元具體為四個(gè)，其中兩個(gè)小間距地布置于座體前端中部，另外兩個(gè)布置于所述小間距設(shè)置的兩個(gè)紅外信號(hào)接收單元的兩側(cè)。
[0008]作為具體的技術(shù)方案，所述第一地理方位傳感器和第二地理方位傳感器由陀螺儀或者地磁傳感器實(shí)現(xiàn)。
[0009]作為具體的技術(shù)方案，所述障礙物檢測(cè)傳感器設(shè)置于前進(jìn)方向側(cè)的機(jī)體上，由光電對(duì)管傳感器或者超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)。
[0010]作為具體的技術(shù)方案，所述碰撞檢測(cè)裝置設(shè)置于前進(jìn)方向側(cè)的機(jī)體上，由物理的微動(dòng)開關(guān)、光電開關(guān)，或電容接近傳感器實(shí)現(xiàn)。
[0011]—種基于上述移動(dòng)機(jī)器人充電控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括:
[0012](I)移動(dòng)機(jī)器人通過(guò)無(wú)線通信方式向充電座發(fā)射充電請(qǐng)求無(wú)線信號(hào)并等待充電座回復(fù)允許充電信號(hào)；
[0013](2)移動(dòng)機(jī)器人接收到允許充電信號(hào)的回復(fù)以后，開始檢測(cè)自己的地理方位并告知充電座，充電座接收到移動(dòng)機(jī)器人的方位信號(hào)后檢測(cè)自身的地理方位信號(hào)并回復(fù)給移動(dòng)機(jī)器人，移動(dòng)機(jī)器人結(jié)合兩者的地理方位信息計(jì)算出兩者的相對(duì)位置；
[0014](3)移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)兩者的相對(duì)位置，調(diào)整姿態(tài)朝著垂直于充電座的方位方向；
[0015](4)移動(dòng)機(jī)器人啟動(dòng)各紅外信號(hào)發(fā)送單元發(fā)射紅外信號(hào)，并開啟碰撞檢測(cè)裝置、障礙物檢測(cè)傳感器及行動(dòng)模塊；
[0016](5)充電座接收到移動(dòng)機(jī)器人發(fā)送的紅外信號(hào)并回應(yīng)移動(dòng)機(jī)器人，同時(shí)充電座通過(guò)分布在充電座不同方位的紅外信號(hào)接收單元收集到的紅外信號(hào)，分析判斷移動(dòng)機(jī)器人相對(duì)充電座的方位，然后告訴移動(dòng)機(jī)器人調(diào)整姿態(tài)運(yùn)動(dòng)到充電座的正前方；
[0017](6)隨著移動(dòng)機(jī)器人不斷靠近充電座，充電座接收到移動(dòng)機(jī)器人紅外信號(hào)發(fā)送單元發(fā)射出來(lái)的弱信號(hào)，機(jī)器人隨后減速前進(jìn)并不斷地小幅度調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，一直到充電座的前端正對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的前端；
[0018](7)充電座告訴機(jī)器人停止調(diào)整運(yùn)動(dòng)方向，一直向前運(yùn)動(dòng)與充電座對(duì)接成功。
[0019]作為進(jìn)一步的技術(shù)方案，步驟(4)之后，如果移動(dòng)機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)超過(guò)一定距離或者碰到障礙物時(shí)，都沒有收到充電座接收到移動(dòng)機(jī)器人發(fā)送的紅外信號(hào)的回應(yīng)信號(hào)，則進(jìn)入以下步驟:a.機(jī)器人掉頭往回運(yùn)動(dòng)并實(shí)時(shí)檢測(cè)充電座的回應(yīng)信號(hào)，如果收到充電座的回應(yīng)信號(hào)，則進(jìn)入步驟(5)，否則進(jìn)入步驟b ;b.機(jī)器人繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，如果向前運(yùn)動(dòng)超過(guò)一定距離或者碰到障礙物都沒有收到充電座的回應(yīng)信號(hào)則進(jìn)入步驟C，否則進(jìn)入步驟(5);C.移動(dòng)機(jī)器人返回一段距離，圍繞著機(jī)器人的中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的半徑越來(lái)越大，如果碰撞障礙物就調(diào)整旋轉(zhuǎn)的圓心并增大旋轉(zhuǎn)的半徑后旋轉(zhuǎn)，同時(shí)檢測(cè)到充電座的回應(yīng)信號(hào)。
[0020]作為具體的技術(shù)方案，步驟￠)中確定充電座的前端正對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的前端的方法為:移動(dòng)機(jī)器人機(jī)體的正前端小間距地布置兩個(gè)紅外信號(hào)發(fā)送單元，充電座座體前端中部小間距地布置兩個(gè)紅外信號(hào)接收單元；一直到充電座前端兩個(gè)小間距紅外信號(hào)接收單元分別接收到機(jī)器人前端的小間距設(shè)置的兩個(gè)紅外信號(hào)發(fā)送單元的信號(hào)，則認(rèn)為移動(dòng)機(jī)器人對(duì)準(zhǔn)了充電座。
[0021]本發(fā)明提供的移動(dòng)機(jī)器人充電控制系統(tǒng)及方法，使用無(wú)線通信建立充電座和移動(dòng)機(jī)器人之間的溝通機(jī)制，在開始尋找充電座時(shí)，結(jié)合充電座和機(jī)器人的方位信息，移動(dòng)機(jī)器人能夠快速地知道充電座的大體方位，并根據(jù)充電座的方位結(jié)合機(jī)器人的大體方位不斷地嘗試著接近充電座，在靠近充電座時(shí)，使用紅外通信的方法將機(jī)器人引導(dǎo)到充電座上面，這樣即使是充電座跟機(jī)器人在不同的房間，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接。本發(fā)明通過(guò)充電座和移動(dòng)機(jī)器人之間建立的無(wú)線的溝通機(jī)制，結(jié)合兩者之間的地理方位，紅外信號(hào)導(dǎo)向，可以使得機(jī)器人快速準(zhǔn)確地返回充電座。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中移動(dòng)機(jī)器人的構(gòu)成示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中移動(dòng)機(jī)器人的紅外信號(hào)發(fā)送單元發(fā)送信號(hào)的角度范圍示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中充電座