CN108089584A - 割草机器人的自主充电方法及割草机器人充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种割草机器人(10)的自主充电方法，包括以下步骤：S1：割草机器人(10)创建地图并记录充电座(11)位置；S2：割草机器人(10)通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内；S3：充电座(11)通过超声波信号引导割草机器人(10)与充电座(11)实现对接。本发明还揭示了一种割草机器人充电系统。与现有技术相比，本发明技术方案采用无线定位和超声波引导相结合的方式实现割草机器人的自动充电，可以解决现有技术中易受阳光干扰的问题，提高了割草机器人返回充电座的成功率，大大缩短了机器人返回充电座的时间，而且可以保证割草机器人与充电座的准确对接。
Description
技术领域
本发明涉及割草机器人，特别是割草机器人的自主充电方法及割草机器人充电系统。
背景技术
割草机器人是一种能够在软件控制下，自主完成割草任务的机器人。为了保证能够安全、高效的完成工作，割草机器人具有自动充电功能。在工作过程中，当割草机器人剩余电量低于预设阈值时，机器人停止当前工作，进入自动返回充电座充电的过程。当割草机器人返回到距离充电座一定的距离范围内，根据充电座上发出的引导信号实时调整机器人姿态，使其能与充电座对正并实现对接。
现有的割草机器人多是采用红外信号引导机器人对准充电座进行充电。但是割草机工作的环境为阳光明媚的户外，强烈的阳光会对红外信号造成很大的干扰，导致其无法正常使用，因此割草机器人无法使用现有的红外引导方式来充电。
因此有必要提供一种新的割草机器人自主充电方案。
发明内容
本发明的目的之一在于克服背景技术中的缺陷，提供一种新的割草机器人自主充电方法，其具体方案如下：
一种割草机器人(10)的自主充电方法，包括以下步骤：S1：割草机器人(10)创建地图并记录充电座(11)位置；S2：割草机器人(10)通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内；S3：充电座(11)通过超声波信号引导割草机器人(10)与充电座(11)实现对接。
进一步地，所述步骤S1中割草机器人(10)记录充电座(11)的位置包括记录充电座(11)的坐标和充电座入口(4)的角度。
进一步地，所述步骤S1中割草机器人(10)通过无线定位记录充电座(11)的坐标，通过角度测量设备记录充电座入口(4)的角度。
进一步地，所述割草机器人(10)采用的无线定位为UWB定位，所述角度测量设备为陀螺仪。
进一步地，所述步骤S2中割草机器人(10)实时监测电池的电量，当割草机器人(10)的电池电量低于预设阈值时停止工作，通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内。
进一步地，所述步骤S2中割草机器人(10)使用的无线定位方式为UWB定位。
本发明还提供一种割草机器人充电系统，包括割草机器人(10)和充电座(11)，包括割草机器人(10)和充电座(11)，所述割草机器人(10)前端设置有第一超声波接收器(1)和第二超声波接收器(2)，所述充电座(11)设置有一超声波发射器(3)，割草机器人(10)通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内时，割草机器人(10)根据第一超声波接收器(1)和第二超声波接收器(2)接收到的超声波信号来调整割草机器人(10)的位姿直到割草机器人(10)正对充电座(11)，割草机器人(10)前进直到与充电座(11)实现对接。
进一步地，所述割草机器人(10)通过第一超声波接收器(1)和第二超声波接收器(2)接收到的超声波信号的时间差的绝对值来确定割草机器人(10)偏离充电座(11)的角度，并根据偏离的角度调整割草机器人(10)的位姿直到割草机器人(10)正对充电座(11)。
进一步地，所述充电座(11)的超声波发射器(3)定时发出超声波信号。
与现有技术相比，本发明技术方案采用无线定位和超声波引导相结合的方式实现割草机器人的自动充电，可以解决现有技术中易受阳光干扰的问题，提高了割草机器人返回充电座的成功率，大大缩短了机器人返回充电座的时间，而且可以保证割草机器人与充电座的准确对接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的割草机器人的结构示意图；
图2是本发明的割草机器人的充电座的结构示意图；
图3是本发明的割草机器人返回充电座的示意图1；
图4是本发明的割草机器人返回充电座的示意图2；
图5是本发明的割草机器人返回充电座的示意图3；
图6是本发明割草机器返回充电座的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，这里所描述的实施例仅仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明描述的具体实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明权利要求所限定的保护范围内。
发明实施例1
本发明实施例为一种割草机器人充电系统，包括割草机器人10和充电座11。如图3-5所示，割草机器人10固定在草地上远离障碍物的开阔位置，同时将充电座11的入口4对准草地以方便割草机器人10与充电座11对接。其中，如图1所示，割草机器人10左前、右前设置有两个超声波接收器，分别为第一超声波接收器1和第二超声波接收器2。如图2所示，充电座11设有充电座入口4，割草机器人10移动至充电座入口4与充电座11对接。充电座11上设置有一超声波发射器3，充电座11入口4正前方1米范围内为充电座11的信号覆盖范围。
当割草机器人10到达充电座11信号覆盖范围时，充电座11上的超声波发射器3发射的超声波信号可以被割草机器人10的第一超声波接收器1和第二超声波接收器2接收。然后，割草机器人10根据第一超声波接收器1和第二超声波接收器2接收到的超声波信号来调整割草机器人10的位姿直到割草机器人10正对充电座11，割草机器人10前行直到与充电座11实现对接。
为了节能的需要，本发明将充电座11的超声波发射器3的设置为定时发出超声波信号。例如，充电座11的超声波发射器3每隔0.5秒发出超声波信号。当然，本发明不对超声波发射器3发射的时间做出限制。
发明实施例2
如图6所示，本发明实施例为一种割草机器人10的自主充电方法，该充电方法包括如下步骤：
S1：割草机器人10创建地图并记录充电座11位置。
割草机器人10创建地图并记录充电座11位置。为了割草机器人10可以更准确的与充电座11对接，提高割草机器人10返回充电座11的成功率，割草机器人10记录的充电座11的位置不仅包括记录充电座11的坐标和充电座入口4的角度。当割草机器人10返回充电时，根据充电座11的坐标和充电座入口4的角度，结合草地的地图信息生成一条运动路径，使得割草机器人10快速地到达充电座入口4。
本发明采用不同的方式记录充电座11的坐标和充电座入口4的角度。本发明采用无线定位方式记录割草机器人10的坐标。例如，本发明使用UWB定位技术提供的割草机器人10的坐标信息记录为充电座11的位置坐标。本发明使用角度测量设备记录充电座入口4的角度。例如，本发明使用割草机10自带陀螺仪测量的充电座入口4的角度记录为充电座入口4的角度。
S2：割草机器人10通过无线定位方式移动至充电座11信号覆盖范围内。
当割草机器人10接到用户工作的指令时，割草机器人10离开充电座11，开始割草工作。在工作过程中，割草机器人10实时监测电池的电量。当电池的电量低于预设阈值时，割草机器人10停止割草工作，开始自动返回充电座11。本发明将预设阈值设为电池总量的20％，即当电池的电量低于电池总量的20％时，割草机器人10会停止工作，开始返回充电座11充电。
割草机器人10根据步骤S1记录的充电座11的位置，同时结合草地地图信息，生成一条运动路径。然后，如图3-4所示，在无线定位的控制下使得割草机器人10按照生成的运动路径移动到充电座11信号覆盖范围内。本发明使用UWB定位技术控制割草机器人10移动到充电座11信号覆盖范围内。
S3：充电座11通过超声波信号引导割草机器人10与充电座11实现对接。
当割草机器人10进入充电座11信号覆盖范围内，割草机器人10可能没有正对充电座11，偏向充电座11的左边或者右边，此时割草机器人10如果和充电座11对接会导致对接不成功。割草机器人10需要调整位姿，使得其与充电座11对正，然后割草机器人10前进直到与充电座11实现对接。
本发明采用超声波引导的方式来调整割草机器人10的位姿，割草机器人10调整位姿的方法为：割草机器人10到达充电座11信号覆盖范围内时，割草机器人10根据第一超声波接收器1和第二超声波接收器2接收到的超声波信号来调整割草机器人10的位姿直到割草机器人10正对充电座11，割草机器人10前进直到与充电座11实现对接。
本发明是针对通过第一超声波接收器1和第二超声波接收器2接收到的超声波信号的时间的多少确定割草机器人10偏离充电座11的角度，割草机器人10根据偏离的角度调整割草机器人10的位姿直到割草机器人10正对充电座11。
具体地，割草机器人10进入充电座11信号覆盖范围内时，其前端左右的第一超声波接收器1和第二超声波接收器2将会接收到充电座11的超声波发射器3发出的超声波信号。根据超声波速度与距离的关系
s＝vt (式1)，
当割草机器人10没有对准充电座11时，由于充电座11上的超声波发射器3到割草机器人10前端上的第一超声波接收器1和第二超声波接收器2的距离是不相等的，因此第一超声波接收器1和第二超声波接收器2接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tL、tR是不一样的。通过比较两者的大小，即可确定割草机器人10相对于充电座11偏向。然后据此持续调整割草机器人10的姿态，直至其完全对正充电座11。割草机器人10与充电座11可能存在三种情况：
a.当第一超声波接收器1接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tL与第二超声波接收器2接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tR之差大于阈值Th，即tL-tR>Th,由于超声波的速度v恒定，由式1可得，割草机器人10左前方的第一超声波接收器1到充电座11上的超声波发射器3的距离要大于右前方的第二超声波接收器2到充电座11上的超声波发射器3的距离。因此，割草机器人10判定其位于充电座11的左侧，此时割草机器人10向右调整。
b.当第二超声波接收器2接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tR与第一超声波接收器1接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tL大于上述阈值Th，即tR-tL>Th,由式1可得，割草机器人10左前方的第一超声波接收器1到充电座11上的超声波发射器3的距离要小于右前方的第二超声波接收器2到充电座11上的超声波发射器3的距离。因此，割草机器人10判定其位于充电座11的右侧，此时割草机器人10向左调整。
c.当第一超声波接收器1接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tL和第二超声波接收器2接收到充电座11上超声波发射器3发出的超声波信号的时间tR时间差绝对值小于上述阈值Th,即abs(tL-tR)＜Th。由式1可得，割草机器人10的第一超声波接收器1到充电座11上的超声波发射器3的距离和第二超声波接收器2到充电座11上的超声波发射器3的距离大致相等。因此，割草机器人10判定其正对充电座11，此时割草机器人10保持直行。
综合如下所示：
阈值Th的大小与充电方式及充电座的几何尺寸有关。考虑到割草扫地机的充电方式和充电座的尺寸，本发明将Th设为0.0001s。即当第一超声波接收器1接收到的超声波信号的时间tL和第二超声波接收器2接收到的超声波信号的时间tR时间差绝对值大于0.0001s，割草机器人判断其位于充电座的左侧或右侧，从而向右侧或左侧调整；当第一超声波接收器1接收到的超声波信号的时间tL和第二超声波接收器2接收到的超声波信号的时间tR时间差绝对值小于0.0001s，割草机器人判断其正对充电座，保持直行。
以上所揭露的仅为本发明技术方案的实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种割草机器人(10)的自主充电方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：割草机器人(10)创建地图并记录充电座(11)位置；
S2：割草机器人(10)通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内；
S3：充电座(11)通过超声波信号引导割草机器人(10)与充电座(11)实现对接。
2.根据权利要求1所述的割草机器人(10)的自主充电方法，其特征在于，所述步骤S1中割草机器人(10)记录充电座(11)的位置包括记录充电座(11)的坐标和充电座入口(4)的角度。
3.根据权利要求2所述的割草机器人(10)的自主充电方法，其特征在于，所述步骤S1中割草机器人(10)通过无线定位记录充电座(11)的坐标，通过角度测量设备记录充电座入口(4)的角度。
4.根据权利要求3所述的割草机器人(10)的自主充电方法，其特征在于，所述割草机器人(10)采用的无线定位为UWB定位，所述角度测量设备为陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的割草机器人(10)的自主充电方法，其特征在于，所述步骤S2中割草机器人(10)实时监测电池的电量，当割草机器人(10)的电池电量低于预设阈值时停止工作，通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内。
6.根据权利要求1所述的割草机器人(10)的自主充电方法，其特征在于，所述步骤S2中割草机器人(10)使用的无线定位方式为UWB定位。
7.一种割草机器人充电系统，包括割草机器人(10)和充电座(11)，其特征在于，所述割草机器人(10)前端设置有第一超声波接收器(1)和第二超声波接收器(2)，所述充电座(11)设置有一超声波发射器(3)，割草机器人(10)通过无线定位方式移动至充电座(11)信号覆盖范围内时，割草机器人(10)根据第一超声波接收器(1)和第二超声波接收器(2)接收到的超声波信号来调整割草机器人(10)的位姿直到割草机器人(10)正对充电座(11)，割草机器人(10)前进直到与充电座(11)实现对接。
8.根据权利要求7所述的割草机器人充电系统，其特征在于，所述割草机器人(10)通过第一超声波接收器(1)和第二超声波接收器(2)接收到的超声波信号的时间差的绝对值来确定割草机器人(10)偏离充电座(11)的角度，并根据偏离的角度调整割草机器人(10)的位姿直到割草机器人(10)正对充电座(11)。
9.根据权利要求7所述的割草机器人充电系统，其特征在于，所述充电座(11)的超声波发射器(3)定时发出超声波信号。
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