CN102437601B

CN102437601B - 云机器人自主充电系统及方法

Info

Publication number: CN102437601B
Application number: CN2011103220688A
Authority: CN
Inventors: 李文江; 李凡; 张耀辉
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: CN102437601A

Abstract

本发明涉及电动机器人技术领域，尤其是云机器人自主充电系统及方法。这种云机器人自主充电系统，包括云计算平台、云机器人和充电设备，所述充电设备与所述云机器人进行特征信息交互；所述云计算平台用于监控所述云机器人和所述充电设备的特征信息，接收并处理所述云机器人的请求、及发送控制指令至所述云机器人；所述云机器人根据与所述充电设备交互的特征信息及所述云计算平台发送的控制指令进行自主充电。本发明实现了信息全面的方便采集与共享，使得云机器人得以适应复杂的室外环境，实现云机器人的自主充电。

Description

云机器人自主充电系统及方法

技术领域

本发明涉及电动机器人技术领域，尤其是指一种云机器人充电的设备和方法。

背景技术

机器人技术由来已久，从19世纪60年代开始广泛使用机器人，不过当时大多数机器人是工业机器人。之后，车型机器人也已大量使用，而如今爬行机器人以及走动的人形机器人的研究和开发已经取得了较大的进展。

但这些机器人都面临一大难题未解决，即机器人的自主充电。只有机器人不再需人类照顾来充能，来能真正为人类来服务。

如何利用云计算技术与物联网技术来解决机器人这一大难题，已成为各国专家技术人员的密切关注的课题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种云机器人自主充电系统及方法，能指令机器人自主充电以持续工作。

这种云机器人自主充电系统，包括云计算平台、云机器人和充电设备，所述云计算平台、云机器人及充电设备分别设有第一识别模块、第二识别模块和电池ID验证模块，通过第一识别模块、第二识别模块和电池ID验证模块上记录的各自特征信息进行身份验证；

所述充电设备与所述云机器人进行特征信息交互；所述云计算平台用于监控所述云机器人和所述充电设备的特征信息，接收并处理所述云机器人的请求、及发送控制指令至所述云机器人；所述云机器人根据与所述充电设备交互的特征信息及所述云计算平台发送的控制指令进行自主充电。

进一步地，这种云计算机平台包括：

低级平台，包括低级通信模块，通过接收、监控所辖区域内所述云机器人和所述充电设备的请求或特征信息，并向高一级平台上传数据；将接收的高一级平台发送的控制指令传递给所述云机器人完成自主充电操作；

中级平台，包括中级通信模块、计算模块和控制模块，通过所述中级通信模块接收、监控特定地区内所述低级平台上传的请求或特征信息，经过所述计算模块处理后反馈给相应的所述低级平台，同时通过所述控制模块调控特定地区内所述充电设备的操作；中级通信模块向高一级平台上传超出处理范围的请求或特征信息；

高级平台，用于监控中级平台的运行，接收超出中级平台处理范围的请求或特征信息并进行处理。

进一步地，所述充电设备包括：

通信模块，用于将更新的特征信息上传至所述云计算平台存储和管理，以及与云机器人建立通信连接；

记录模块，用于记录并更新充电设备自身、以及与所述云机器人交互的特征信息。

其中，所述的充电设备包括单一的充电设备以及两种以上充电设备构成的充电设备物联网。

进一步地，所述的云机器人包括：

电池管理芯片，包括通信接口、充电记录单元、充电控制单元及电量检测器，所述通信接口用于与充电设备建立通信连接，所述充电记录单元用于记录云机器人充电信息，所述充电控制单元用于控制所述云机器人自主充电，所述电量检测器用于监测所述云机器人电池情况的特征信息；

移动终端，用于所述云机器人自身特征信息采集以及云计算机平台建立通信连接。

其中，所述云机器人包括单一的云机器人以及由两个以上的云机器人构成的云机器人物联网。

进一步地，所述的第一识别模块、第二识别模块及电池ID验证模块均为特定的射频识别芯片。

本发明还提供一种云机器人自主充电的方法，包括以下步骤：

（1）云机器人检测到自身电池电量不足，并向云计算平台发送充电请求；

（2）云计算平台接收到云机器人的充电请求，通过对云机器人的第二识别模块进行身份验证后，接收并处理云机器人的充电请求；

（3）云机器人将计算结果或指令传送给云机器人；

（4）云计算平台获取信号后，开始自行向指定的充电设备运动，过程中不断采集路况信息发送给云计算平台，及时修正路线；

（5）云机器人到达指定的充电设备后，与充电设备进行信息交互，完成与充电设备的电池ID验证模块进行身份认证，云机器人开始自主充电；

（6）云机器人检测到电池电量已充满，停止充电操作，并将充电完成的信息传送给云计算平台，等待新的指令。

本发明的有益效果是，本发明通过每一个云机器人、充电设备和云计算平台设置唯一的识别模块，不仅能标识验证身份信息，而且记录了各个实体各自的特征信息。云机器人和充电设备还可扩展为云机器人物联网、充电设备物联网，均由云计算平台统一监控，将各信息汇总到云计算平台计算分析，将计算结果反馈给云机器人执行。云机器人也能与周围各个实体进行信息交互，将采集的即时信息发送给云计算平台，以及时修正充电方案。本发明实现了信息全面的方便采集与共享，使得云机器人得以适应复杂的室外环境，实现云机器人的自主充电。

附图说明

图1为本发明云机器人自主充电系统的结构示意图。

图2为云机器人结构示意图。

图3为充电设备结构示意图。

图4为本发明操作流程图。

具体实施方式

下面，将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

结合图1、2、3所示，本发明提供一种云机器人自主充电系统，包括云计算平台100、云机器人200和充电设备300。

其中，如图1所示，云计算平台100是有三级平台构建的全方位立体网络，分为低级平台110、中级平台120和高级平台130。低级平台110中设有若干个低级通信模块111和相应的第一识别模块112。其中第一识别模块112为射频识别模块（RFID）。这些中级平台120中设有中级通信模块123、计算模块121和控制模块122。低级平台110通过低级通信模块111可相互通信，每个低级平台110的低级通信模块111接收所辖区域内云机器人200的特征信息或请求，并向中级通信模块121上传，中级平台120成功验证第一识别模块111后开始处理接收的数据，将计算结果反馈低级通信模块111传递给云机器人200执行。

如图2所示，每个云机器人200中设有电池管理芯片210和移动终端220。其中，电池管理芯片210中设有第二识别模块211、通信接口212、电量检测器215、充电控制单元214和充电记录单元213。其中，第二识别模块211为射频识别模块（RFID），所述通信接口212用于与充电设备300建立通信连接，所述电量检测器215用于监测所述云机器人200电池情况的特征信息，所述充电控制单元214用于控制所述云机器人200自主充电，所述充电记录单元213用于记录云机器人200充电信息。一个辖区内可以有多个云机器人200构成一个云机器人物联网200A，该物联网200A内的云机器人200可以通过云计算平台进行沟通、信息交互。

如图3所示，充电设备300包括电池ID验证模块310，通信模块320和记录模块330。其中，记录模块330用于记录并更新充电设备300自身、以及与所述云机器人200交互的特征信息；通信模块320，用于将更新的特征信息上传至所述云计算平台100存储和管理，以及与云机器人200建立通信连接。一个辖区内可以有多种充电设备300，如充电桩、换点站等，多个充电设备300可构成一个充电设备物联网300A，为不同云机器人200不同的电池充电需要提供多种实现方式。

本发明还提供一种实现云机器人自主充电系统的操作方法，如图4所示：

S1：云机器人200的电量检测器215检测到自身电池电量不足，通过移动终端220向云计算平台100发送充电请求；

S2：云计算平台100的低端平台110接收到云机器人200的充电请求，通过对云机器人200的第二识别模块211进行身份验证后，将云机器人200的特征信息及充电请求上传给中级平台120处理；

S3：中级平台120的接收到低级平台110信号后，通过第一识别模块112进行身份验证后，通过计算模块121和控制模块122分别计算及整合，将处理后的计算结果或指令传送给低级平台110；

S4：低级平台110接收到中级平台120的信号后，将计算结果或指令传送给云机器人200；

S5：云机器人200获取信号后，开始自行向指定的充电设备300运动，过程中不断采集路况信息发送给云计算平台100，及时修正路线；

S6：云机器人200到达指定的充电设备后，与充电设备300进行信息交互，第二识别模块211与充电设备300进行身份认证完成后，云机器人200开始自主充电；

S7：云机器人200电量检测器215检测到电池电量已充满，停止充电操作，云机器人200将充电完成的信息传送给云计算平台100，等待新的指令。

下面，将详细说明云机器人200自主充电系统的运作流程。

结合图1-4所示，当云机器人200的电池管理芯片210的电量检测器215检测到电池电量降低至一定容量值后，将信号发送至充电控制单元214，此时充电模式开启，由充电控制单元214指示通信接口212向云计算平台100发送充电请求及自身的特征信息。

当云计算平台100中的低级平台110监测到所辖区域内云机器人200发送的请求信号，通过验证第二识别模块211的身份信息后，通过低级通信模块111接收云机器人200的特征信息，包括云机器人200的位置电池的品牌、型号、容量、使用条件、使用寿命和充放电次数等，将这些特征信息连同充电请求打包向中级平台120发送。低级平台110可看作是云机器人200充电请求的中转站，中级平台120则接收一定地区范围内的低级平台110上传的数据和信息，计算、规划和控制整个地区的充电设备300的充放电操作，调配各个充电设备300的使用情况，因此中级平台120可以管理密集广泛分布的低级平台110上传的信息，在较大区域内进行资源调配。当中级平台120监测到低级平台110上传的信号，及时对第一识别模块112进行身份验证，通过中级通信模块123接收低级平台110上传的特征信息及充电请求，中级平台120的计算模块121根据云机器人200的电池特征信息、云机器人200与充电设备300的距离、方位及路径等信息快速计算处理后，选择一处最佳空闲的充电设备300，并将该计算结果，包括充电设备300的位置、距离、前往路径等反馈到低级平台110，再由低级平台110将结果传输给云机器人200执行。控制模块122则实时规划和控制整个地区的充电设备操作情况，不断更新信息为计算模块121快速计算提供准确信息来源。而当请求指令超出中级平台120的处理能力范围时，中级平台120再通过中级通信模块123向高级平台130转发请求指令。因此高级平台130是整个城市乃至世界的云计算平台最高端，是监控整个系统的超级计算机群。

当云机器人200从低级平台110接收到计算结果后，开始自行向指定的充电设备300运动，运动过程中不断采集路况信息发送给云计算平台100，及时修正路线。到达指定的充电设备300后，云机器人200的通信接口212启动与充电设备300的通信模块320通信连接，进行信息交互。信息传递给充电设备300的电池ID验证模块310完成身份验证后，云机器人200开始自主充电。

在充电设备300中，具有记录模块330，记录充电设备的位置、使用状况、容量、使用条件，也可以记录机器人充电情况等特征信息，这些特征信息通过电池ID验证模块310传送给通信模块320，由通信模块320上传至云计算平台100存储并管理，及时更新信息。

当云机器人200的电池管理芯片210电量检测器215监测到电池电量已充满，充电控制单元214指令停止充电，同时一方面将云机器人200当前的特征信息发送给充电设备300，记录存储，另一方面将充电完成的信息传送给云计算平台100，等待新的指令。

云计算平台100作为一个强大的网络系统，也可以作为其他网络计算平台或远程服务器，能管理地区内云机器人200、充电设备300或多个云机器人200、充电设备300构成的云机器人物联网200A、充电设备物联网300A。每个网络的实体都具有用于身份的唯一的识别/验证模块，不仅能标识身份信息，而且记录了各个实体各自的特征信息。实现了物联网之间广泛的信息交互，如同绘制了一超大详细地图，而云计算平台就如同给了云机器人地图搜索功能一样，指引快没有电量的云机器人就近方便的前往充电设备补充能量。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种云机器人自主充电系统，包括云计算平台（100）和云机器人（200），其特征在于，还包括充电设备（300），所述云计算平台（100）、云机器人（200）及充电设备（300）分别设有第一识别模块（112）、第二识别模块（211）和电池ID验证模块（310），通过第一识别模块（112）、第二识别模块（211）和电池ID验证模块（310）上记录的各自特征信息进行身份验证；

所述充电设备（300）与所述云机器人（200）进行特征信息交互；所述云计算平台（100）用于监控所述云机器人（200）和所述充电设备（300）的特征信息，接收并处理所述云机器人（200）的请求、及发送控制指令至所述云机器人（200）；所述云机器人（200）根据与所述充电设备（300）交互的特征信息及所述云计算平台（100）发送的控制指令进行自主充电；

其中，所述的云计算平台（100）包括：

低级平台（110），包括低级通信模块（111），通过接收、监控所辖区域内所述云机器人（200）和所述充电设备（300）的请求或特征信息，并向高一级平台上传数据；将接收的高一级平台发送的控制指令传递给所述云机器人（200）完成自主充电操作；

中级平台（120），包括中级通信模块（123）、计算模块（121）和控制模块（122），通过所述中级通信模块（123）接收、监控特定地区内所述低级平台（110）上传的请求或特征信息，经过所述计算模块（121）处理后反馈给相应的所述低级平台（110），同时通过所述控制模块（122）调控特定地区内所述充电设备（300）的操作；中级通信模块（123）向高一级平台上传超出处理范围的请求或特征信息；

高级平台（130），用于监控中级平台（120）的运行，接收超出中级平台（120）处理范围的请求或特征信息并进行处理。

2.根据权利要求1所述的云机器人自主充电系统，其特征在于，所述充电设备（300）包括：

通信模块（320），用于将更新的特征信息上传至所述云计算平台（100）存储和管理，以及与云机器人（200）建立通信连接；

记录模块（330），用于记录并更新充电设备（300）自身、以及与所述云机器人（200）交互的特征信息。

3.根据权利要求1所述的云机器人自主充电系统，其特征在于，所述的充电设备（300）包括单一的充电设备（300）以及充电设备物联网（300A）。

4.根据权利要求1所述的云机器人自主充电系统，其特征在于，所述的云机器人（200）包括：

电池管理芯片（210），包括通信接口（212）、充电记录单元（213）、充电控制单元（214）及电量检测器（215），所述通信接口（212）用于与充电设备（300）建立通信连接，所述充电记录单元（213）用于记录云机器人充电信息，所述充电控制单元（214）用于控制所述云机器人自主充电，所述电量检测器（215）用于监测所述云机器人（200）电池情况的特征信息；

移动终端（220），用于所述云机器人（200）自身特征信息采集以及云计算平台（100）建立通信连接。

5.根据权利要求4所述的云机器人自主充电系统，其特征在于，所述云机器人（200）包括单一的云机器人（200）和云机器人物联网（200A）。

6.根据权利要求1所述一种云机器人自主充电的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）云机器人（200）检测到自身电池电量不足，并向云计算平台（100）发送充电请求；

（2）云计算平台（100）接收到云机器人（200）的充电请求，通过对云机器人（200）的第二识别模块（211）进行身份验证后，接收并处理云机器人（200）的充电请求；

（3）云计算平台（100）计算及整合特定区域内充电设备的特征信息，并将计算结果或指令传送给云机器人（200）；

（4）云机器人（200）获取信号后，开始自行向指定的充电设备（300）运动，过程中不断采集路况信息发送给云计算平台（100），及时修正路线；

（5）云机器人（200）到达指定的充电设备后，与充电设备（300）进行信息交互，完成与充电设备（300）的电池ID验证模块（310）进行身份认证，云机器人（200）开始自主充电；

（6）云机器人（200）检测到电池电量已充满，停止充电操作，并将充电完成的信息传送给云计算平台（100），等待新的指令。