CN103149934A - 室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统，所述的室内移动机器人在前端设置充电电极公端，所述的充电座包括设置在前端的充电电极母端和侧面的电源插孔，所述的电子辅助系统包括设置在所述的室内移动机器人内部的主控电子装置和设置在所述的充电座内部的充电座电子装置，所述的主控电子装置，设置处理器，与所述的处理器连接的射频接收电路，以及设置在所述的处理器中的回归控制策略，所述的充电座电子装置，设置微控器，与所述的微控器连接的射频发射电路，所述的射频发射电路设置功率调节电路，射频的最大覆盖范围为L，最小覆盖范围为S。实施本发明以后，通过精心的电路设计和回归控制策略设计，缩短了室内移动机器人寻找充电座的时间，提高了效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统，属于自动控制领域。
背景技术
室内移动机器人已经开始应用到实际家庭环境，以及公共场所，比如博物馆、展览馆、机场候机厅、火车站候车厅等。可以进行地面清扫，引导游客观光游览，或者提供信息服务和路径指引。但是因为室内移动机器人具有移动性，能源来自于自身携带的可充电电池，当电池耗尽时，需要找到充电座进行充电。目前，针对该问题所采取的方案，只能解决小区域范围内的充电座寻找问题。
比如，专利ZL 02138302.2是在充电座上设置条码，以帮助自动吸尘器确定自己的相对位置。该方案覆盖范围较大，但是对角度要求高，并且定位过程复杂，效率不高。专利ZL 200410014011.1在自动吸尘器的尾部设置充电电极和红外接收探头，侧面也设置红外接收探头，充电座设置了充电电极和红外发射装置。该方案方法简单，但是覆盖范围小，自动吸尘器找到充电座的平均时间很长。专利ZL 200520065314.6采用设置在充电座正前方的红外线发射管引导吸尘机器人与充电座进行对接。由于红外线发射管的功率和发射角的限制，该方案效率低，难以用于到实际应用中。而专利ZL 200510129650.7在清洁机器人上设置了拍摄充电座图像的摄像机单元，利用充电座的图像信息检测充电座的方向和位置，由此正确并迅速的返回充电座。该方案不仅系统成本高，受环境光线影响，并且随着距离的增加，分辨率不断降低。
在大环境下，室内移动机器人寻找相对很小的充电座，具有难度大、成功率低的特点。本专利采用覆盖范围大，并且功率可调的射频发射信号作为充电座的特征信号，引导室内移动机器人进入充电座的近距离位置。
发明内容
本发明的目的是为了克服室内移动机器人在实际应用中的回归充电问题，采用覆盖范围大的射频信号作为充电座的特征信号，并通过射频功率的动态变化，引导室内移动机器人靠近充电座，为后续进行对接充电做好准备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统，所述的室内移动机器人在前端设置充电电极公端，所述的充电座包括设置在前端的充电电极母端和侧面的电源插孔，所述的电子辅助系统包括设置在所述的室内移动机器人内部的主控电子装置和设置在所述的充电座内部的充电座电子装置，所述的主控电子装置设置充电电路与所述的充电电极公端连接，所述的充电电路输出连接所述的充电电池，所述的充电电池输出连接电源电路，所述电源电路输出系统电源为后续电路提供电源，还包括处理器，所述的处理器输出控制人机界面模块、障碍物检测模块、行走驱动模块和任务执行模块，所述的充电座电子装置设置进行集中控制的微控器，与所述的电源插孔连接的变压电路，与所述的变压电路连接的电流检测电路，与所述的电流检测电路连接的开关管，所述的开关管由所述的微控器控制，所述的开关管连接所述的充电电极母端，所述的主控电子装置，设置与所述的处理器连接的射频接收电路，以及设置在所述的处理器中的回归控制策略，所述的充电座电子装置，设置与所述的微控器连接的射频发射电路，所述的射频发射电路设置功率调节电路，射频的最大覆盖范围为L，最小覆盖范围为S。
所述的射频接收电路与所述的射频发射电路，设置相同的工作频率。
所述的室内移动机器人结束工作任务或者所述的充电电池需要充电的时候，所述的处理器启动所述的回归控制策略，所述的回归控制策略包括以下步骤：
（1）、所述的射频发射电路通过所述的功率调节电路不断调节发射功率，使覆盖范围从最大覆盖范围L逐渐变化为最小覆盖范围S，然后又从最大覆盖范围L逐渐变化为最小覆盖范围S，循环往复，时间周期为T；所述的室内移动机器人四处游走，所述的处理器开启所述的射频接收电路，当所述的处理器接收到所述的充电座电子控制装置发送的特征射频信号，则所述的处理器判断所述的充电座就在附近，控制所述的室内移动机器人原地等待；
（2）当所述的处理器不能接收到所述的特征射频信号时，所述的室内移动机器人开始向前、后后、向左和向右行行走，直到重新接收到所述的特征射频数据；
（3）、重复步骤（2）直到在所述的时间周期T中，所述的移动机器人都能接收到所述的特征射频信号，则所述的室内移动机器人处在所述的充电座附近，距离在所述的最小覆盖范围S以内。
实施本发明的积极效果是：1、射频信号覆盖范围广，可以帮助室内移动机器人迅速回到充电座的附近；2、射频信号覆盖动态变化，可精确定位充电座的具体位置。
附图说明
图1是主控电子装置的原理框图；
图2是充电座电子装置的原理框图；
图3是室内移动机器人的回归路径示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1－3，一种室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统。
所述的充电座19包括设置在前端的充电电极母端17和侧面的电源插孔13，所述的电源插孔13从外部接入电源，在所述的充电电极母端17输出，所述的室内移动机器人18在前端设置充电电极公端2，当所述的充电电极公端2与所述的充电电极母端17充分接触，所述的充电电极母端17输出电源进行充电。所述的充电电极母端17与所述充电电极公端2匹配，具有同样的间距、高度和排布方式，可实现相互接触。
所述的电子辅助系统包括设置在所述的室内移动机器人18内部的主控电子装置和设置在所述的充电座19内部的充电座电子装置。
所述的主控电子装置设置充电电路3与所述的充电电极公端2连接，所述的充电电路3输出连接所述的充电电池4，所述的充电电池4输出连接电源电路5，还包括处理器1，所述的处理器1输出控制人机界面模块6、障碍物检测模块7、行走驱动模块8和任务执行模块9。所述的充电电路3负责将所述的充电电极公端2输入的电源进行转换和稳压，然后输出给所述的充电电池4进行充电，充电过程中所述的充电电路3负责充电控制，所述电源电路5生成并输出系统电源为后续电路提供电源。所述的处理器1负责进行集中控制，内部设置进行充电座寻找和定位的回归控制策略。所述的人机界面模块6负责进行指令的输入和状态信息的显示，包括按键、触摸屏，以及LCD显示屏和LED显示灯。所述的障碍物检测模块7进行检测所述的室内移动机器人18周围的环境状况，为移动过程中避免碰撞提供信息。行走驱动模块8实现所述的室内移动机器人18进行前进，后退，以及任意角度旋转的运动。所述的任务执行模块9负责实现所述的室内移动机器人18设定的任务，比如地面清洁、导游等。
所述的充电座电子装置设置进行集中控制的微控器11，与所述的电源插孔13连接的变压电路14，与所述的变压电路14连接的电流检测电路15，与所述的电流检测电路15连接的开关管16，所述的开关管16由所述的微控器11控制，所述的开关管16连接所述的充电电极母端17。所述的变压电路14将所述的电源插孔13输入的电源进行变换和稳压，并输出给所述的电流检测电路15。所述的微控器11根据所述的电流检测电路15的输出，可以判断所述的室内移动机器人18是否在充电，充电电流是否过大，因此可以关断、打开或者PWM控制所述的开关管16，以限制充电电流不会过大。
所述的主控电子装置，设置与所述的处理器1连接的射频接收电路10，所述的充电座电子装置，设置与所述的微控器11连接的射频发射电路12。所述的射频发射电路12，设置超再生射频发射电路，接收所述的微控器11的输出数据，以射频信号的方式发射出去，所述的射频接收电路10，设置超再生射频接收电路，接收射频信号并输出数据到所述的处理器1。所述的射频接收电路10与所述的射频发射电路12，设置相同的工作频率，可实现相互之间的通讯。
所述的射频发射电路12设置功率调节电路，射频范围可以调节，其最大覆盖范围为L，最小覆盖范围为S。
所述的室内移动机器人18结束工作任务或者所述的充电电池4需要充电的时候，所述的处理器1启动所述的回归控制策略，所述的回归控制策略包括以下步骤：
（1）、所述的射频发射电路12通过所述的功率调节电路不断调节发射功率，发射特征射频信号，使覆盖范围从最大覆盖范围L逐渐变化为最小覆盖范围S，然后又从最大覆盖范围L逐渐变化为最小覆盖范围S，循环往复，时间周期为T；所述的室内移动机器人18四处游走，所述的处理器1开启所述的射频接收电路10，当所述的处理器1接收到所述的充电座电子控制装置发送的特征射频信号，则所述的处理器1判断所述的充电座19就在附近，控制所述的室内移动机器人18原地等待；
（2）当所述的处理器1不能接收到所述的特征射频信号时，所述的室内移动机器人18开始向前、后后、向左和向右行行走，直到重新接收到所述的特征射频信号；
（3）、重复步骤（2）直到在所述的时间周期T中，所述的移动机器人都能接收到所述的特征射频信号，则所述的室内移动机器人18处在所述的充电座19附近，距离在所述的最小覆盖范围S以内。
如图3所示，所述的室内移动机器人18在大环境下首先搜索特征射频信号，当收到以后所述的室内移动机器人18只能判断所述的充电座19处于附近位置，但是在具体哪个方向是无法判断的，因此设计所述的射频发射电路12通过所述的功率调节电路不断调节发射功率，变换射频覆盖范围，从而引导所述的室内移动机器人18不断靠近所述的充电座19。
综上所述，本发明采用覆盖范围大的射频信号作为充电座的特征信号，并通过射频功率的动态变化，引导室内移动机器人靠近充电座，为后续进行更加精确的对接充电做好准备。这样就明显缩短大环境下室内移动机器人定位充电座的时间，提高了效率。
Claims (3)
1.室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统，所述的室内移动机器人在前端设置充电电极公端，所述的充电座包括设置在前端的充电电极母端和侧面的电源插孔，所述的电子辅助系统包括设置在所述的室内移动机器人内部的主控电子装置和设置在所述的充电座内部的充电座电子装置，所述的主控电子装置设置充电电路与所述的充电电极公端连接，所述的充电电路输出连接所述的充电电池，所述的充电电池输出连接电源电路，所述电源电路输出系统电源为后续电路提供电源，还包括处理器，所述的处理器输出控制人机界面模块、障碍物检测模块、行走驱动模块和任务执行模块，所述的充电座电子装置设置进行集中控制的微控器，与所述的电源插孔连接的变压电路，与所述的变压电路连接的电流检测电路，与所述的电流检测电路连接的开关管，所述的开关管由所述的微控器控制，所述的开关管连接所述的充电电极母端，其特征在于：所述的主控电子装置，设置与所述的处理器连接的射频接收电路，以及设置在所述的处理器中的回归控制策略，所述的充电座电子装置，设置与所述的微控器连接的射频发射电路，所述的射频发射电路设置功率调节电路，射频的最大覆盖范围为L，最小覆盖范围为S。
2.根据权利要求1所述的室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统，其特征是：所述的射频接收电路与所述的射频发射电路，设置相同的工作频率。
3.根据权利要求1所述的室内移动机器人初步定位充电座的电子辅助系统，其特征是：所述的室内移动机器人结束工作任务或者所述的充电电池需要充电的时候，所述的处理器启动所述的回归控制策略，所述的回归控制策略包括以下步骤：
（1）、所述的射频发射电路通过所述的功率调节电路不断调节发射功率，使覆盖范围从最大覆盖范围L逐渐变化为最小覆盖范围S，然后又从最大覆盖范围L逐渐变化为最小覆盖范围S，循环往复，时间周期为T；所述的室内移动机器人四处游走，所述的处理器开启所述的射频接收电路，当所述的处理器接收到所述的充电座电子控制装置发送的特征射频信号，则所述的处理器判断所述的充电座就在附近，控制所述的室内移动机器人原地等待；
（2）当所述的处理器不能接收到所述的特征射频信号时，所述的室内移动机器人开始向前、后后、向左和向右行行走，直到重新接收到所述的特征射频数据；
（3）、重复步骤（2）直到在所述的时间周期T中，所述的移动机器人都能接收到所述的特征射频信号，则所述的室内移动机器人处在所述的充电座附近，距离在所述的最小覆盖范围S以内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130612 |