一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，在墙上设有信标，在靠近信标的地面上设有充电桩，机器人身上不同位置设有ZigBee，左右两侧各设有红外传感器，机器人通过无线ZigBee判断信标方位，再通过红外传感器控制机器人平行于墙壁行走，直至机器人底部电源电极与充电桩上的弹片接触上，实现充电。本发明定位精准、复用性高、耗能低、控制简单、成本低。
【专利说明】
一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法
技术领域
[0001]本发明涉及轮式机器人，尤其涉及一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法。
【背景技术】
[0002]随着社会发展和科技进步，机器人在当前生产生活中得到了越来越广泛的应用。移动机器人是研发较早的一种机器人，移动机构主要有轮式、履带式、腿式、蛇行式、跳跃式和复合式。其中，轮式机器人由于具有自重轻、承载大、机构简单、驱动和控制相对方便、行走速度快、机动灵活、工作效率高等优点，而被大量应用于工业、农业、反恐防爆、家庭、空间探测等领域，但是其自动充电技术有待进一步改进。
[0003]自动机器人返航充电，有多种技术原理，定位方式有采用红外线定位的、有采用无线定位的、有雷达定位的，而充电方式有非接触式的和接触式。其中，红外线定位虽然精度较高，但由于是这种光线无法穿透不透明物体，使得红外线只能够在视距范围内定位;超声波受多径效应和非视距传播影响很大，相比红外测距时间较长；目前无线定位的技术方案可行性大，比较多采用的是蓝牙定位，但无线信号容易受周围的环境如墙体等物体反射，导致定位偏差。充电方案中的非接触式无线充电功耗比较大，对充电粧的功率要求高，所以比较多地采用接触式的充电方案，但接触式的方案主要解决的问题是如何准确地与充电电极接触上。
[0004]如申请号201210379375.4的中国专利《人工智能充电系统》公开一种电源插座领域的人工智能充电系统，包括智能插头装置、智能插座二部分;智能插头装置安装在智能机械或机器人内，当自动探测到智能机械或机器人需要充电时，能一边做好充电准备，一边自动发出无线电信号，触发安装在墙面的智能插座发出无线电、红外光波和激光束定位信号，智能插头装置自动跟踪这些定位信号后，驱动智能机械或机器人的动力机构移动到智能插座前，再驱动机械臂将其上的电源插头与智能插座上的电源插座进行精确定位，并准确插进电源插座进行充电，达到了自动寻找电源插座自动充电的目的。但该专利的红外定位是通过红外发送的信号来定位，同时也需要控制机器人和机械臂，控制难度大，对接方式复杂，对精度的要求高。
【发明内容】
[0005]针对现有技术定位偏差大、充电成功率低等缺陷，本发明提供一种定位精准、复用性高、耗能低、控制简单、成本低的基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法。
[0006]本发明通过以下技术方案予以实现:
一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，在墙上设有信标，在靠近信标的地面上设有充电粧，机器人身上不同位置设有ZigBee，左右两侧各设有红外传感器，机器人通过无线ZigBee判断信标方位，再通过红外传感器控制机器人平行于墙壁行走，直至机器人底部电源电极与充电粧上的弹片接触上，实现充电。本发明采用ZigBee的无线定位，并巧妙利用了红外线定位的弊端转换为优点，测量机器人与不透明物体之间的距离来辅助定位，两者相辅相成，最终解决了因无线定位偏差，红外定位受限等技术问题导致的充电成功率低的情况，从而实现准确寻找到充电粧，并完成充电。
[0007]其中，充电粧放置于靠近墙壁位置，一方面方便充电粧连接电源，另一方面墙壁可辅助机器人行走得更准确。所述机器人底部两片电源电极之间的距离与充电粧上两个弹片之间的距离相同。
[0008]无线定位可复用，可单独拿出来作为机器人的导航使用，且本发明的充电粧上无需控制电路，故耗能低。
[0009]具体地，机器人不同位置的ZigBee根据接收到的信号强度大小判断信标方位，并控制机器人接近信标方位。当判断信标在正前方，机器人则往正前方方向行走;当判断信标在正后方，机器人则掉头往正后方方向行走；当判断信标在左/右上方，机器人则往左/右上方方向行走;当判断信标在左/右下方方向，机器人则掉头往左/右下方方向行走。
[00?0] 优选地，设于机器人不同位置的ZigBee为6个。所述6个ZigBee围绕成--个正六方形，每个角放置一个ZigBee天线，每个ZigBee天线负责探测60度范围内的信号强度，根据信号强度大小判断信号具体方位。
[0011]ZigBee用于接收充电粧ZigBee发射的信号并判断其在机器人的水平方位，给机器人寻找充电位置一个准确方向。
[0012]进一步地，红外定位，通过测距的方式，其复用性也高，可用于机器人避障功能，对于机器人的控制来说也相对简单，只需控制其动力机构调整自身相对墙壁位置，同时可前进行走式充电也可后退行走式充电。
[0013]具体地，同侧红外传感器为前后并排设置η个，所述同侧红外传感器测出机器人与墙壁之间的水平距离为Χ1、Χ2、……、Χη，充电粧与墙壁水平距离为Y，机器人调整行走至Xl=Χ2=……=Χη，且靠近墙壁那侧红外传感器测出机器人与墙壁之间的水平距离等于Y土误差值，其中η>2。
[0014]优选地，所述同侧红外传感器为2个。误差值为2?5cm。优选地，误差值为3cm。
[0015]更进一步地，充电后，机器人通过检测电量判断是否充电完全，判断充电完全后机器人退出充电粧。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
(1)本发明采用ZigBee的无线定位，并巧妙利用了红外线定位的弊端转换为优点，解决了因无线定位偏差，红外定位受限等技术问题导致的充电成功率低的情况，从而实现准确寻找到充电粧，并完成充电；
(2)无线定位和红外线均可复用，且本发明的充电粧上无需控制电路，故耗能低；
(3 )本发明控制简单、成本低。
【附图说明】
[0017]图1为本发明流程图；
图2为机器人寻找信标示意图；
图3为机器人沿墙壁行走示意图；
其中，1、信标;2、机器人;3、墙壁;4、红外传感器。
【具体实施方式】
[0018]下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
[0019]实施例1
一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，在墙上设有信标，在靠近信标的地面上设有充电粧，机器人身上不同位置设有6个ZigBee，左右两侧各设有红外传感器，机器人通过无线ZigBee判断信标方位，再通过红外传感器控制机器人平行于墙壁行走，直至机器人底部电源电极与充电粧上的弹片接触上，实现充电。
[0020]进一步地，所述机器人底部两片电源电极之间的距离与充电粧上两个弹片之间的距离相同。
[0021]如图1，当轮式机器人需要充电时，机器人开始寻找信标，机器人不同位置的ZigBee根据接收到的信号强度大小判断信标方位，然后控制机器人接近信标方位，然后再采用红外传感器寻找墙壁，并沿着墙壁平行行走，直至机器人底部电源电极与充电粧上的弹片接触上，实现充电，充电后，机器人通过检测电量判断是否充电完全，判断充电完全后机器人退出充电粧。
[0022]图2为机器人寻找信标示意图，当判断信标I在正前方，机器人2则往正前方方向行走；当判断信标I在正后方，机器人2则掉头往正后方方向行走；当判断信标I在左/右上方，机器人2则往左/右上方方向行走；当判断信标I在左/右下方方向，机器人2则掉头往左/右下方方向行走。
[0023]具体地，同侧红外传感器为前后并排设置2个，所述同侧红外传感器测出机器人与墙壁之间的水平距离为X1、X2，充电粧与墙壁水平距离为Y，机器人调整行走至X1=X2，且靠近墙壁那侧红外传感器测出机器人与墙壁之间的水平距离等于Y±误差值。图3为机器人沿墙壁行走示意图，机器人2沿着左侧墙壁3行走，当左前方和左后方红外传感器4测出距离墙壁3的距离，当两个距离值相等时向前行走，当左前方距离值小于左后方距离值时，向右前方行走，反之向左前方行走。
[0024]其中，误差值为3cm。
【主权项】
1.一种基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，在墙上设有信标，在靠近信标的地面上设有充电粧，机器人身上不同位置设有ZigBee，左右两侧各设有红外传感器，机器人通过无线ZigBee判断信标方位，再通过红外传感器控制机器人平行于墙壁行走，直至机器人底部电源电极与充电粧上的弹片接触上，实现充电。2.根据权利要求1所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，机器人不同位置的ZigBee根据接收到的信号强度大小判断信标方位，并控制机器人接近信标方位。3.根据权利要求2所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，设于机器人不同位置的ZigBee为6个。4.根据权利要求2所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，当判断信标在正前方，机器人则往正前方方向行走；当判断信标在正后方，机器人则掉头往正后方方向行走；当判断信标在左/右上方，机器人则往左/右上方方向行走；当判断信标在左/右下方方向，机器人则掉头往左/右下方方向行走。5.根据权利要求1所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，同侧红外传感器为前后并排设置η个，所述同侧红外传感器测出机器人与墙壁之间的水平距离为Xl、Χ2、……、Χη，充电粧与墙壁水平距离为Y，机器人调整行走至Χ1=Χ2=……=Xn，且靠近墙壁那侧红外传感器测出机器人与墙壁之间的水平距离等于Y土误差值，其中η多2。6.根据权利要求5所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，所述同侧红外传感器为2个。7.根据权利要求5所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，误差值为2?5cm。8.根据权利要求1所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，充电后，机器人通过检测电量判断是否充电完全，判断充电完全后机器人退出充电粧。9.根据权利要求1所述基于无线和红外定位的轮式机器人自动充电的方法，其特征在于，所述机器人底部两片电源电极之间的距离与充电粧上两个弹片之间的距离相同。
【文档编号】H01R43/26GK105978078SQ201610416248
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】陈永灿, 俞翔, 冯水松, 黄洪加, 李介彬, 黄仝宇, 汪刚, 柏林, 刘双广
【申请人】广州尚云在线科技有限公司