CN105809944A - 机器人、充电设备、充电对准方法和充电*** - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动控制领域，提供了一种机器人、充电设备、机器人自动充电方法和充电***。本发明的机器人充电***包括机器人和充电设备，利用该机器人的充电对准装置和充电设备的一种机器人充电的方法中，机器人通过红外接收单元对红外信号进行接收，通过设置在机器人身上的信号强度检测单元对红外信号强度进行检测，并在控制单元的控制下根据接收到的红外信号的强弱实时调整机器人的位置和行走方向，这样可以保证机器人在行走的过程中，始终能调整到对准机器人的位置，并在多次调整后使机器人最终准确的和充电设备对接，以达到自动、准确的充电。

Description

机器人、充电设备、充电对准方法和充电***

技术领域

本发明属于自动控制领域，特别涉及一种机器人、充电设备、充电对准方法和充电***。

背景技术

机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，机器人可以协助人类工作，在生产业、建筑业等领域均可以有重要用途。而目前，机器人被广泛运用于生活领域，具有预警、自动寻路、娱乐、教育，清洁等功能，为了实现多样的功能。这些机器人很大一部分是采用充电电池作为动力源，降低了机器人的智能化和工作效率，即便是使用自动充电方式的机器人，一般使用导轨或者红外对准，其自动对准方法也存在对准不精确，制作成本高，占有空间等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人、充电设备、充电对准方法和充电***，旨在解决一般的机器人不能自动充电，以及自动充电过程中存在对不准的问题。

为了解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，提供了一种机器人。

一种机器人，所述机器人包括机器人本体以及设置于所述机器人本体上的充电对准装置和第一充电接头；

所述充电对准装置包括：

红外接收单元，用于接收充电设备发出的红外信号；

信号强度检测单元，用于检测所述红外信号的强度；

控制单元，用于根据所述红外信号的强度发送控制信号给所述机器人本体以调整该机器人的行走方向，从而在机器人的行进过程中经过若干次调整后实现所述第一充电接头与充电设备的第二充电接头对准。

作为进一步的技术方案，所述控制单元用于在所述红外信号的强度随机器

根据本发明的第二方面，提供了一种充电设备。

一种充电设备，用于给所述的机器人进行充电，其特征在于，所述充电设备包括充电座以及设置于所述充电座上的第二充电接头和红外发射模块；

所述红外发射模块包括：

红外发射头，用于发射红外信号；

第一光学组件，用于使红外发射头发出的红外信号沿着一轴线以预定角度发散，并且信号强度随着偏离所述轴线角度的增大而减小。

根据本发明的第三方面，提供了一种机器人充电对准方法。

一种机器人充电对准方法，所述方法包括：

a、控制机器人沿着一初始方向前进；

b、接收充电设备发出的红外信号；

c、检测所述红外信号的强度；

d、根据所述红外信号的强度发送控制信号给所述机器人本体以调整该机器人的行走方向，从而在机器人的行进过程中经过若干次调整后实现机器人的第一充电接头与充电设备的第二充电接头对准。

根据本发明的第四方面，本发明提供了一种机器人充电***。

一种机器人充电***，所述***包括所述的机器人以及所述的充电设备。

充电对准装置充电对准装置充电对准装置

有益效果：

在本发明机器人充电***包括机器人和充电设备，利用该机器人的充电对准装置和充电设备的一种机器人充电的方法中，机器人通过红外接收单元对红外信号进行接收，通过设置在机器人身上的信号强度检测单元对红外信号强度进行检测，并在控制单元的控制下根据接收到的红外信号的强弱实时调整机器人的位置和行走方向，这样可以保证机器人在行走的过程中，始终能调整到对准机器人的位置，并在多次调整后使机器人最终准确的和充电设备对接，以达到自动、准确的充电。

附图说明

图1是本发明实施例1的机器人的结构示意图。

图2是本发明实施例2的充电设备的结构示意图。

图3是本发明实施例3的一种机器人充电对准方法的流程示意图。

图4是本发明实施例4的一种机器人充电***的***框图。

图5是本发明中机器人行走的一种轨迹示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来说明。

实施例1

请主要参照图1，并结合图2和图5，一种机器人，所述机器人包括机器人本体以及设置于所述机器人本体上的充电对准装置1和第一充电接头3。

所述充电对准装置1包括红外接收单元10，用于接收充电设备发出的红外信号；信号强度检测单元11，用于检测所述红外信号的强度；控制单元12，用于根据所述红外信号的强度发送控制信号给所述机器人本体以调整该机器人的行走方向，从而在机器人的行进过程中经过若干次调整后实现所述第一充电接头与充电设备的第二充电接头对准。

在该实施例1中，第一充电接头22与第二充电接头13的数目优选为两个，当然，在其他的实施例中，可为更多或更少，但至少需要一个，需要说明的是，该第一充电接头22和第二充电接头13为型号一样的金属接头。在本发明的实施例1中，控制单元12可为MCU、可编程逻辑控制器或其他，其与电池16连接，通过电池16的供电进行工作。优选的，机器人行走一般采用S形行走或螺旋式行走等曲折迂回方式的行走，当然，在其他的实施例中，也可采用其他的行走方式。

在本发明的实施例1中，所述控制单元12用于在所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制机器人停止前进，然后控制机器人旋转并在旋转过程中实时监测并记录朝向各个方向时信号强度检测单元11的检测值，然后再控制机器人朝向检测值最大的方向前进。

可以理解地，控制单元12还可以用其他方式来调整前进方向。例如，所述控制单元12具体用于在所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制机器人停止前进，然后控制机器人按照第一方向以预设步进角度旋转；若红外信号的强度随机器人的旋转而减弱，则所述控制单元12控制所述机器人以所述预设步进角度反向旋转；若红外信号的强度随机器人的旋转而增强，则所述控制单元12控制所述机器人保持原先的旋转方向以所述预设步进角度旋转直到检测到红外信号的强度降低后该控制单元12控制机器人以所述步进角度进行一次反向旋转，并在所述进行一次反向旋转后停止旋转，控制单元12控制机器人以该次反向旋转后的朝向继续前进。该预设步进角度可以为5°或者6°，或者其他较小的角度。

在本发明的实施例1中，该机器人还包括电量检测模块，该电量检测模块分别与控制单元12以及机器人的供电电源连接。所述电量检测模块用于检测所述机器人本体的剩余电量，并在所述剩余电量低于预设值时生成并发送触发信号给所述控制单元12，所述控制单元12根据该触发信号开启充电对准功能。

在本发明实施例1中，信号强度检测单元11具体为一模数转换装置，用于将接收到的红外信号这一模拟量转换成数字信号，并测试得到该数字信号的电压值，当然，在其他的实施例中，也可为其他的装置，但必须拥有能够红外信号转换成数字信号的功能。

在本发明实施例1中，红外接收单元10包括红外接收头101、遮光罩102以及凸透镜103，所述遮光罩102设置有进光口104，所述凸透镜103设置在所述进光口104，所述红外接收头101收容于所述遮光罩102中并朝向所述凸透镜103。当然，在其他的实施例中，也可使用其他的遮光装置，并不局限于采用遮光罩130，另外，该光学透镜131为凸透镜。此外，所述机器人还包括至少一电池16，所述电池16连接所述第一充电接头3。

在该实施例1中，机器人中的第一充电接头3优选的与充电设备的第二充电接头4的数目相同，具体为两个，当然，在其他的实施例中，可为更多或更少，但至少需要一个，需要说明的是，该第一充电接头3和第二充电接头4为型号一样的金属接头。

在本发明实施例1中，机器人通过红外接收单元对红外信号进行接收，通过设置在机器人身上的信号强度检测单元对红外信号强度进行检测，并在控制单元的控制下根据接收到的红外信号的强弱实时调整机器人的位置和行走方向，这样可以保证机器人在行走的过程中，始终能调整到对准机器人的位置，并在多次调整后使机器人最终准确的和充电设备对接，以达到自动、准确的充电。

实施例2

请主要参照图2，并结合图1和图5，一种充电设备，所述充电设备包括充电座25以及设置于充电座25上的第二充电接头4和红外发射模块2；所述红外发射模块2包括：红外发射头20，用于发射红外信号；第一光学组件21，用于使红外发射头20发出的红外信号沿着一轴线以预定角度发散，并且信号强度随着偏离所述轴线角度的增大而减小。

在本发明的实施例2中，所述第一光学组件21包括鱼眼透镜211和曲面光学雾透镜210，所述红外发射头20、所述曲面光学雾透镜210以及所述鱼眼透镜211依次沿着所述轴线设置于所述充电座25上。在本发明的实施例2中，第一光学组件21，设置于红外发射头20的前方，用于将红外发射模块20发出的红外信号呈一预设角度发散，该预设角度为小于或等于180°，在该角度范围内均充满红外信号，该范围区域为充电范围，机器人只有在进入该范围内，才能开始充电过程。

在本发明实施例2中，所述曲面光学雾透镜210优选为一凸透镜，当然，在其他的实施例中，可为其他透镜。其中，由于鱼眼透镜211的存在，因此红外信号可以在一个全景的范围内进行发射，其覆盖范围变广，并且由于其聚光作用，因此使的充电对准装置对准鱼眼透镜时，其所在位置接收到的信号为该位置360°最强信号，四周呈抛物线减小。

请参照图3所示，充电设备2发射的红外信号在左右两个边界内呈一扇形区域，红外信号的强度呈一梯度进行递减，距离越远离充电设备，方向越偏离正中心方向，其强度越低，暂且将该红外信号按梯度递减的情形称为曲形红外信号强度梯度面，离充电设备越近的梯度面上的红外信号强度越强，同一梯度面上的红外信号均相等。当机器人行走到某个梯度面的某个位置点时，其充电对准装置1的方向必须是该梯度面在该点的法线方向，机器人调整到该法线方向，即为该位置点的360°范围内红外信号最强的方向。

在本发明的实施例2中，所述设备包括红外发射调制模块24，所述红外发射调制模块24与所述红外发射模块2连接，用于将采用正弦波调制后的红外信号发送到所述红外发射模块2。当然，需要说明的是，通过该正弦波调制后的红外信号为一定频率正弦波信号，其有别于一般的红外信号，其抗干扰和抗失真的能力明显增强，可有效防止受自然界的红外信号的干扰。当然，在其他的实施例中，也可为脉冲调制或其他，而本发明实施例2中的正弦波调制一般指正弦波频率调制或正弦波相位调制，不采用正弦波幅度调制。

在本发明的实施例2中，所述充电设备还包括充电检测模块23，分别与所述第二充电接头4以及所述红外发射模块2连接，用于检测是否在进行充电，并在检测到在进行充电时发送关闭信号给红所述外发射模块2使得红外发射模块2停止发射红外信号。该充电检测模块23具体为一充电检测仪，可通过检测第二充电接头4的电流或电压判断机器人是否正进行充电，当然，在其他的实施例中，也可为其他的装置，并不局限于本实施例2中的充电检测仪。在本发明的实施例2中，所述第二充电接头4，与所述第一充电接头3数目一致，并与所述第一充电接头3处于同一高度。

在本发明实施例2中，充电设备中的鱼眼透镜使得从红外发射单元发射出来的红外信号可以保证充电对准装置对准第一光学装置时，其所在位置接收到的信号为该位置360°范围内最强信号，这样可以保证机器人在螺旋行走的过程中，始终能调整到对准机器人的位置，并在多次调整后使机器人最终准确的和充电设备对接，以达到自动、准确的充电。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例3

请主要参照图3，并结合图1、图2和图5，一种机器人充电对准方法，所述方法包括：

S101、控制机器人沿着一初始方向前进；

当机器人需要充电时，随机选择一个方向作为初始方向，然后沿着该方向前进。当然，可以理解地，为了提高充电效率，可以在通过控制机器人自身旋转360度并在旋转过程中接收并检测红外信号强度，最后使得机器人朝着红外信号强度最大的方向前进。

S102、接收充电设备发出的红外信号；

S103、检测所述红外信号的强度；

S104、根据所述红外信号的强度发送控制信号给所述机器人本体以调整该机器人的行走方向，从而在机器人的行进过程中经过若干次调整后实现机器人的第一充电接头与充电设备的第二充电接头对准。

在本发明的实施例3中，所述步骤S103包括：

当所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制单元12发送信号给机器人以控制机器人停止前进；

控制单元12控制机器人旋转并在旋转过程中实时监测并记录朝向各个方向时红外信号的检测值；

控制单元12控制机器人朝向检测值最大的方向前进。

具体的，所述步骤S104具体包括：

在所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制单元12控制机器人停止前进，然后控制机器人按照第一方向以预设步进角度旋转；

若红外信号的强度随机器人的旋转而减弱，则所述控制单元12控制所述机器人以所述预设步进角度反向旋转；

若红外信号的强度随机器人的旋转而增强，则所述控制单元12控制所述机器人保持原先的旋转方向以所述预设步进角度旋转，直到检测到红外信号的强度降低后控制机器人以所述步进角度进行一次反向旋转，并在所述进行一次反向旋转后停止旋转，此时该机器人停下来后朝向的方向就是红外信号强度最大的方向；控制单元12控制机器人以该次反向旋转后的朝向继续前进。

例如，在一优选实施例中，当机器人从A点走到B点时，发现在B点的红外信号减弱了，则此时机器人停止前行，控制单元12控制机器人顺时针旋转5°，若红外信号强度仍减弱，则控制单元12控制机器人逆时针旋转5°，再逆时针旋转5°，此时会发现红外信号较原先的位置增强了，则控制单元12控制机器人每次以5°的角度进行逆时针旋转，直到其正前方方向接收到的红外信号为该位置360°范围内的最强信号，控制单元12控制机器人通过该方向进行行走。然后从B点沿着该方向走到C点后，发现在C点红外信号减弱了，采用与在B点时相同的方式进行调整前进方向，没经过一次调整机器人的前进方向偏离该轴线的角度更小，经过若干次调整后，机器人的前进方向完全与该轴线重合。

正如前面所说明的，充电设备发射的红外信号在左右两个边界内呈一扇形区域，红外信号的强度呈一梯度进行递减，距离越远离充电座，方向越偏离正中心方向，其强度越低，暂且将该红外信号按梯度递减的情形称为曲形红外信号强度梯度面，离充电设备越近的梯度面上的红外信号强度越强，同一梯度面上的红外信号均相等。当机器人行走到某个梯度面的某个位置点时，充电对准装置1的方向必须是该梯度面在该点的法线方向，机器人调整到该法线方向，即为该位置点的360°范围内红外信号最强的方向。因此，该位置方向即为梯度面在该点的法线方向。

当然，可以理解地，为了实现对准，还要有足够的距离来实现若干次的机器人前进方向调整，可以通过在机器人以及充电设备上设置距离检测模块来实现，当需要充电对准时，机器人自动行走到一个距离充电设备的预定距离之外。例如，该预定距离可以为10米等。

在本发明的实施例3中，在所述步骤b之前还包括以下步骤：

充电检测模块检测检测所述机器人本体的剩余电量，并在所述剩余电量低于预设值时生成用于触发开启充电对准功能的触发信号。充电检测模块将该触发信号发送给控制单元后，控制单元开启充电对准功能。

在本发明的实施例3中，所述实现所述第一充电接头3与充电设备的第二充电接头4对准，以进行充电后，所述方法还包括：

控制单元12发出充电对接完成的信号，关闭信号强度检测单元11；充电座2检测到机器人开始充电后，关闭红外发射模块20。

在本发明实施例3的机器人充电方法中，机器人通过红外接收单元对红外信号进行接收，通过设置在机器人身上的信号强度检测单元对红外信号强度进行检测，并在控制单元的控制下根据接收到的红外信号的强弱实时调整机器人的位置和行走方向，这样可以保证机器人在行走的过程中，始终能调整到对准机器人的位置，并在多次调整后使机器人最终准确的和充电设备对接，以达到自动、准确的充电。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例4

如图4所示，一种机器人充电***，包括实施例1中的机器人100和实施例2中的充电设备200。其具体工作原理已经在实施例1、实施例2、和实施例3中描述，不在此一一赘述。

该机器人充电***中，机器人通过红外接收单元对红外信号进行接收，通过设置在机器人身上的信号强度检测单元对红外信号强度进行检测，并在控制单元的控制下根据接收到的红外信号的强弱实时调整机器人的位置和行走方向，这样可以保证机器人在行走的过程中，始终能调整到对准机器人的位置，并在多次调整后使机器人最终准确的和充电设备对接，以达到自动、准确的充电。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括机器人本体以及设置于所述机器人本体上的充电对准装置和第一充电接头；

所述充电对准装置包括：

红外接收单元，用于接收充电设备发出的红外信号；

信号强度检测单元，用于检测所述红外信号的强度；

控制单元，用于根据所述红外信号的强度发送控制信号给所述机器人本体以调整该机器人的行走方向，从而在机器人的行进过程中经过若干次调整后实现所述第一充电接头与充电设备的第二充电接头对准。

2.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述控制单元用于在所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制机器人停止前进，然后控制机器人旋转并在旋转过程中实时监测并记录朝向各个方向时信号强度检测单元的检测值，然后再控制机器人朝向检测值最大的方向前进。

3.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述控制单元具体用于在所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制机器人停止前进，然后控制机器人按照第一方向以预设步进角度旋转；

若红外信号的强度随机器人的旋转而减弱，则所述控制单元控制所述机器人以所述预设步进角度反向旋转；

若红外信号的强度随机器人的旋转而增强，则所述控制单元控制所述机器人保持原先的旋转方向以所述预设步进角度旋转，直到检测到红外信号的强度降低后再控制机器人以所述预设步进角度进行一次反向旋转，并在进行一次反向旋转后停止旋转，控制单元控制机器人以该次反向旋转后的朝向继续前进。

4.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述机器人还包括电量检测模块，所述电量检测模块用于检测所述机器人本体的剩余电量，并在所述剩余电量低于预设值时生成并发送触发信号给所述控制单元，所述控制单元根据该触发信号开启充电对准功能。

5.根据权利要求1所述的机器人，其特征在于，所述红外接收单元包括红外接收头、遮光罩以及凸透镜，所述遮光罩设置有进光口，所述凸透镜设置在所述进光口，所述红外接收头收容于所述遮光罩中并朝向所述凸透镜。

6.一种充电设备，用于给权利要求1-5任一项所述的机器人进行充电，其特征在于，所述充电设备包括充电座以及设置于所述充电座上的第二充电接头和红外发射模块；

所述红外发射模块包括：

红外发射头，用于发射红外信号；

第一光学组件，用于使红外发射头发出的红外信号沿着一轴线以预定角度发散，并且信号强度随着偏离所述轴线角度的增大而减小。

7.根据权利要求6所述的充电设备，其特征在于，所述第一光学组件包括鱼眼透镜和曲面光学雾透镜，所述红外发射头、所述曲面光学雾透镜以及所述鱼眼透镜依次沿着所述轴线设置于所述充电座上。

8.根据权利要求6所述的充电设备，其特征在于，还包括红外发射调制模块，所述红外发射调制模块与所述红外发射模块连接，用于将采用正弦波调制后的红外信号发送到所述红外发射模块。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述充电设备还包括充电检测模块，分别与所述第二充电接头以及所述红外发射模块连接，用于检测是否在进行充电，并在检测到在进行充电时发送关闭信号给红所述外发射模块使得红外发射模块停止发射红外信号。

10.一种机器人充电对准方法，其特征在于，所述方法包括：

a、控制机器人沿着一初始方向前进；

b、接收充电设备发出的红外信号；

c、检测所述红外信号的强度；

d、根据所述红外信号的强度发送控制信号给所述机器人本体以调整该机器人的行走方向，从而在机器人的行进过程中经过若干次调整后实现机器人的第一充电接头与充电设备的第二充电接头对准。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤d包括：

当所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制机器人停止前进；

控制机器人旋转并在旋转过程中实时监测并记录朝向各个方向时红外信号的检测值；

控制机器人朝向检测值最大的方向前进。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤d具体包括：

在所述红外信号的强度随机器人前进而降低时，控制机器人停止前进，然后控制机器人按照第一方向以预设步进角度旋转；

若红外信号的强度随机器人的旋转而减弱，则控制所述机器人以所述预设步进角度反向旋转；

若红外信号的强度随机器人的旋转而增强，则控制所述机器人保持原先的旋转方向以所述预设步进角度旋转，直到检测到红外信号的强度降低后再控制机器人以所述预设步进角度进行一次反向旋转，并在进行一次反向旋转后停止旋转，控制机器人以该次反向旋转后的朝向继续前进。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，

在所述步骤b之前还包括以下步骤：

检测检测所述机器人本体的剩余电量，并在所述剩余电量低于预设值时生成用于触发开启充电对准功能的触发信号。

14.一种机器人充电***，其特征在于，所述***包括如权利要求1-5任一项所述的机器人以及如权利要求6-9任一项所述的充电设备。