CN107145148A - 一种机器人自主充电*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人自主充电***，属于机器人自主定位和导航技术领域。***包括对外交互模块、ROS导航模块、运动控制模块和短距离控制模块；对外交互模块为人机交互提供平台，在自主充电过程中接收外界充电命令、控制***开始进行自主充电并对外界反馈充电结果；ROS导航模块在自主充电过程中将机器人导航到充电桩前1.5m范围内；运动控制模块在自主充电过程中，接收ROS导航模块的控制命令，控制电机做相应的导航动作，当机器人到达充电桩前1.5m左右后，根据短距离定位模块的数据控制机器人完成与充电桩的精确对接；本发明在实现自主充电过程中能够自动避开障碍物以及完成对外交互。
Description
技术领域
本发明涉及机器人自主定位和导航技术领域，具体涉及一种机器人自主充电***。
背景技术
近些年来机器人行业发展迅猛，机器人的市场需求也越来越大，同时对机器人的智能化要求也越来越高。越来越多的应用场景需要机器人具有自主充电功能，要实现自主充电必须先确定机器人相对于充电座的实时位置信息，并根据实时位置信息将其导航到充电座。在众多的定位技术里面，利用“基于激光雷达的ROS导航***”和“基于超声和红外的近距离定位***”能够完整、高效的实现任意位置的自主充电功能。目前该技术方案已经被使用到多种类型的机器人，比如商场导购机器人、银行迎宾机器人、机房巡检机器人、小区安保机器人等。
现有的机器人自主充电方案一般采用红外定位和导航***，此方案的原理为：在充电桩上安装红外发射装置，机器人上安装红外接收装置。充电桩上的红外发射装置不断地向外发射红外线，当机器人检查到电量较低后，开始控制机器人按照一定的方式不断地运动，直到机器人运动到充电桩附近并接收到红外线信号，然后利用接收的红外线信息，将机器人导航到充电桩，进行充电。
采用红外定位和导航***进行自主充电有以下三点缺陷：
1.此方案效率低，开始阶段机器人没有明确的路径规划，要不断地走来走去寻找红外线，多走很多的冤枉路；
2.此方案成功率低，因为红外线无法穿透物体，使得使用红外线只能够在视距范围内定位，就像我们的电视机遥控器用的红外线一样，如果有东西遮挡就失去了信号，那么机器人将无法找到红外线信号，自主充电功能将失效；
3.此方案智能化低，应用场合范围小，因为此方案开始阶段机器人要不断地走来走去以寻找红外线，智能度太低，因此这种方案只能被应用到低端的机器人上，如扫地机器人。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种机器人自主充电***，该***在实现自主充电过程中能够自动避开障碍物以及完成对外交互。
一种机器人自主充电***，该***包括对外交互模块、ROS导航模块、运动控制模块和短距离控制模块；
对外交互模块为人机交互提供平台，通过“麦克”或“液晶屏”接收用户的交互命令，通过“功放”和“液晶屏”对外输出机器人的回应信息；在自主充电过程中接收外界充电命令、控制***开始进行自主充电并对外界反馈充电结果；
ROS导航模块规划机器人的行走路径，为机器人导航，在自主充电过程中将机器人导航到充电桩前1.5m范围内；
运动控制模块用于控制机器人电机运动，在自主充电过程中，接收ROS导航模块的控制命令，控制电机做相应的导航动作，当机器人到达充电桩前1.5m左右后，根据短距离定位模块的数据控制机器人完成与充电桩的精确对接；
短距离定位模块计算出机器人相对于充电桩的精确坐标，并将坐标信息传送给运动控制模块。
进一步地，所述对外交互模块采用安卓控制核心通过USB和UART接口分别与ROS导航模块和运动控制模块实现信息交互。
进一步地，所述ROS导航模块采用激光雷达与内部的导航控制核心通过USB接口实现信息交互，导航控制核心通过USB和UART接口分别与对外交互模块和运动控制模块实现信息交互。
进一步地，所述运动控制模块采用运动控制核心通过485芯片与电机及驱动器实现信息交互，和通过UART接口与电池电量检测单元实现信息交互，运动控制核心通过三个UART接口分别与对外交互模块、ROS导航模块和短距离定位模块实现信息交互。
进一步地，所述短距离定位模块采用超声红外接收控制核心与超声红外接收单元之间实现信息交互，超声红外接收控制核心采用UART接口与运动控制模块之间实现信息交互。
有益效果：
本发明的自主充电***成本低、硬件电路和机械结构设计简单；内部功能模块划分明确，实现自主充电的成功率高，能够实现任意位置的自主充电功能；智能度高，有明确的路径规划功能，在实现自主充电过程中能够自动避开障碍物，而且能够实现有效的、亲切的对外交互。
附图说明
图1为本发明的***组成原理图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如附图1所示，本发明提供了一种机器人自主充电***，一种机器人自主充电***，该***包括对外交互模块、ROS导航模块、运动控制模块和短距离控制模块；
对外交互模块为人机交互提供平台，通过“麦克”或“液晶屏”接收用户的交互命令，通过“功放”和“液晶屏”对外输出机器人的回应信息；在自主充电过程中接收外界充电命令、控制***开始进行自主充电并对外界反馈充电结果；
ROS导航模块规划机器人的行走路径，为机器人导航，在自主充电过程中将机器人导航到充电桩前1.5m范围内；
运动控制模块用于控制机器人电机运动，在自主充电过程中，接收ROS导航模块的控制命令，控制电机做相应的导航动作，当机器人到达充电桩前1.5m左右后，根据短距离定位模块的数据控制机器人完成与充电桩的精确对接；
短距离定位模块计算出机器人相对于充电桩的精确坐标，并将坐标信息传送给运动控制模块。
对外交互模块采用安卓控制核心通过USB和UART接口分别与ROS导航模块和运动控制模块实现信息交互。
ROS导航模块采用激光雷达与内部的导航控制核心通过USB接口实现信息交互，导航控制核心通过USB和UART接口分别与对外交互模块和运动控制模块实现信息交互。
运动控制模块采用运动控制核心通过485芯片与电机及驱动器实现信息交互，和通过UART接口与电池电量检测单元实现信息交互，运动控制核心通过三个UART接口分别与对外交互模块、ROS导航模块和短距离定位模块实现信息交互。
在两种情况下机器人要启动自主充电***：
1、接收到外界“去充电”的命令，也就是用户命令机器人去充电；
当机器人接收到外界“去充电”的命令后，“安卓控制核心”将“开始自主充电”的命令发给“导航控制核心”和“运动控制核心”，“ROS导航模块”控制机器人将机器人导航到充电桩前1.5m左右的位置。然后“运动控制模块”开始接收“短距离定位模块”发来的定位信息，并控制机器人完成与充电桩的对接，开始充电。当电池电量检查单元检查到“电池已充满电”后，控制机器人离开充电桩，自此自主充电完成。在机器人自主充电过程中，机器人仍然可以自由的和外界交互，并且在走向充电桩的过程中能够自动避开障碍物。
2、机器人自己检测到自身电量低，主动控制机器人去充电。
当机器人的“电池电量检查单元”检查到电量不足时，“运动控制模块”将这一信息反馈给“对外交互模块”，“对外交互模块”给用户做出相应的交互内容，然后控制***进入“自主充电任务”，之后的流程和“1”的流程是一样的。
单纯的“ROS导航模块”能够完成机器人路径规划和自主避障功能，但是不能完成毫米级的精确控制；单纯的“近距离定位***”在有效的范围内能够做到毫米级别的精确控制，但是无法将机器人从任意位置导航到充电桩。所以两种方案相结合，取两种方案各自的优势实现智能机器人的自主充电功能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种机器人自主充电***，其特征在于，该***包括对外交互模块、ROS导航模块、运动控制模块和短距离控制模块；
对外交互模块为人机交互提供平台，通过“麦克”或“液晶屏”接收用户的交互命令，通过“功放”和“液晶屏”对外输出机器人的回应信息；在自主充电过程中接收外界充电命令、控制***开始进行自主充电并对外界反馈充电结果；
ROS导航模块规划机器人的行走路径，为机器人导航，在自主充电过程中将机器人导航到充电桩前1.5m范围内；
运动控制模块用于控制机器人电机运动，在自主充电过程中，接收ROS导航模块的控制命令，控制电机做相应的导航动作，当机器人到达充电桩前1.5m左右后，根据短距离定位模块的数据控制机器人完成与充电桩的精确对接；
短距离定位模块计算出机器人相对于充电桩的精确坐标，并将坐标信息传送给运动控制模块。
2.如权利要求1所述的机器人自主充电***，其特征在于，所述对外交互模块采用安卓控制核心通过USB和UART接口分别与ROS导航模块和运动控制模块实现信息交互。
3.如权利要求1所述的机器人自主充电***，其特征在于，所述ROS导航模块采用激光雷达与内部的导航控制核心通过USB接口实现信息交互，导航控制核心通过USB和UART接口分别与对外交互模块和运动控制模块实现信息交互。
4.如权利要求1所述的机器人自主充电***，其特征在于，所述运动控制模块采用运动控制核心通过485芯片与电机及驱动器实现信息交互，和通过UART接口与电池电量检测单元实现信息交互，运动控制核心通过三个UART接口分别与对外交互模块、ROS导航模块和短距离定位模块实现信息交互。
5.如权利要求1所述的机器人自主充电***，其特征在于，所述短距离定位模块采用超声红外接收控制核心与超声红外接收单元之间实现信息交互，超声红外接收控制核心采用UART接口与运动控制模块之间实现信息交互。
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