CN107528370A - 一种智能安防机器人的自动充电***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能安防机器人的自动充电***及自动充电控制方法，其中自动充电***包括：远程控制端和至少一个安防机器人；所述安防机器人包括：主控模块以及与之相连的电量检测模块、通讯模块、驱动模块和充电模块；所述主控模块用于通过电量检测模块获取所述安防机器人的电池电量，并在低于预设阈值时通过通讯模块发送电量报警信号给远程控制端，并接收所述远程控制端反馈的充电行走路径，控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩位置，并控制所述充电模块与所述指定充电桩对接充电。本发明可以在安防机器人电量不足的时候自动导航至充电桩，并自动进行充电，提高了安防机器人的工作效率，节省了人力成本，实现了充电过程的无人化。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种智能安防机器人的自动充电***及其自动充电控制方法。
背景技术
我国安防行业经过数十年的发展，市场规模已经达到近5000亿元，其中产品占1800亿元。安防体系已有传统的人防发展为人防、物防和技防相结合，有效地保障了人民生命和财产安全。
随着人工智能技术和通讯技术等迅速发展，移动机器人顺势而生。机器人可以连续高强度工作，并且严格遵守作业流程，机器人还可以集成摄像头及多种传感器。将移动机器人应用于安防行业，可以获得在指定的区域执行自主巡逻以及实现其它安防功能的安防机器人。
但是，目前安防机器人通常缺乏自动充电功能，当管理者在发现安防机器人电量不足报警时，需要人为通过上位机发送控制信号给该安防机器人，为其指定充电桩，并为其规划好路径驱动其行走至指定充电桩处进行充电。因此，该控制方式依赖于管理者的实时监控与操作，自动化程度不高。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种智能安防机器人的自动充电***及其自动充电控制方法，将在安防机器人电量不足的时候自动导航至充电桩，并自动进行充电。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能安防机器人的自动充电***，包括：远程控制端和至少一个安防机器人；所述安防机器人包括：主控模块以及与之相连的电量检测模块、通讯模块、驱动模块和充电模块；所述电量检测模块用于检测安防机器人的电池电量；所述主控模块用于获取所述安防机器人的电池电量，并在低于预设阈值时通过通讯模块发送电量报警信号给远程控制端，并接收所述远程控制端反馈的充电行走路径，控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩位置，并控制所述充电模块与所述指定充电桩对接充电；所述远程控制端用于接收所述安防机器人的电量报警信号，并根据安防机器人的实时位置以及充电桩位置信息指定充电桩，并规划出充电行走路径发送给所述安防机器人。
优选地，所述安防机器人包括设置于安防机器人本体上的激光雷达和/或红外传感器；所述主控模块按照所述充电行走路径控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩后，获取所述激光雷达和/或红外传感器扫描的充电桩接口位置信息，并根据该充电桩接口位置信息通过驱动模块对安防机器人的位置进行微调，并发送充电信号控制所述充电模块与所述指定充电桩对接充电。
优选地，所述充电模块包括充电电机、充电丝杠、充电丝杠滑块、传动杆、挡板、充电电刷和电流检测传感器；所述充电丝杠的一端与所述充电电机的输出轴连接，另一端与所述挡板连接，且所述充电丝杠能够相对所述挡板转动，所述充电丝杠滑块套设在所述充电丝杠上；所述传动杆与所述充电丝杠平行设置，且所述传动杆的一端与所述充电丝杠滑块连接，另一端穿过所述挡板与所述充电电刷连接；所述充电丝杠转动时，所述充电丝杠滑块沿所述充电丝杠轴向移动，并通过所述传动杆推动所述充电电刷移动；所述电流检测传感器用于检测充电电流。
优选地，所述主控模块与所述电流检测传感器连接，用于通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给所述远程控制端。
优选地，所述主控模块用于控制所述安防机器人在以下模式间切换：正常运行状态、驶向充电桩状态、正在充电状态、返回上一次电量低的状态和返回正常巡逻起点状态。
优选地，所述远程控制端包括充电路径规划单元，用于通过以下方式指定充电桩：
1)获取与安防机器人的实时位置距离最近的充电桩A，并判断充电桩A是否空闲，是则转步骤2)；否则转步骤3)；
2)确定充电桩A为指定充电桩；
3)当充电桩A非空闲时，获取与安防机器人的实时位置最近的空闲充电桩B；
4)判断是否满足以下公式：
其中ta为充电桩A的充电结束时间，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，为所述安防机器人的平均行走速度；
是转步骤5)，否则转步骤6)；
5)判断是否满足以下公式：
Lia-Lib+Laf-Lbf≥0
其中，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
6)判断是否满足以下公式：
其中，ta为充电桩A的充电结束时间，为所述安防机器人的平均行走速度Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
7)确定充电桩B为指定充电桩。
本发明还提供了一种智能安防机器人的自动充电控制方法，包括以下步骤：
S1、检测安防机器人的电池电量；
S2、在判断安防机器人的电池电量低于预设阈值时发送电量报警信号给远程控制端；
S3、远程控制端根据安防机器人的实时位置以及充电桩位置信息指定充电桩，并规划出充电行走路径发送给所述安防机器人；
S4、按照所述充电行走路径控制安防机器人行走至指定充电桩；
S5、控制安防机器人的充电模块与所述指定充电桩对接充电。
优选地，所述步骤S4包括：
S41、按照所述充电行走路径控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩；
S42、获取激光雷达和/或红外传感器扫描的充电桩接口位置信息；
S43、根据所述充电桩接口位置信息通过驱动模块对安防机器人的位置进行微调，并发送充电信号给所述充电模块。
优选地，所述步骤S5包括：通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给所述远程控制端。
优选地，所述步骤S3包括：
1)获取与安防机器人的实时位置距离最近的充电桩A，并判断充电桩A是否空闲，是则转步骤2)；否则转步骤3)；
2)确定充电桩A为指定充电桩；
3)当充电桩A非空闲时，获取与安防机器人的实时位置最近的空闲充电桩B；
4)判断是否满足以下公式：
其中ta为充电桩A的充电结束时间，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，为所述安防机器人的平均行走速度；
是转步骤5)，否则转步骤6)；
5)判断是否满足以下公式：
Lia-Lib+Laf-Lbf≥0
其中，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
6)判断是否满足以下公式：
其中，ta为充电桩A的充电结束时间，为所述安防机器人的平均行走速度Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
7)确定充电桩B为指定充电桩。
实施本发明的智能安防机器人的自动充电***，具有以下有益效果：本发明可以将繁琐的充电控制步骤全部交给安防机器人和远程控制端自动完成，在安防机器人电量不足的时候自动导航至充电桩，并自动进行充电，提高了安防机器人的工作效率，节省了人力成本，实现了充电过程的无人化。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例提供的智能安防机器人的自动充电***的原理框图；
图2为根据本发明优选实施例中充电模块的轴侧图；
图3为根据本发明优选实施例中充电模块的主视图；
图4为根据本发的安防机器人状态切换管理的示意图；
图5为根据本发明的智能安防机器人的自动充电控制方法的流程图；
图6为根据本发明的智能安防机器人的自动充电控制方法中指定充电桩步骤的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为根据本发明优选实施例提供的智能安防机器人的自动充电***的原理框图。如图1所示，本发明第一方面，提供了一种智能安防机器人的自动充电***，包括至少一个安防机器人100，以及与之通讯的远程控制端200。
所述至少一个安防机器人100布置在需要巡逻的区域，通过无线网络与远程控制端200通讯。远程控制端200通过GPS定位能够实时检测到每个安防机器人的具***置，并通过对智能安防机器人上传的环境数据进行分析，执行进一步的安全报警等操作，例如通过声光提醒或者发送短信通知管理员。同时远程控制端200可根据需要对每一台智能安防机器人进行控制。也就是说，本发明的安防机器人可以作为物理实施端，实现远程控制端200对每一台安防机器人的100的实时控制，满足对场区的智能安防的要求。
本发明提供了一套完整的智能安防机器人的自动充电***方案。其中，安防机器人100至少包括主控模块110以及与之相连的：电量检测模块120、通讯模块130、驱动模块140和充电模块150。
其中，电量检测模块120用于检测安防机器人的电池电量。
通讯模块130用于与远程控制端200通讯。优选地，该通讯模块130可采用无线通讯方式实现。
驱动模块140用于驱动安防机器人的行走机构，按照规划的路径行走。该驱动模块140可以采用驱动电机实现。
主控模块110用于通过电量检测模块120获取安防机器人的电池电量，并在该电池电量低于预设阈值时通过通讯模块130发送报警信号给远程控制端200。该主控模块110还用于接收远程控制端200反馈的充电行走路径，并控制驱动模块140使安防机器人行走至指定充电桩位置，并控制充电模块150与指定充电桩对接充电。优选地，主控模块110还在安防机器人的电量充满时控制安防机器人继续巡航，例如回到电量报警时的位置继续向任务目的地行走。更优选地，在电量充满后可以控制安防机器人从指定充电桩位置向任务目的地重新规划路径，并行走完成巡航任务。
远程控制端200则用于接收安防机器人100的报警信号，并根据安防机器人的实时位置以及充电桩位置信息指定充电桩，并规划出充电行走路径发送给安防机器人100。
通过上述设置，本发明的智能安防机器人的自动充电***可以在安防机器人电量不足时找到最近的充电桩进行充电，电量充满后，继续进行巡航。
在本发明更优选的实施例中，该安防机器人还包括设置于安防机器人本体上的激光雷达160和/或红外传感器170。主控模块110按照充电行走路径控制驱动模块140使安防机器人100行走至指定充电桩后，获取激光雷达160和/或红外传感器170扫描的充电桩接口位置信息，并根据该充电桩接口位置信息通过驱动模块170对安防机器人的位置进行微调，并发送充电信号并控制充电模块150与指定充电桩对接充电。
如图2和3所示，为本发明优选实施例提供的智能安防机器人的自动充电***中充电模块的结构图。该充电装置包括充电电机31、充电丝杠34、充电丝杠滑块35、传动杆36、挡板33、充电电刷和电流检测传感器。充电丝杠34的一端与充电电机31的输出轴连接，另一端与挡板33连接，且充电丝杠34能够相对挡板33转动，充电丝杠滑块35套设在充电丝杠34上。传动杆36与充电丝杠34平行设置，且传动杆36的一端与充电丝杠滑块35连接，另一端穿过挡板33与充电电刷连接；充电丝杠34转动时，充电丝杠滑块35沿充电丝杠34轴向移动，并通过传动杆36推动充电电刷移动。电流检测传感器(图中未示出)用于检测充电电流。
如图2和图3所示，本实施例中还包括支撑板32，支撑板32与挡板33平行相对设置，支撑板32套设在充电丝杠34上。充电丝杠34的一端穿过支撑板32后，通过联轴器7与充电电机31同轴连接，另一端连接在挡板33上。
当然，在另一个实施例中，充电丝杠34与充电电机31也可以采用同步轮连接，充电电机31同样可以带动充电丝杠34转动。
具体地，本实施例中所采用的充电电机31为57步进电机，联轴器7为GR波纹管联轴器。当然也可以根据实际情况需要而选择其他型号的充电电机31和联轴器7。
充电电机31通过充电电机支架311固定在智能安防机器人的自动充电***的本体中。充电电机支架311为L型结构，充电电机31的输出端穿过充电电机支架311与充电丝杠34连接。
充电丝杠34能够相对支撑板32和挡板33转动。支撑板32上设有用于穿设充电丝杠34的过孔，过孔内设有角接触轴承8，孔用弹性挡圈81设置在角接触轴承8的外侧，防止角接触轴承8脱离过孔。充电丝杠34穿过角接触轴承8的内孔后与充电电机31连接。当充电电机31转动时，充电丝杠34同步转动，充电丝杠34与角接触轴承8配合，角接触轴承8能够使充电丝杠34相对支撑板32转动时不受阻碍。
优选的，在另一个实施例中，挡板33也可以采用设有角接触轴承8过孔来穿设充电丝杠34。支撑板32和挡板33起支撑与限制充电丝杠34位置的作用，同时不影响充电丝杠34的转动。
如图2所示本实施例中采用了四根传动杆36。充电丝杠滑块35穿设在充电丝杠34上，传动杆36平行于充电丝杠34，一端与充电丝杠滑块35连接，另一端穿过挡板33与充电电刷连接。
充电丝杠滑块35的一侧连接有充电丝杠螺母351。具体地，充电丝杠螺母351连接在充电丝杠滑块35的左侧(以图3所示的方向而定)。充电丝杠螺母351与充电丝杠滑块35上用于穿设充电丝杠34的过孔同心设置。充电丝杠滑块35通过充电丝杠螺母351与充电丝杠34啮合。转动充电丝杠34，与充电丝杠34充电丝杠螺母351沿充电丝杠34移动，拖动或推动充电丝杠滑块35沿充电丝杠34轴向移动，将充电丝杠34的转动转化为充电丝杠滑块35的直线运动。当然，在另一个实施例中，充电丝杠滑块35的过孔也可以是螺纹孔，充电丝杠滑块35通过内部的螺纹孔与充电丝杠34啮合。
当充电丝杠34转动时，充电丝杠滑块35发生移动，并通过传动杆36推动充电电刷移动。传动杆36使得充电电刷移动过程中可以保持稳定，充电接头伸出安防机器人本体充电时不会发生晃动。
如图2和图3所示，优选地，四根传动杆36分别设置在充电丝杠滑块35的四角上，将充电丝杠34围绕在中间，且到充电丝杠34的距离相等，这样的结构是为了使得受力更为均匀，传动过程更为稳定。
充电电刷包括电刷连接板37、电刷正极372和电刷负极373，电刷正极372和电刷负极373通过压缩弹簧与电刷连接板37的外侧连接，电刷连接板37的内侧与传动杆36连接。由于电刷正极372和电刷负极373均通过压缩弹簧安装到绝缘板上，压缩弹簧在与充电桩接触过程中起到减震作用，减少了充电接头对充电装置和充电桩的冲击，同时可以有效的避免电刷出现虚接，造成冒火花现象。
另外，普通的充电电刷与充电桩上的电刷面积比约为，本实施例中的充电电刷为加大的电刷，面积约为充电桩上的电刷的2～4倍。增大充电电刷的有效接触面积后，充电时，智能安防机器人本体不必进行精确的移动，即可正常充电，能够更为安全可靠的完成充电过程。
优选地，还设有绝缘层371，电刷正极372和电刷负极373通过绝缘层371与电刷连接板37与连接。具体到本实施例中，电刷连接板37与传动杆36垂直设置，电刷正极372和电刷负极373平行间隔安装在绝缘板上，绝缘板再安装到电刷连接板37上。
优选地，电刷连接板37上方还设有横向隔板，位于电刷正极372和电刷负极373上方。智能安防机器人的自动充电***本体的外壳上对应位置设有铰接的挡片作为充电开口，电刷连接板37伸出时，横向隔板推动挡片转动，充电电刷伸出智能安防机器人的自动充电***的本体进行充电，电刷连接板37收回时，铰接的挡片落下，遮挡住充电开口，防止机器人内部落灰。
如图2和图3所示，优选地，挡板33一侧还设有平行于充电丝杠34的导轨38，导轨38上设有可沿导轨38滑动的导轨滑块381，导轨滑块381一端套设在导轨38上，另一端与充电丝杠滑块35连接。具体到本实施例中，导轨38设置在支撑板32和挡板33的底部，安装时，导轨38可固定在智能安防机器人的自动充电***本体内，支撑板32和挡板33的底部套设在导轨38上。导轨滑块381的底部套接在导轨38，顶部连接充电丝杠滑块35，导轨38和导轨滑块381相互配合，能够在传动过程中减轻充电丝杠滑块35对于充电丝杠34的压力，使得充电丝杠滑块35可以更容易移动，并且不容易发生位置偏移。
进一步地，为确保充电丝杠滑块35沿充电丝杠34移动时不会超出行程，对充电电机31造成损伤，挡板33侧部还设置有两个限位开关5，一般情况下的充电不会触碰到限位开关5，当充电电机31出现丢步或者程序出现错误时，充电丝杠滑块35或电刷连接板37将会触发限位开关5，将充电电机31断电，防止出现事故。
当然，在另一个实施例中，也可以在挡板33和支撑板32上分别设置一个限位开关5，当充电丝杠滑块35即将超出行程时，触发限位开关5使充电电机31迅速停止转动。
如何设置两个限位开关5取决于传动杆36和充电丝杠34中较短的一方：若传动杆36较短，则两个限位开关5分别设置在挡板33和支撑板32上；若充电丝杠34较短，则两个限位开关5均设置在挡板33；若二者行程相同，即电刷连接板37触碰到挡板33时充电丝杠滑块35也触碰到支撑板32，则两种设置方案都一样。
为了防止充电电机31出现丢步现象，充电丝杠滑块35上装有磁体61，在本实施例中磁体61选用的是小磁铁，安装在充电丝杠滑块35底部一侧，霍尔接近开关62安装在安防机器人本体内，且充电丝杠滑块35处于初始位置时霍尔接近开关62位于小磁铁的正下方。在充电丝杠34行程中安装霍尔接近开关62，小磁铁经过霍尔接近开关62时，可实现充电电机31归零，清除累积误差，防止充电电机31出现丢步现象，提高充电装置运动的精度。
优选地，挡板33的左右两侧(以图3所示方向为准)和支撑板32靠近充电丝杠滑块35的一侧还设有缓冲垫(图中未示出)，当然，在另一个实施例中，也可以在充电丝杠滑块35的左右两侧以及电刷连接板37靠近挡板33的一侧设置缓冲垫。缓冲垫可以选用弹性橡胶等减震材料，能够在出现意外事故时，防止充电丝杠滑块35和电刷连接板37直接与支撑板32或挡板33发生碰撞，减轻充电丝杠滑块35和电刷连接板37对装置的冲击，防止装置发生损坏。
本实施例中，主控模块110与充电模块150连接。本发明的自动充电过程如下所述。首先，主控模块110监测安防机器人内的电池电量，并在判断电池电量低于预设阈值时发送电量报警信号给远程控制端200。机器人的电量受到机器人智能算法的严密监控，每隔一定的时间周期，机器人就会读取当前的剩余电量，当发现电量低于一定的阀值，就会启动自充电***。远程控制端200根据安防机器人的实时位置及充电桩的位置指定充电桩，并规划好充电行走路径，发送给安防机器人100，控制驱动模块140使安防机器人行走至指定充电桩附近。优选地，该远程控制端200可以利用预存的地图中充电桩的位置，或者安防机器人通过激光雷达实时扫描的充电桩的位置进行路径规划。该远程控制端200也可以通过GPS获取智能安防机器人的自动充电***的实时位置，或者直接获取安防机器人上传的安防机器人的实时位置进行路径规划。在本发明的另一个实施例中，远程控制端200在指定充电桩后，也可以直接将指定充电桩的位置信息发送给该安防机器人，由安防机器人根据扫描的环境地图以及实时位置规划充电行走路径。智能安防机器人的自动充电***在行走至指定充电桩附近时，主控模块110获取激光雷达160和/或红外传感器170扫描的充电桩接口位置信息，并根据该充电桩接口位置信息通过驱动模块170对安防机器人的位置进行微调。优选地，激光雷达160安装在安防机器人本体的中部，位于充电模块的上方，安装时需保证270°范围内没有遮挡。并且，安防机器人的外壳上在安装激光雷达160的位置设有开口，保证激光雷达160的使用环境。激光雷达160能够探测周围障碍物，也能够在充电模块工作时，探测充电桩的位置，确保充电电刷能够准确的***充电桩。在确认充电桩的位置无误后，主控模块110发送充电信号并控制充电模块150与指定充电桩对接充电。例如主控模块110发送充电信号给充电电机31使充电电刷与充电桩接口对接，并通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给远程控制端200。安防机器人100在正常工作时，充电头处于收回的状态，但是当安防机器人100因电量低，自动导航到充电桩位置时，与周围做精确匹配后，安防机器人100启动充电头控制过程。
使用时，充电电机31带动充电丝杠34转动，充电丝杠滑块35沿充电丝杠34和导轨38向挡板33方向移动，由于传动杆36连接在充电丝杠滑块35和充电电刷之间，充电电刷与充电丝杠滑块35同步向外侧移动，伸出安防机器人本体，***充电桩进行充电，电能充入安防机器人本体中的电池内。充电结束后，充电电机31带动充电丝杠34反向转动，充电丝杠滑块35沿充电丝杠34和导轨38向支撑板32方向移动，传动杆36带动充电电刷收回。
需要说明的是，电刷正极372和电刷负极373的位置和大小可以根据需要发生变化，但相应的，充电桩也应调整，与充电装置的充电电刷相匹配。
请参阅图4，为根据本发的安防机器人状态切换管理的示意图。如图4所示，主控模块110用于控制安防机器人在以下模式间切换：正常运行状态、驶向充电桩状态、正在充电状态、返回上一次电量低的状态和返回正常巡逻起点状态。安防机器人100的各种状态较多，涉及到自动充电的状态有：
正常运行状态(running)，该状态表明电池电量充足，即高于预设阈值，安防机器人在正常的执行巡逻任务。
驶向充电桩状态(goto charge point)，当主控模块110接收远程控制端200反馈的充电行走路径时，同时也接收到远程控制端200的充电指令，此时安防机器人100按照充电行走路径行走至指定充电桩位置。
正在充电状态(charging)，当主控模块110控制充电模块150与指定充电桩对接充电，并且通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，则切换至正在充电状态。
返回上一次电量低的状态(return battery low point)，当主控模块110检测到电池电量充满时，充电结束，收回充电电刷，并切换至返回上一次电量低的状态，即控制安防机器人回到电量报警时的位置。
返回正常巡逻起点状态(return start point)，当安防机器人回到电量报警时的位置时，切换至返回正常巡逻起点状态，继续向任务目的地行走执行巡逻任务，在任务完成后回到正常巡逻的起点。
本发明提供了这些状态之间切换的完整流程，保证了时序性和可靠性。
本发明还提供了上述智能安防机器人的自动充电控制方法。请参阅图5，为根据本发明的智能安防机器人的自动充电控制方法的流程图。如图5所示，该流程包括：
S1、检测安防机器人100的电池电量；
S2、在判断安防机器人100的电池电量低于预设阈值时发送电量报警信号给远程控制端200；
S3、远程控制端200根据安防机器人的实时位置以及充电桩位置信息指定充电桩，并规划出充电行走路径发送给安防机器人100；
S4、按照充电行走路径控制安防机器人100行走至指定充电桩；
S5、控制安防机器人100的充电模块150与指定充电桩对接充电。
优选地，步骤S4包括：
S41、按照所述充电行走路径控制所述驱动模块140使安防机器人100行走至指定充电桩；
S42、获取激光雷达160和/或红外传感器170扫描的充电桩接口位置信息；
S43、根据所述充电桩接口位置信息通过驱动模块140对安防机器人的位置进行微调，并发送充电信号给充电模块150。
优选地，步骤S5包括：通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给远程控制端200。
本发明还提供了一套合理分配充电桩的方案。请参阅图6，为根据本发明的智能安防机器人的自动充电控制方法中指定充电桩步骤的流程图。优选地，上述步骤S3包括：
S30、流程开始。
S31、获取与安防机器人的实时位置距离最近的充电桩A，并判断充电桩A是否空闲，是则转步骤S32；否则转步骤S33；
S32、确定充电桩A为指定充电桩；
S33、当充电桩A非空闲时，获取与安防机器人的实时位置最近的空闲充电桩B。当充电桩A非空闲时，安防机器人即使行走至最近的充电桩A，也可能需要再等待时间，因此本发明还获取最近的空闲充电桩B的位置，随后进行比对，确定最终指定哪个充电桩最为合理。
S34、判断是否满足以下公式(1)，是则转步骤S35，否则转步骤S36；
其中ta为充电桩A的充电结束时间，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，为所述安防机器人的平均行走速度。
S35、判断是否满足以下公式(2)，是则转步骤S37，否则转步骤S32；
Lia-Lib+Laf-Lbf≥0 (2)
其中，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
当满足上述公式(1)时，说明安防机器人100行走到充电桩A的时间大于充电桩A当前对接的安防机器人充电结束的时间，因此无需等待。此时，现有技术中通常会选择距离安防机器人实时位置最近的充电桩A，但是本发明还考虑到一种情况，即充电桩A的位置最近，并不代表安防机器人完成充电过程以及充电后返回任务目的地的距离最短。因此需要综合考虑两者的完成充电过程以及充电后返回任务目的地的距离。当判断满足公式(2)时，代表安防机器人到充电桩A完成充电过程以及充电后返回任务目的地的距离大于到充电桩B的距离，因此确定充电桩B为指定充电桩。当不满足公式(2)时，情况相反，因此确定充电桩A为指定充电桩。
S36、判断是否满足以下公式(3)，是则转步骤S37，否则转步骤S32；
其中，ta为充电桩A的充电结束时间，为所述安防机器人的平均行走速度Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离。
当判断满足公式(3)时，代表安防机器人到充电桩A完成充电过程以及充电后返回任务目的地的距离大于到充电桩B的距离，因此确定充电桩B为指定充电桩。当不满足公式(3)时，情况相反，因此确定充电桩A为指定充电桩。
S37、确定充电桩B为指定充电桩。
上述智能安防机器人的自动充电***中也可以包括充电路径规划单元，用于通过上述步骤S3的具体流程S31-S37为安防机器人100指定充电桩。
综上所述，本发明可以将繁琐的充电控制步骤全部交给安防机器人和远程控制端自动完成，在安防机器人电量不足的时候自动导航至充电桩，并自动进行充电，当机器人充电完成后，将再次恢复到正常的安防巡逻工作中。通过这种自动充电***，安防机器人将可以实现全天候不间断工作。并且提高了安防机器人的工作效率，节省了人力成本，实现了充电过程的无人化。安保人员不再需要处理机器人的充电事宜，只需在中控室监控个安防机器人的实时视频，将精力集中在各种疑难，突发事件上。
应该理解地是，本发明的智能安防机器人的自动充电***与其自动充电控制方法原理相同，因此对智能安防机器人的自动充电***的具体实施例的阐述也适用于自动充电控制方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种智能安防机器人的自动充电***，其特征在于，包括：远程控制端和至少一个安防机器人；
所述安防机器人包括：主控模块以及与之相连的电量检测模块、通讯模块、驱动模块和充电模块；所述电量检测模块用于检测安防机器人的电池电量；所述主控模块用于获取所述安防机器人的电池电量，并在低于预设阈值时通过通讯模块发送电量报警信号给远程控制端，并接收所述远程控制端反馈的充电行走路径，控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩位置，并控制所述充电模块与所述指定充电桩对接充电；
所述远程控制端用于接收所述安防机器人的电量报警信号，并根据安防机器人的实时位置以及充电桩位置信息指定充电桩，并规划出充电行走路径发送给所述安防机器人。
2.根据权利要求1所述的智能安防机器人的自动充电***，其特征在于，所述安防机器人包括设置于安防机器人本体上的激光雷达和/或红外传感器；
所述主控模块按照所述充电行走路径控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩后，获取所述激光雷达和/或红外传感器扫描的充电桩接口位置信息，并根据该充电桩接口位置信息通过驱动模块对安防机器人的位置进行微调，并发送充电信号控制所述充电模块与所述指定充电桩对接充电。
3.根据权利要求1或2所述的智能安防机器人的自动充电***，其特征在于，所述充电模块包括充电电机、充电丝杠、充电丝杠滑块、传动杆、挡板、充电电刷和电流检测传感器；
所述充电丝杠的一端与所述充电电机的输出轴连接，另一端与所述挡板连接，且所述充电丝杠能够相对所述挡板转动，所述充电丝杠滑块套设在所述充电丝杠上；所述传动杆与所述充电丝杠平行设置，且所述传动杆的一端与所述充电丝杠滑块连接，另一端穿过所述挡板与所述充电电刷连接；所述充电丝杠转动时，所述充电丝杠滑块沿所述充电丝杠轴向移动，并通过所述传动杆推动所述充电电刷移动；所述电流检测传感器用于检测充电电流。
4.根据权利要求3所述的智能安防机器人的自动充电***，其特征在于，所述主控模块与所述电流检测传感器连接，用于通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给所述远程控制端。
5.根据权利要求1或2所述的智能安防机器人的自动充电***，其特征在于，所述主控模块用于控制所述安防机器人在以下模式间切换：正常运行状态、驶向充电桩状态、正在充电状态、返回上一次电量低的状态和返回正常巡逻起点状态。
6.根据权利要求1或2所述的智能安防机器人的自动充电***，其特征在于，所述远程控制端包括充电路径规划单元，用于通过以下方式指定充电桩：
1)获取与安防机器人的实时位置距离最近的充电桩A，并判断充电桩A是否空闲，是则转步骤2)；否则转步骤3)；
2)确定充电桩A为指定充电桩；
3)当充电桩A非空闲时，获取与安防机器人的实时位置最近的空闲充电桩B；
4)判断是否满足以下公式：
<mrow>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo><</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>L</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</msub>
<mover>
<mi>v</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中ta为充电桩A的充电结束时间，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，为所述安防机器人的平均行走速度；
是转步骤5)，否则转步骤6)；
5)判断是否满足以下公式：
Lia-Lib+Laf-Lbf≥0
其中，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
6)判断是否满足以下公式：
<mrow>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>*</mo>
<mover>
<mi>v</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
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<mi>i</mi>
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<mo>+</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mrow>
<mi>a</mi>
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</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>L</mi>
<mrow>
<mi>b</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&GreaterEqual;</mo>
<mn>0</mn>
</mrow>
其中，ta为充电桩A的充电结束时间，为所述安防机器人的平均行走速度Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
7)确定充电桩B为指定充电桩。
7.一种智能安防机器人的自动充电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、检测安防机器人的电池电量；
S2、在判断安防机器人的电池电量低于预设阈值时发送电量报警信号给远程控制端；
S3、远程控制端根据安防机器人的实时位置以及充电桩位置信息指定充电桩，并规划出充电行走路径发送给所述安防机器人；
S4、按照所述充电行走路径控制安防机器人行走至指定充电桩；
S5、控制安防机器人的充电模块与所述指定充电桩对接充电。
8.根据权利要求7所述的智能安防机器人的自动充电控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
S41、按照所述充电行走路径控制所述驱动模块使所述安防机器人行走至指定充电桩；
S42、获取激光雷达和/或红外传感器扫描的充电桩接口位置信息；
S43、根据所述充电桩接口位置信息通过驱动模块对安防机器人的位置进行微调，并发送充电信号给所述充电模块。
9.根据权利要求7或8所述的智能安防机器人的自动充电控制方法，其特征在于，所述步骤S5包括：通过电流检测传感器检测充电电流，当检测到充电电流时判断充电成功，否则判断充电失败，并反馈给所述远程控制端。
10.根据权利要求7或8所述的智能安防机器人的自动充电控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
1)获取与安防机器人的实时位置距离最近的充电桩A，并判断充电桩A是否空闲，是则转步骤2)；否则转步骤3)；
2)确定充电桩A为指定充电桩；
3)当充电桩A非空闲时，获取与安防机器人的实时位置最近的空闲充电桩B；
4)判断是否满足以下公式：
<mrow>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo><</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>L</mi>
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<mi>a</mi>
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</msub>
<mover>
<mi>v</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
</mover>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中ta为充电桩A的充电结束时间，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，为所述安防机器人的平均行走速度；
是转步骤5)，否则转步骤6)；
5)判断是否满足以下公式：
Lia-Lib+Laf-Lbf≥0
其中，Lia为充电桩A与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
6)判断是否满足以下公式：
<mrow>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
</msub>
<mo>*</mo>
<mover>
<mi>v</mi>
<mo>&OverBar;</mo>
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<mo>-</mo>
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<mi>a</mi>
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<mo>-</mo>
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<mi>L</mi>
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<mi>b</mi>
<mi>f</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>&GreaterEqual;</mo>
<mn>0</mn>
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其中，ta为充电桩A的充电结束时间，为所述安防机器人的平均行走速度Laf为充电桩A与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离，Lib为充电桩B与安防机器人的实时位置之间的行走距离，Lbf为充电桩B与安防机器人的任务目的位置之间的行走距离；
是则转步骤7)，否则转步骤2)；
7)确定充电桩B为指定充电桩。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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