[发明专利]一种机器人自主充电系统与控制方法

权利要求书

1.一种机器人自主充电系统的控制方法，其特征在于：

所述机器人自主充电系统包括：充电座控制单元、机器人充电单元、电机控制单元和上位机任务单元；

充电座控制单元包括充电座(8)、充电座电子罗盘、红外发射单元(1)和充电座控制器；

充电座(8)包括充电口(2)和电源接口(3)，其中电源接口(3)与电源适配器相连；

充电座(8)前方布置有水平标志带，两侧布置有垂直标志带，水平标志带和两个垂直标志带构成矩形的标志地带(9)，标志地带(9)包围充电座(8)；

充电座电子罗盘和充电座控制器设置在充电座(8)内；

红外发射单元(1)设置在充电座(8)上，所述红外发射单元(1)内设置三个红外发射器，用于分别向不同的发射方向发射不同的红外信号，每种信号的覆盖范围是60°，红外发射单元(1)内的三个红外发射器的覆盖范围是180°；

机器人充电单元，包括超声波传感器、红外接收器、红外对管(14)和电子罗盘(15)；

机器人为矩形，在机器人前端由右到左依次安装四个超声波传感器，分别为第一超声波传感器(10)、第二超声波传感器(11)、第三超声波传感器(12)和第四超声波传感器(13)，其中，第一超声波传感器(10)和第四超声波传感器(13)以及第二超声波传感器(11)和第三超声波传感器(12)分别关于机器人中心线对称；

在机器人的右侧、正前端和左侧分别布置有右红外接收器、前红外接收器和左红外接收器，每个红外接收器的接收角度为120度；

电子罗盘(15)设置在机器人内，机器人前端底部设置红外对管(14)；

电机控制单元，包括电机控制器和电机，用于处理由机器人充电单元或上位机任务单元传输的电机控制信息，对电机进行控制；

机器人充电单元和电机控制单元设置于机器人机体中；

所述控制方法包括如下步骤：

a.机器人执行当前任务；

b.判断机器人电量是否小于设定值，如果电量小于设定值，则执行步骤c；如果电量大于设定值，则返回步骤a，继续执行当前任务；

c.判断机器人是否接收到红外信号，如果机器人未接收到红外信号，则机器人原地旋转，并重新判断机器人是否接收到红外信号；如果机器人收到红外信号，则进入步骤d；

d.机器人根据接收到的红外信号选择相应的运动策略靠近充电座8；

安装在充电座(8)中的三个不同的红外发射管发射三种不同的红外信号，每种信号的覆盖范围是60°；

机器人位于红外信号覆盖范围内时，根据机器人上的三个红外接收器接收到的红外信号，判断当前机器人所在的区域与姿态，并确定机器人接下来的运动状态；

e.判断机器人是否到达对接区域，如果机器人未到达对接区域，则返回步骤d；如果机器人已经到达对接区域，则进入步骤f；

f.调用对接算法；

设置于机器人中的机器人充电单元中的电子罗盘(15)测量机器人的方位角度进而消除角度误差，当机器人的红外对管(14)检测到标志地带(9)后，机器人向充电座控制器发送获取充电座方位角度的指令，充电座控制器收到该指令后，将充电座电子罗盘测到的自身方位角度通过无线串口发回机器人充电单元，机器人充电单元将机器人中的电子罗盘(15)测到的机器人的角度与机器人收到的充电座的角度进行对比，得到电机控制信息，将该信息输出至电机控制单元，进而控制机器人调整姿态直至机器人的角度与充电座的角度一致，此刻机器人的前端面与标志地带(9)中的水平标志带平行；

当机器人检测到标志地带(9)并将机器人角度调整到与标志地带(9)中的水平标志带平行后，四个超声波传感器开始工作，通过比较四个超声波传感器所测量的距离信息，判断机器人与充电座(8)的相对位置，调用对接算法进行对接；

g.对接成功，开始充电；

在步骤d中，所述运动策略为：

机器人的右侧、正前端、左侧分别布置有右红外接收器(4)、前红外接收器(5)和左红外接收器(6)，I、II、III分别表示充电座(8)的红外发射单元(1)内的三个红外发射器从左至右发出的三种不同的红外信号，每种红外信号的覆盖范围是60°：

d1、机器人的三个红外接收器未收到任何信号时，机器人原地旋转；

d2、当只有左红外接收器(6)收到信号I时，则断定机器人当前处于a状态，此时机器人逆时针旋转；

d3、当前红外接收器(5)和左红外接收器(6)收到信号I时，则断定机器人当前处于b状态，此时机器人逆时针旋转；

d4、当右红外接收器(4)收到信号I时，则断定机器人当前处于c状态，此时机器人直行；

d5、当左红外接收器(6)收到信号II时，则断定机器人当前处于d状态，此时机器人逆时针旋转；

d6、当只有前红外接收器(5)收到信号II时，则断定机器人当前处于e状态，机器人直行；

d7、当右红外接收器(4)收到信号II时，则断定机器人当前处于f状态，此时机器人顺时针旋转；

d8、当只有右红外接收器(4)收到信号III时，则断定机器人当前处于i状态，此时机器人顺时针旋转；

d9、当右红外接收器(4)和前红外接收器(5)收到信号III时，则断定机器人当前处于h状态，此时机器人顺时针旋转；

d10、当左红外接收器(6)收到信号III时，则断定机器人当前处于g状态，此时机器人直行。