[发明专利]基于摄像头与激光引导定位的机器人自主充电系统及方法

权利要求书

1.一种基于摄像头与激光引导定位的机器人自主充电方法，其特征在于：所采用的机器人自主充电系统包括激光引导式充电桩(1)和搭载在机器人上的机器人充电控制电路(2)，所述激光引导式充电桩(1)包括底座(1-1)和安装在底座(1-1)上的激光引导控制电路板(1-14)，以及转动连接在底座(1-1)上且相啮合的第一齿轮(1-3)和第二齿轮(1-4)，所述底座(1-1)上通过舵机支架固定连接有位于第一齿轮(1-3)上方的舵机(1-6)，所述第一齿轮(1-3)与舵机(1-6)的输出轴固定连接，所述第二齿轮(1-4)上固定连接有电源插入挡板(1-7)，所述电源插入挡板(1-7)的下部固定连接有激光发射器(1-8)，所述电源插入挡板(1-7)的上部固定连接有充电接口(1-2)，所述充电接口(1-2)通过电源适配器与市电连接；所述激光引导控制电路板(1-14)上集成有激光引导控制电路，所述激光引导控制电路包括充电桩微控制器(1-15)、与充电桩微控制器(1-15)相接的充电桩无线通信模块(1-16)和为所述激光引导控制电路中各用电模块供电的电源电路(1-17)，所述舵机(1-6)与充电桩微控制器(1-15)的输出端连接，所述充电桩微控制器(1-15)的输出端还接有激光发射驱动电路(1-18)，所述激光发射器(1-8)与激光发射驱动电路(1-18)连接；所述机器人充电控制电路(2)包括机器人微控制器(2-1)和与机器人微控制器(2-1)相接且用于与充电桩无线通信模块(1-16)无线连接并通信的机载无线通信模块(2-2)；所述机器人微控制器(2-1)的输入端接有摄像头(2-3)、超声波传感器(2-4)、用于检测机器人供电电池的电量的电池电量检测电路(2-6)和用于接收激光发射器(1-8)发射的激光信号的激光接收器(2-7)，所述机器人微控制器(2-1)的输出端接有用于驱动机器人行走电机的电机驱动器(2-8)和用于为机器人供电电池充电的电池充电电路(2-9)，所述电池充电电路(2-9)上连接有用于连接到充电接口(1-2)上的充电插头(2-5)；

该方法包括以下步骤：

步骤一、摄像头定位，其具体过程为：机器人微控制器(2-1)通过电机驱动器(2-8)驱动机器人行走电机带动机器人行走，机器人行走过程中，机器人微控制器(2-1)采集超声波传感器(2-4)检测到的距离信号，并根据距离信号判断前方是否有障碍物，当发现前方有障碍物信号时，左转或者右转至前方空旷地带继续行走；同时，机器人微控制器(2-1)采集摄像头(2-3)拍摄到的图像，并调用图像光源识别处理模块，对摄像头(2-3)拍摄到的图像进行分析处理，判断摄像头(2-3)拍摄到的图像中能否获取到激光发射器(1-8)发射的光，当摄像头(2-3)拍摄到的图像中不能获取到激光发射器(1-8)发射的光时，继续行走，当摄像头(2-3)拍摄到的图像中能够获取到激光发射器(1-8)发射的光时，保持此时机器人的位置，并判断为此时的充电插头(2-10)面向了充电接口(1-2)，执行步骤二；

步骤二、激光引导定位，其具体过程为：

步骤201、机器人微控制器(2-1)通过机载无线通信模块(2-2)向远程服务端(1)发送激光引导定位开始指令；

步骤202、当远程服务端(1)的服务端微控制器(1-1)通过服务端无线通信模块(1-3)接收到机器人微控制器(2-1)发送的激光引导定位开始指令后，通过激光发射驱动电路(1-6)驱动激光发射器(1-8)发射激光，并产生周期为50Hz，脉宽为0.5ms的方波，使舵机(1-6)复位；

步骤203、机器人微控制器(2-1)产生的方波脉宽由0.5ms向2.5ms、每50ms增加0.01ms的速度递增，递增至2.5ms时，再按照每50ms减小0.01ms的速度，递减至0.5ms，不断重复，每一次增加或减少完成，均等待20ms，驱动舵机(1-6)转动，舵机(1-6)转动时带动第一齿轮(1-3)转动，第一齿轮(1-3)再带动第二齿轮(1-4)转动，第二齿轮(1-4)再带动电源插入挡板(1-7)转动，进行激光引导定位，直至激光接收器(2-7)接收到激光发射器(1-8)发射的激光信号；

步骤204、机器人微控制器(2-1)通过机载无线通信模块(2-2)向远程服务端(1)发送接收到激光信号指令；

步骤205、当远程服务端(1)的服务端微控制器(1-1)通过服务端无线通信模块(1-3)接收到机器人微控制器(2-1)发送的激光引导定位完成指令后，服务端微控制器(1-1)控制舵机(1-6)保持当前脉宽的方波，使得舵机(1-6)保持相应的转角不动，并向机器人充电控制电路(2)发送激光引导定位完成指令；

步骤206、机器人微控制器(2-1)通过机载无线通信模块(2-2)接收服务端微控制器(1-1)发送的激光引导定位完成指令后，通过电机驱动器(2-8)驱动机器人行走电机带动机器人直线移动，直线移动过程中，机器人微控制器(2-1)采集超声波传感器(2-4)检测到的距离信号，并根据距离信号向靠近电源插入挡板(1-7)的位置移动，直到充电插头(2-10)与充电接口(1-2)对接后，机器人停止运动，并开始充电。