[发明专利]基于红外线和超声波的自主充电系统

说明书

技术领域

本发明涉及机器人定位导航技术领域，具体涉及一种基于红外线和超声波的自主充电系统。

背景技术

近几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，小型的基于红外线和超声波的定位技术则由于其体积小、电路简单、价格低等优势，在小范围定位方面得到越来越广泛的应用。尤其在室内超声波定位技术就显得更为方便。

为了实现机器人自主充电，部分企业采用双目视觉定位系统。此方案需要在充电座上安装特殊的像素点，并且在机器人上同一水平位置上安装两台相机，这两台相机同时对这些特殊像素点进行图像采集，然后以这两幅图片为数据源进行相应的算法处理，最终计算出充电座相对机器人的坐标信息，从而实现自主充电功能。

双目视觉系统的缺点是成本高、硬件系统和机械结构都复杂、算法实现难度大需要较高性能的处理器和相对更为专业的算法工程师才能实现，所以此方案在较短时间内很难得到大范围的应用和推广。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于红外线和超声波的自主充电系统，机器人每隔一个周期获取一次实时位置信息，根据实时位置信息调整机器人的运动方向，直到完全对准充电桩，完成对接开始充电。

基于红外线和超声波的自主充电系统，系统包括超声红外发射板模块、超声红外接收板模块和机器人自主充电运动控制算法模块；

所述超声红外发射板模块上电后，先对超声红外发射板模块中的处理器进行初始化，具体为：超声波和红外线发射控制管脚的初始化；定时器1初始化，用于产生40KHz的超声波载波；定时器2初始化用于产生56KHz的红外线载波；20ms软件定时器1初始化；

初始化完成后，开启软件定时器1，软件定时器1到时间后开始控制“红外发射管1”和“超声发射板1”发送红外线和超声波，软件定时器1再次到时间后开始控制“红外发射管1”和“超声发射板2”发射红外线和超声波；“超声发射板1”和“超声发射板2”发送的超声波载波(脉冲)数量不一样，用于接收端区分接收到的超声数据为哪个板子发出；软件定时器1一直循环工作，超声发射板1和超声发射板2轮流向外发射超声波；

所述超声红外接收板模块上电后，先对超声红外接收板模块中的处理器进行初始化，具体包括：初始化外部中断1，用于接收红外线信号；初始化外部中断2，用于接收超声波信号；初始化硬件定时器1，用于记录超声波从发射端到接收端之间传播的时间；初始化硬件定时器2，用于记录接收端接收到的超声波载波的脉冲数量；

初始化完成后，如果外部中断1被触发，说明已经接收到红外线信号，超声发射端也已经开始发送超声波信号，硬件定时器1开始计时；当外部中断2被触发后，说明已经接收到超声波信号，停止硬件定时器1的计时，同时硬件定时器2对接收到的超声波脉冲数量进行记录；假设硬件定时器1记录的时间为T，单位为s，超声波在空气中的传播速度为V＝340m/s已知，那么测得的距离S＝V*T；根据硬件定时器2测得的超声波脉冲数量，确定此刻接收到的超声波是“超声波发射板1”还是“超声波发射板2”发射出的(也就是超声波的方位)；

A点和B点代表充电桩上的超声发射板1和超声发射板2,O点为AB的中点，为红外线发射管1的位置，也是机器人的运动目标点；C点表示机器人的位置，以O点为原点建立坐标系；

所述机器人自主充电运动控制算法模块控制机器人开始自主充电时，先对自主充电任务线程进行初始化，具体是：初始化200ms的软件定时器1，然后开启软件定时器1，当软件定时器1到达定时时间后，处理器通过串口和“超声接收板”进行通信，以获取机器人到充电桩的距离AC和BC，并计算出C点相对于O点的坐标值，然后判断C点坐标x的值，等于0时说明机器人C点和充电桩O点刚好正对应，控制机器人向后直行；大于0时说明机器人C点在充电桩O点的左侧，控制机器人向右后方运行；小于0时说明机器人C点在充电桩O点的右侧，控制机器人向左后方运行；然后继续判断软件定时器是否到时间，如果到时间重复以上控制过程，每隔200ms机器人获取一次实时位置信息，根据实时位置信息调整机器人的运动方向，直到完全对准充电桩，完成对接开始充电。

有益效果：