[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

摘要

本发明公开了一种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，其系统包括激光引导式充电桩和机器人充电控制电路，激光引导式充电桩包括底座、激光引导控制电路板、第一齿轮、第二齿轮、舵机、电源插入挡板、激光发射器和充电接口；激光引导控制电路板上集成有激光引导控制电路，激光引导控制电路包括充电桩微控制器、充电桩无线通信模块、源电路和激光发射驱动电路；机器人充电控制电路包括机器人微控制器、机载无线通信模块、摄像头、超声波传感器、电池电量检测电路、激光接收器、电池充电电路和充电插头；其方法包括步骤：一、摄像头定位，二、激光引导定位。本发明能够快速有效地给机器人电池进行充电，工作可靠性高，实用性强。

主权项

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。