一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法及系統技術方案

本發明專利技術公開的一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法及系統，通過在充電座上安裝超聲波發射模塊和無線通訊模塊，機器人本體上安裝兩個超聲波接收模塊和無線通訊模塊，機器人根據接收到的超聲波信號強度和強度差，計算出機器人相對于充電座的距離和偏向，并結合運控控制系統和姿態調整策略完成機器人的自主尋跡，實現自主充電，成本較低，適用于復雜的使用環境，提高機器人的智能化程度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機器人輔助
，具體是一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法及系統。
技術介紹
目前實現機器人自主充電的方式主要有兩種，一種是采用充電座引導機器人尋跡的方式，充電座上安裝信號發射器，機器人上安裝信號接收器，常用的方法有紅外測距定位，但是這種形式會有很多弊端，因紅外發射與接收是點對點的，必須保證紅外發射頭與接收頭在同一水平面，在復雜的高低不平的使用環境中很難定位紅外線定位，另外塵埃碎屑很容易對機身上的紅外線接收產生干擾，并且紅外線在傳輸過程中容易受到室內熒光燈干擾；另一種是機器人利用激光建?；驍z像頭識別的方式，定位出充電器的方位，結合機器人的運動控制系統，使機器人自動移動到充電座旁，實現自主充電，但此種方案實現起來難度較大，且成本昂貴。
技術實現思路
本專利技術要解決的問題是提供一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法及系統，該方法及系統的實現成本低，能夠適用于復雜的環境中。為實現上述專利技術目的，本專利技術采用以下技術方案：一種實現自機器人主充電的方法，包括以下步驟：機器人檢測自身電量，當檢測到自身電量低時，所述機器人通過無線通訊啟動充電座發出超聲波脈沖信號；所述機器人通過安裝在其上的第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收充電座的超聲波發射模塊發出的超聲波脈沖信號；所述機器人根據其第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收到超聲波脈沖信號的信號強度和強度差，計算出其本身相對于充電座的距離和偏向。所述機器人的運控控制系統根據所述距離和偏向，控制機器人向充電座靠近；當所述機器人到達充電座正前方或所述距離和偏向小于設定的閾值，機器人與充電座對接，進行充電。進一步的，所述機器人計算出其本身相對于充電座的距離和偏向的過程為：將接收到的兩路模擬超聲波信號通過A/D轉換為數字信號，然后將兩路數字信號分別進行快速傅立葉變換(FFT)，數據加窗得到有限長序列x(n)直接求傅里葉變換，得頻譜X(ejw)，取頻譜幅度的平方，并除以N，以此作為對x(n)真實功率譜SX(ejw)的估計，求出左右兩路信號的功率譜強度PL和PR和強度差PΔ，從而計算出位于充電座的超聲波發射模塊距離兩個位于機器人的超聲波接模塊的偏向和范圍，從而計算出機器人相對于充電座的大致方位，計算公式如下：X(ejw)=Σn=-∞+∞xne-jnw=Σn=0N-1xne-jnw]]>Sx(ejw)=1N|X(ejw)|2]]>進一步的，機器人在接收充電座上的超聲波發射模塊發出的超聲波脈沖信號過程中，原地旋轉180°，如果仍然接收不到充電座上的超聲波發射模塊發出的超聲波脈沖信號，則機器人按照順時針方向進入延墻運動。用于上述基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法的系統，包括機器人主控系統、機器人電源管理系統、機器人運動控制系統、機器人定位及超聲波距離偏向計算控制板、第一超聲波接收模塊、第二超聲波接收模塊，以及安裝在充電座上的模數轉換模塊(AC轉DC模塊)、超聲波發射模塊及無線通訊模塊。進一步的，所述基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法的系統，還包括充電管理單元、電池電壓電流采樣單元、蓄電池單元。進一步的，所述基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法的系統，還包括伺服電機控制單元和機器人底盤電機速度與偏向采樣單元。本專利技術的基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法及系統，通過在充電座上安裝超聲波發射模塊和無線通訊模塊，機器人本體上安裝兩個超聲波接收模塊和無線通訊模塊，機器人根據接收到的超聲波信號強度和強度差，計算出機器人相對于充電座的距離和偏向，并結合運控控制系統和姿態調整策略完成機器人的自主尋跡，實現自主充電，成本較低，適用于復雜的使用環境，提高機器人的智能化程度。附圖說明圖1為本專利技術的實現自機器人主充電的系統結構示意圖；圖2為本專利技術的機器人系統模塊示意圖；圖3為本專利技術的充電座系統模塊示意圖圖4為本專利技術的實現自機器人主充電的方法一個實施例的流程圖；圖5為本專利技術的充電座系統控制流程圖；圖6為超聲波發射強度分布示意圖；圖7超聲波接收頻譜幅值示意圖；圖8為超聲波發射模塊電氣原理示意圖圖9為超聲波接收模塊電氣原理示意圖；圖10為超聲波發射/接收控制單元電氣原理示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本專利技術提出的一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法及系統進行詳細說明。如圖1至3所示，一種實現自機器人主充電的方法的系統，包括機器人主控系統、機器人電源管理系統、機器人運動控制系統、機器人定位及超聲波距離偏向計算控制板、第一超聲波接收模塊1、第二超聲波接收模塊2，以及安裝在充電座上的安裝在充電座上的模數轉換模塊(AC轉DC模塊)、超聲波發射模塊4及無線通訊模塊。還有充電管理單元、電池電壓電流采樣單元、蓄電池單元、伺服電機控制單元和機器人底盤電機速度與偏向采樣單元。如圖4和5所示，一種實現自機器人主充電的方法，包括以下步驟：機器人檢測自身電量，當檢測到自身電量低時，所述機器人通過無線通訊啟動充電座發出超聲波脈沖信號；所述機器人通過安裝在其上的第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收充電座的超聲波發射模塊發出的超聲波脈沖信號；所述機器人根據其第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收到超聲波脈沖信號的信號強度和強度差，計算出其本身相對于充電座的距離和偏向。所述機器人的運控控制系統根據所述距離和偏向，控制機器人向充電座靠近；當所述機器人到達充電座正前方或所述距離和偏向小于設定的閾值，機器人與充電座對接，進行充電。具體來說，當機器人電源管理系統人檢測到電量低后，上報給機器人主控系統，機器人主控系統進入自主充電模式，并發指令給機器人運動控制系統，準備進入自動充電尋跡狀態。機器人運動控制系統啟動超聲波接收控制單元，并通過無線通訊方式啟動充電座發射超聲波信號。當充電座上接收到機器人發出的無線請求信號后，圖10顯示了超聲波發射/接收控制單元電氣原理，包括中央控制單元和無線收發模塊，打開超聲波發射模塊3和AC/DC充電電源。圖8顯示了超聲波發射模塊電氣原理，超聲波發射模塊3發出扇形聲波，開始引導機器人靠近充電座。圖9顯示了超聲波接收模塊電氣原理。當機器人接收到超聲波信號后，根據第一超聲波接收模塊1和第二超聲波接收模塊2接收到的超聲波的強度和強度差，計算出機器人相對于充電座的距離和偏向。如圖6所示，超聲波信號有強弱，將接收到的兩路模擬超聲波信號通過A/D轉換為數字信號，然后將兩路數字信號分別進行快速傅立葉變換(FFT)，數據加窗得到有限長序列x(n)直接求傅里葉變換，得頻譜X(ejw)，取頻譜幅度的平方，并除以N，以此作為對x(n)真實功率譜SX(ejw)的估計，求出左右兩路信號的功率譜強度PL和PR和強度差PΔ，從而計算出位于充電座的超聲波發射模塊距離兩個位于機器人的超聲波接模塊的偏向和范圍，從而計算出機器人相對于充電座的大致方位，計算公式如下：X(ejw)=Σn=-∞+∞xne-jnw=Σn=0N-1xne-jnw]]>Sx(ejw)=1N|X(ejw)|2]]>當機器人到達充電座正前方時，或距離小于一定閾值時，機器人原地旋轉180度，并向后運行，直到與充電座對接，當機本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法，其特征在于，包括以下步驟：機器人檢測自身電量，當檢測到自身電量低時，所述機器人通過無線通訊啟動充電座發出超聲波脈沖信號；所述機器人通過安裝在其上的第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收充電座的超聲波發射模塊發出的超聲波脈沖信號；所述機器人根據其第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收到超聲波脈沖信號的信號強度和強度差，計算出其本身相對于充電座的距離和偏向。所述機器人的運控控制系統根據所述距離和偏向，控制機器人向充電座靠近；當所述機器人到達充電座正前方或所述距離和偏向小于設定的閾值，機器人與充電座對接，進行充電。

【技術特征摘要】
1.一種基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法，其特征在于，包括以下步驟：機器人檢測自身電量，當檢測到自身電量低時，所述機器人通過無線通訊啟動充電座發出超聲波脈沖信號；所述機器人通過安裝在其上的第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收充電座的超聲波發射模塊發出的超聲波脈沖信號；所述機器人根據其第一超聲波接收模塊和第二超聲波接收模塊接收到超聲波脈沖信號的信號強度和強度差，計算出其本身相對于充電座的距離和偏向。所述機器人的運控控制系統根據所述距離和偏向，控制機器人向充電座靠近；當所述機器人到達充電座正前方或所述距離和偏向小于設定的閾值，機器人與充電座對接，進行充電。2.根據權利要求1所述的基于超聲波強度實現機器人自主充電的方法，其特征在于，所述機器人計算出其本身相對于充電座的距離和偏向的過程為：將接收到的兩路模擬超聲波信號通過模數轉換模塊轉換為數字信號，然后將兩路數字信號分別進行快速傅立葉變換(FFT)，數據加窗得到有限長序列x(n)直接求傅里葉變換，得頻譜X(ejw)，取頻譜幅度的平方，并除以N，以此作為對x(n)真實功率譜SX(ejw)的估計，求出左右兩路信號的功率譜強度PL和PR和強度差PΔ，從而計算出位于充電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李庭亮，李震，
申請(專利權)人：南京阿凡達機器人科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32