本發明涉及數據通信、自動控制等相關領域，具體涉及移動機器人的自主充電系統及其工作方法。

背景技術：

21世紀以來，隨著人工智能和傳感器技術的顯著進步，自主式移動機器人在娛樂、家政、公共場合等領域都扮演著越來越重要的角色。然而受到電池容量的限制，移動機器人的連續工作時間往往只有幾個小時，達不到長時間自主工作的效果，需要人的手動參與為其充電，影響了其工作效率，也增加了人為負擔。因此人們希望移動機器人具備自主充電的能力。

目前，在充電方式上主要有接觸式充電和非接觸式充電。其中接觸式充電往往采用傳統的接觸器，充電設備和蓄電池直接接觸，但由于其導線裸露在外面，連接時易產生火花，容易引發爆炸；對人來說也存在觸電隱患，安全性得不到保障。非接觸式充電利用電磁感應原理的耦合方式進行能量傳輸，當機器人到達固定充電源位置時，就可以無接觸地接受充電源的能量，感應充電，保障了充電的安全性，但受到傳輸功率和傳輸效率的影響，在充電時間和能源利用率方面均受到了制約。

公開文獻“自主移動機器人的非接觸充電模式，上海第二工業大學學報，2016年第2期”介紹了一種采用固定激勵電源頻率與動態調節電路無功器件參數相結合的方法進行自適應調諧的無接觸充電方法，但該技術的充電效率不高，且存在著一定的電磁輻射。

申請號為201310563037.0的發明專利申請公開了一種自動充電系統，主要采用了激光與紅外相結合的融合導航算法，實現粗定位與精定位。但該系統無法克服對接過程中由于機器人與充電樁出現相對位置和角度偏差時帶來無法順利交接的問題。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明目的在于提供一種能使移動機器人快速、準確、穩定地進行自主充電的自主充電系統及其工作方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種自主充電系統，包括：充電樁，在所述充電樁上導柱；第一充電模塊，第一通信模塊及第一繼電器，所述第一充電模塊，所述第一通信模塊及所述第一繼電器設置在所述導柱上，所述第一充電模塊及所述第一通信模塊位于所述導柱的側部；所述第一充電模塊，所述第一通信模塊及所述第一繼電器相互連接；機器人底座，在所述機器人底座上間隔設置兩塊導塊，兩塊所述導塊之間形成導槽，所述導槽的形狀與所述導柱的形狀相匹配；第二充電模塊，第二通信模塊及第二繼電器，所述第二充電模塊，所述第二通信模塊及所述第二繼電器設置在所述導塊上，所述第二充電模塊及所述第二通信模塊位于所述導塊的側部；所述第二充電模塊，所述第二通信模塊及所述第二繼電器相互連接；所述第一通信模塊與所述第二通信模塊通信對應，所述第一充電模塊與所述第二充電模塊通信對應。

優選地，所述第二充電模塊及所述第二通信模塊通過彈簧固定在所述導塊上。

優選地，在所述充電樁上設有導向軸承。

優選地，在所述充電樁上設有顯示屏。

優選地，所述第一通信模塊及所述第二通信模塊均采用RS232串口通訊接口。

一種自主充電系統的工作方法，包括如下步驟：

步驟1，機器人進行全局定位，使機器人靠近充電樁；

步驟2，機器人進行局部定位，對機器人進行導航；

步驟3，完成機器人底座與機器人的對接，進行充電。

優選地，所述步驟1，機器人通過事先SLAM建立的地圖找到充電樁的位置，并用激光傳感器進行全局定位與路徑規劃，將機器人導航到充電樁的附近位置。

優選地，所述步驟2，機器人利用激光傳感器對已知形狀和尺寸的人工路標進行識別，并用ICP算法進行解算，從而完成機器人與充電樁之間的相對定位，進行精確導航，使機器人到達充電樁位置。

優選地，所述步驟3，完成機器人底座與機器人的對接，第一通信模塊與第二通信模塊通信，第一繼電器及第二繼電器打開，形成充電回路，對機器人進行充電。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1)通過導向軸承和導向輪的設計，能克服機器人在充電對接過程中由于出現角度和位置偏差時帶來的誤差問題，從而保證機器人能順利地與充電樁完成對接，保證充電的可靠性。

2)通過充電樁與機器人底座的通信模塊的設計，用通信模塊來控制各自系統的控制器，通過繼電器的形式去控制相應電路的通斷電，極大地保障了接觸式充電的安全性，可避免人不小心接觸充電樁的充電模塊時的觸電問題，同時也克服了非接觸式充電效率不高的問題。

3)在導航方面，通過人工路標的設計，用ICP算法進行解算，彌補了在全局地圖上進行導航的不準確性，提高了近距離時機器人與充電樁的相對定位精度，為充電對接的可靠性提供了保障。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征目的和優點將會變得更明顯。

圖1為本發明自主充電系統結構示意圖；

圖2為本發明自主充電系統機器人底座結構示意圖；

圖3為本發明自主充電系統的工作方法流程圖。

圖中：

1-充電樁 2-第一充電模塊 3-第一通信模塊

4-機器人底座 5-第二充電模塊 6-第二通信模塊

7-導向軸承 8-顯示屏 9-導柱

10-導塊 11-導槽

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。

如圖1、圖2所示，本發明自主充電系統，充電樁1上有顯示屏8，第一充電模塊2、第一通信模塊3和導向軸承7。充電樁1的第一充電模塊2受到內部第一繼電器控制，常規時間內處于斷開狀態，機器人底座4也帶有第二充電模塊5和第二通信模塊6，且其第二充電模塊5也受到機器人底座4內部第二繼電器控制，其第二繼電器也同樣受到其第二通信模塊6控制。

對接時，機器人在經過初步導航和精確導航后開始靠近充電源。在對接過程中，當機器人的方向和角度出現偏差時，充電樁1上導向軸承7會對其位姿進行修正，保證機器人底座4和充電樁1的充電源保持同軸性。機器人底座4向前滑動，通過導塊10之間的導槽11卡接出導柱9，使導柱9的側部的第一充電模塊2和第一通信模塊3和導塊10內的第二充電模塊5和第二通信模塊6接觸，當充電樁1上的第一通信模塊3發出的信號被機器人的通信模塊接收，同時機器人底座4發出的信號被充電樁1所接收時，代表通訊成功，從而控制各自的控制器控制相對應的繼電器打開，使得各自的充電模塊保持通路，從而形成充電回路，機器人開始充電。同時機器人將其電量信息反饋給充電樁1，并在其顯示屏8上顯示。當電量充滿后，通信模塊控制其對應的控制器使得繼電器斷路，機器人離開充電樁1，從而完成整個充電過程。

如圖3所示，當機器人需要執行充電任務時，先啟動全局定位，機器人通過事先SLAM建立的地圖找到充電樁的位置，并用激光傳感器進行全局定位與路徑規劃，將移動機器人導航到充電樁的附近位置。到達充電樁附近位置后，機器人利用激光傳感器對已知形狀和尺寸的人工路標進行識別，并用ICP算法進行解算，從而完成機器人與充電樁之間的相對定位，進行精確導航，使機器人準確到達充電樁位置。最后在充電樁的導向軸承7的修正下完成交接，打開通路，進行充電。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。