本实用新型的实施例涉及自动充电技术，具体而言，涉及一种机器人自动充电装置，机器人包括但不限于agv小车和移动机器人。
背景技术：
agv小车是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，是一种在工业应用中不需驾驶员的搬运车，其以可充电之蓄电池为其动力来源。移动机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统，应用范围较大，不仅在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛的应用，而且在城市安全、国防和空间探测领域等有害与危险场合得到很好的应用，其同样以可充电之蓄电池为其动力来源。agv小车和移动机器人的共同特点都是：以可充电之蓄电池为其动力来源。在充电电池的电量不足时，需要用户将充电电池与外部电源连接，完成充电。这不仅会增加用户的工作量，而且，在人手紧缺的工作环境下，一旦由于充电电池电量不足而未能及时发现，会造成机器人停止工作，从而影响工作效率。
申请号为2010105769695的实用新型专利申请，公布了一种“机器人自动充电装置及其自动充电方法”，其包括电源连接模块、移动模块、电池监控模块、外部影像采集模块、存储模块和主控模块，其中，主控模块在接收到充电请求信号后，控制外部影像采集模块采集机器人周围环境的图像，在采集的图像中搜索与外部电源插座参考图像相匹配的图像，判断是否存在外部电源插座；如存在，则计算该电源连接模块相对于外部电源插座的位置，控制移动模块驱动机器人向外部电源插座移动，使电源连接模块与外部电源插座对准并相互连接。
在上述实用新型专利申请的说明书中有提到：为了避免电源插座识别单元11发生对外部电源插座的误判断(将与外部电源插座类似的图像判断为外部电源插座)，在连接外部电源插座的时候，可使电源连接模块2按一定的力度插入插座孔，如无法插入，或插入以后没有电流流入，则移动控制单元13控制机器人重新寻找外部电源插座。由此可知，该实用新型专利申请所公开的“机器人自动充电装置及其自动充电方法”对插座的识别能力不强，并且需要一定的力度插入插座孔，插入效率低。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种对插座的识别能力强的机器人自动充电装置。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种机器人自动充电装置，包括主控制器和专用插座，主控制器包括单片机模块、电压检测模块、电机驱动模块、红外发射器以及图像采集模块，专用插座包括插口、5v电源模块、红外接收器以及led灯模块；电压检测模块与单片机模块耦合，用于检测机器人电池电压状态，并生成电压信号送给单片机模块；电机驱动模块耦合在单片机模块与机器人的电机之间；图像采集模块与单片机耦合，用于扫描采集专用插座的方位；红外发射器与单片机模块耦合，并与红外接收器无线连接通信；led灯模块与红外接收器耦合；5v电源模块与红外接收器和led灯模块耦合。
此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：
图像采集模块包括相互耦合的摄像头和视觉识别处理器，所述摄像头还与机器人的y轴电机连接，所述视觉识别处理器还与单片机模块耦合。
主控制器还包括接近开关传感器，该接近开关传感器与单片机模块耦合。
专用插座包括继电器，继电器的线圈与红外接收器耦合，常开触点与插口耦合。
插口呈喇叭口状。
led灯模块包括4个led灯，该4个led灯呈正方形排布。
相比于现有技术，本实用新型的优势包括以下几项：
1、可以安装在通用的agv或者移动机器人之上，适用范围广。
2、通过led灯模块发出的光线作为图像采集模块的定位目标基准，能适应绝大多数恶劣的光线环境，提高对插座的识别能力。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。
图1是机器人自动充电装置的结构框图。
图2是专用插座的正面结构示意图。
图3专用插座的背面结构示意图。
图4是专用插座在机器人的左前方时的示意图。
图5是专用插座在机器人的右前方时的示意图。
图6是专用插座在机器人的正前方时的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。
机器人包括但不限于agv小车和移动机器人，其本身的行进结构包括但不限于：x轴电机100、y轴电机101和z轴电机102，x、y、z三轴为短行程精密丝杆，用于对位置进行精调，电机均为直流减速电机。图1是本实施例的机器人自动充电装置，包括：主控制器和专用插座，主控制器安装在机器人本体上，专用插座可以直接插在墙面上的普通插座上，与电源接通。
主控制器包括单片机模块1、电压检测模块2、红外发射器3、图像采集模块4、电机驱动模块5和接近开关传感器6。
单片机模块1是系统的控制核心，主要用于存储数据和处理分析数据，并输出控制信号，本实施例的单片机模块采用atmega128型单片机，是atmel公司的8位系列单片机的最高配置的一款单片机，采用risc结构和avr内核，拥有16mhz工作频率，工作电压为2.7-5.5v，稳定性极高。
电压检测模块2与单片机模块1耦合，用于检测机器人的电池电压状态，并生成电压信号送给单片机模块。本实施例，电压检测模块2采用双路电压检测器集成芯片icxcm410。单片机模块内部存储有低电压预设定值和电压标准值，在电压信号低于低电压预设定值时，单片机模块发出充电请求信号，在电压信号达到电压标准值时，停止充电。
红外发射器3与单片机模块1耦合，与红外接收器12无线连接，通过红外信号进行远程通信。本实施例，红外发射器3采用tc9012型红外遥控芯片，红外接收器12采用pic3388型接收头。红外发射器3由单片机模块1控制，可以发射信号给红外接收器12，以此控制led灯模块13和继电器模块14。
图像采集模块4采用开源的openmv机器视觉模块，其包括相互耦合的摄像头4a和视觉识别处理器4b，摄像头4a采用ov7725型摄像头，视觉识别处理器4b采用stm32f427型处理。摄像头4a与机器人的y轴电机连接，可以由y轴电机控制转动，扩大摄像范围。视觉识别处理器4b还与单片机模块1耦合，将识别结果通过串口发送给单片机模块1。
电机驱动模块5与单片机模块1耦合，单片机模块1通过电机驱动模块5控制x、y、z三轴直流减速电机的正反转，从而达到控制机器人行进的目的。本实施例，电机驱动模块5采用l298n。
接近开关传感器6与单片机模块1耦合，用于检测机器人与专用插座之间的距离，判断是否已经到达预定充电的位置，其检测距离为1至4cm。本实施例，接近开关传感器6采用nd8-s4s1-m18s型光电式接近开关传感器。
专用插座包括插口10、5v电源模块11、红外接收器12、led灯模块13和继电器模块14。
见图2和图3，插口10的数量为2个或3个，均设计成喇叭口状，位于专用插座的正面，用于供机器人的导电柱插入。专用插座的背面是其自身的导电柱，与普通插座相似。
5v电源模块11与电源(220v)连接，用于将220v交流电转换为5v直流电，为红外接收器12、led灯模块13和继电器模块14提供5v电源。本实施例，5v电源模块11采用高能立方hq05p10lrn开关电源220v转5v电源模块。
红外接收器12分别与5v电源模块、led灯模块13和继电器模块14耦合，因此红外接收器12为始终通电，一旦接收到红外发射器3的信号后转送给led灯模块13和继电器模块14，可以控制led灯模块13的启停，还可以控制继电器模块14的通断。
见图2和图3，led灯模块包括4个高亮led灯，该4个led灯呈正方形分布，并且上部为2个红色led，下部为2个蓝色led。
继电器模块14连接在插口10与电源(220v)之间，用于控制插口的通断电。本实施例，继电器模块14采用tq2-5v继电器。
根据上述机器人自动充电装置，本实施例的自动充电控制方法包括如下步骤。
第一步：利用电压检测模块实时检测机器人的电池电压状态，并生成电压信号送给单片机模块；
第二步：单片机模块根据电压信号判断电池电压值是否低于设定值，当低于时，单片机模块生成充电请求信号，并通过红外发射器无线发送至红外接收器；
第二步：红外接收器将接收到的充电请求信号转送给led灯模块，led灯模块受触发启动，并发出光线；
第三步：单片机模块控制图像采集模块的摄像头进行360度扫描，当扫描匹配到led灯模块的4个高亮led时，即找到了专用插座的方向和位置，并通过图像采集模块的视觉识别处理器分析led灯模块的4个高亮led的形位关系；
第四步：单片机模块通过电机驱动模块控制机器人向专用插座位置处行走，期间，图像采集模块实时采集led灯模块信息，并根据led灯模块的形位关系，实时调节机器人的速度和方向；
如图4所示，当图像采集模块采集到的4个led灯呈长方形排布，且左侧2个led的距离比右侧同行的高，则判断专用插座在机器人的左前方；
如图5所示，当图像采集模块采集到的4个led灯呈长方形排布，且右侧2个led的距离比左侧同行的高，则判断专用插座在机器人的左前方；
如图6所示，当图像采集模块采集到的4个led灯呈正方形排布，则判断专用插座在机器人的正前方。同时还可以由正方形的大小可以精确判断专用插座与机器人的距离
第五步：当接近开关传感器6检测到信号时，说明机器人离专用插座的距离为1-4cm，单片机模块通过电机驱动模块细微调节轴向电机，使led灯模块的4个led灯的形状完全成呈正方形，位置完全符合预定位置。
第六步：单片机模块通过红外发射器向墙面上的专用插座中的红外接收器发出命令，控制led灯模块关闭，4个led灯熄灭。
第七步：单片机模块通过电机驱动模块控制轴向电机转动，使机器人的两根导电柱插入到专用插座的两个插口中。
第八步：单片机模块通过红外发射器向墙面上的专用插座中的红外接收器发出命令，控制继电器模块通路，使专用插座中的插口通电。
第九步：当电压检测模块检测到电池电压达到设定值时，单片机模块通过红外发射器向墙面上的专用插座中的红外接收器发出命令，控制继电器模块断路，使专用插座中的插口断电。
第十步：单片机模块通过电机驱动模块控制轴向电机转动，使机器人的两根导电柱缩回，充电完成。当然，可以采用无线充电模式，此时可以免去导电柱动作。
综上所述，本机器人自动充电装置及自动充电控制方法具有以下几项优势：
1、可以安装在通用的agv或者移动机器人之上，适用范围广。
2、采用led灯模块的4个高亮led灯做为摄像头的定位目标基准，能适应绝大多数恶劣的光线环境。
3、用摄像头进行实时图像反馈，在任意位置均能自动返回墙面充电。
4、通过控制x、y、z三轴电机运动实现精确定位，通过墙面专用插座的喇叭口插口导向实现纠偏，能大大提高自动充电系统的稳定性。
5、专用插座通过设置继电器模块，平时为断电状态，可以保证系统的安全。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
1.一种机器人自动充电装置，其特征在于：包括主控制器和专用插座，主控制器包括单片机模块、电压检测模块、电机驱动模块、红外发射器以及图像采集模块，专用插座包括插口、5v电源模块、红外接收器以及led灯模块；
电压检测模块与单片机模块耦合，用于检测机器人电池电压状态，并生成电压信号送给单片机模块；
电机驱动模块耦合在单片机模块与机器人的电机之间；
图像采集模块与单片机耦合，用于扫描采集专用插座的方位；
红外发射器与单片机模块耦合，并与红外接收器无线连接通信；
led灯模块与红外接收器耦合；
5v电源模块与红外接收器和led灯模块耦合。
2.根据权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：所述图像采集模块包括相互耦合的摄像头和视觉识别处理器，所述摄像头还与机器人的y轴电机连接，所述视觉识别处理器还与单片机模块耦合。
3.根据权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：所述主控制还包括接近开关传感器，该接近开关传感器与单片机模块耦合。
4.根据权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：所述专用插座包括继电器，所述继电器的线圈与红外接收器耦合，常开触点与插口耦合。
5.根据权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：所述插口呈喇叭口状。
6.根据权利要求1所述的自动充电装置，其特征在于：所述led灯模块包括4个led灯，该4个led灯呈正方形排布。
技术总结