一种防反接的自主对接充电控制方法及装置

本发明涉及自主对接充电控制技术，尤其是涉及一种防反接的自主对接充电控制方法及装置。

背景技术：

1、自主对接充电技术是移动机器人发展的一个重要组成部分，特别是对于服务机器人和工业机器人来说，这项技术不仅提高了机器人的操作效率，还极大地扩展了其应用范围。随着人工智能和移动机器人技术的快速发展，自主对接充电技术在多个领域都已取得了实质性的进展。

2、移动机器人充电对接技术的应用前景广阔，涵盖了工业、服务、农业等多个领域。在工业生产中，移动机器人可以实现自主充电，避免因电量不足而导致的停工和生产延误；在服务行业，如清洁服务和物流配送领域，移动机器人能够持续运行并及时充电，提高工作效率和服务质量；在农业领域，移动机器人可以应用于农田灌溉和农作物采摘等任务，实现自主充电和作业，提高农业生产的自动化水平和效率。上述这些移动机器人都使用可充电电池作为动力源，并具备自主充电功能。当移动机器人电量低于一定阈值时，它们能够自动返回充电桩进行充电，完成充电过程，然后继续执行未完成的任务。

3、移动机器人充电对接技术的原理基于移动机器人自主定位、导航和精准控制。移动机器人在运行过程中，通过激光雷达、视觉识别系统和惯性导航系统等多种定位技术，获取周围环境信息和自身位置，从而确定充电桩的位置。当移动机器人的电量低于设定阈值时，移动机器人将根据预先设定的充电策略，自主前往充电桩位置，并利用其充电接口与充电桩进行对接充电。在对接过程中，移动机器人需要精确控制自身运动，确保与充电桩的接触良好，同时保证充电过程的安全和稳定。

4、现有的移动机器人自主充电对接方法大多是基于红外和激光技术。移动机器人通过红外接收器接收充电桩发出的红外信号，先确定充电桩的方向，然后利用其上加载的激光传感器对充电桩进行识别，定位到充电桩位置，根据定位移动到充电桩位置处，实现其充电接口与充电桩的对接，进行充电。然而，首先，激光传感器在对充电桩进行定位时，由于激光束的散射、环境光线的影响或激光传感器本身的精度问题不可避免会产生定位偏差；其次，移动机器人在运动过程中，特别是在充电桩附近遇到不平坦地形时，其内电机的运动和振动可能会导致激光传感器的感应信号出现波动，干扰激光传感器的准确性，从而难以精准地对充电桩进行定位，出现定位偏差；最后，在实际充电场景中可能存在光线强度变化、反射物体或其他干扰物，这些环境因素都可能干扰激光传感器的正常操作，进而影响激光传感器的定位精度，导致出现定位偏差。由于上述这些因素的影响，一旦激光传感器出现较大的定位偏差时，移动机器人与充电桩将不能成功实现对接。此时，可能导致移动机器人在自主对接充电时出现两种异常情况：一是移动机器人与充电桩之间存在间隔，造成接触不良无法充电；二是移动机器人移动过度，导致其充电接口挤压充电桩过度，可能损坏移动机器人或充电桩，从而无法完成充电。此外，还有部分移动机器人采用电磁铁作为充电口与充电桩对接进行自主充电，除了会出现上述两种异常情况之外，如果在安装或维修电磁铁时出现接线错误或者在电磁铁工作时电源极性发生反转，会导致电磁铁的正极和负极对调，此时即使激光传感器定位准确，移动机器人与充电桩之间也会因为出现反接而无法正常充电，而这种错误在进行排查时不易发现。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题之一是提供一种能够实现移动机器人与充电桩的准确对接，且在移动机器人的充电接口与充电桩对接出现反接时，能够及时发现错误的防反接的自主对接充电控制方法。

2、本发明解决上述技术问题之一所采用的技术方案为：一种防反接的自主对接充电控制方法，通过在移动机器人和充电桩上分别安装一个通电能够产生磁性的电磁铁装置，并将移动机器人的充电口引出至其上安装的电磁铁装置处，将充电桩的充电触点引出至其上安装的电磁铁装置处，在移动机器人移动至充电桩处充电时，如果两个电磁铁装置具有相反极性，会相互吸引使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接，如果两个电磁铁装置具有相同极性，则会相互排斥，表明存在反接。

3、所述的电磁铁装置包括两块铁芯和导线；当所述的电磁铁装置安装在移动机器人上时，两块铁芯固定在移动机器人的正面，此时将移动机器人的正面朝向作为前方，两块铁芯左右间隔分布，在移动机器人的电源正极处设置一个继电器，继电器与移动机器人上微控制器mcu连接，能够在微控制器mcu控制下导通或者断开，导线从继电器引出后，从位于右侧的铁芯后部开始螺旋缠绕至其前部后，再从位于左侧的铁芯前部开始螺旋缠绕至其后部，最后连接至移动机器人的电源负极，移动机器人的充电口位于两块铁芯之间，在继电器导通、移动机器人上的电磁铁装置正确接入电源时，电流从该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯的前部，最终从其位于左侧的铁芯的后部流向移动机器人的电源负极；当所述的电磁铁装置安装在所述的充电桩上时，两块铁芯固定在充电桩的正面，此时将充电桩的正面朝向作为前方，两块铁芯左右间隔分布，导线从充电桩的电源正极引出后，从位于右侧的铁芯后部开始螺旋缠绕至其前部后，再从位于左侧的铁芯前部开始螺旋缠绕至其后部，最后连接至充电桩的电源负极，充电桩的充电触点位于两块铁芯之间；在充电桩上的电磁铁装置正确接入电源时，电流从该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯的前部，最终从其位于左侧的铁芯的后部流向充电桩的电源负极；移动机器人移动至充电桩处充电时，移动机器人的正面与充电桩的正面对置，此时移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯会正对充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯，移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯会正对充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯，在移动机器人上的电磁铁装置与移动机器人的电源正极和电源负极不存在反接时，移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯与充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯磁极相反，移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯与充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯磁极相反。

4、当充电桩启动后，充电桩上的电磁铁装置同步启动，电流从该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的后部流入，接着从其位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯前部，最后经过其位于左侧的铁芯的后部回到充电桩的电源负极，根据安培定则，在该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的正面产生n极，同时在该电磁铁装置中位于左侧的铁芯的正面产生s极；继电器默认处于断开状态，当移动机器人需要移动至充电桩处充电时，首先移动机器人通过其内导航系统移动至充电桩附近，移动机器人的导航系统配备的激光雷达，实时监测移动机器人与充电桩之间的距离，当距离不大于预设的距离阈值(30cm)时，激光雷达向移动机器人的内部存在的微控制器mcu发送信号，微控制器mcu收到信号后，控制继电器导通，从而移动机器人上的电磁铁装置与移动机器人的电源正极接通，此时移动机器人上的电磁铁装置通电，电流开始流入其位于右侧的铁芯的后部，接着从其位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯前部，最后通过其位于左侧的铁芯后部流回到移动机器人的电源负极，根据安培定则，其位于右侧的铁芯的正面产生n极，同时其位于左侧的铁芯的正面产生s极；此时，充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯相互吸引，充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯相互吸引，调整移动机器人的路径，使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接；如果因意外导致移动机器人上的电磁铁装置的导线与其电源正极和电源负极连接错误，此时其位于右侧的铁芯的正面产生s极，同时其位于左侧的铁芯的正面产生n极，充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯相互排斥，充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯相互排斥，从而阻止移动机器人的充电口与充电桩的充电触点的自动对接。

5、与现有技术相比，本发明的防反接的自主对接充电控制方法的优点在于通过在移动机器人和充电桩上分别安装一个通电能够产生磁性的电磁铁装置，并将移动机器人的充电口引出至其上安装的电磁铁装置处，将充电桩的充电触点引出至其上安装的电磁铁装置处，在移动机器人移动至充电桩处充电时，如果两个电磁铁装置具有相反极性，会相互吸引使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接，如果两个电磁铁装置具有相同极性，则会相互排斥，表明存在反接，由此本发明的防反接的自主对接充电控制方法通过两个电磁铁装置的吸引实现移动机器人左右方向上偏移的校正以及前后方向上的限位，不会出现移动机器人与充电桩之间存在间隔造成接触不良无法充电的情况，也不会出现移动机器人移动过度导致其充电接口挤压充电桩过度的情况，使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接，且在充电接口与充电桩对接出现反接时，能够及时发现错误。

6、本发明所要解决的技术问题之二是提供一种能够实现移动机器人与充电桩的准确对接，且在充电接口与充电桩对接出现反接时，能够及时发现错误的防反接的自主对接充电控制装置。

7、本发明解决上述技术问题之二所采用的技术方案为：一种防反接的自主对接充电控制装置，包括两个通电能够产生磁性的电磁铁装置，其中，一个电磁铁装置安装在移动机器人上，且移动机器人的充电口引出至其处，另一个电磁铁装置安装在充电桩上，且充电桩的充电触点引出至其处，在移动机器人移动至充电桩处，且两个电磁铁装置均通电时，两个电磁铁装置要么具有相反极性，要么具有相同极性，当具有相反极性时，两个电磁铁装置会相互吸引使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接，当具有相同极性时，两个电磁铁装置会相互排斥，阻止移动机器人的充电口与充电桩的充电触点对接，表明存在反接。

8、所述的电磁铁装置包括两块铁芯和导线；当所述的电磁铁装置安装在移动机器人上时，两块铁芯固定在移动机器人的正面，此时将移动机器人的正面朝向作为前方，两块铁芯左右间隔分布，在移动机器人的电源正极处设置一个继电器，继电器与移动机器人上微控制器mcu连接，能够在微控制器mcu控制下导通或者断开，导线从继电器引出后，从位于右侧的铁芯后部开始螺旋缠绕至其前部后，再从位于左侧的铁芯前部开始螺旋缠绕至其后部，最后连接至移动机器人的电源负极，移动机器人的充电口位于两块铁芯之间，在继电器导通、移动机器人上的电磁铁装置正确接入电源时，电流从该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯的前部，最终从其位于左侧的铁芯的后部流向移动机器人的电源负极；当所述的电磁铁装置安装在所述的充电桩上时，两块铁芯固定在充电桩的正面，此时将充电桩的正面朝向作为前方，两块铁芯左右间隔分布，导线从充电桩的电源正极引出后，从位于右侧的铁芯后部开始螺旋缠绕至其前部后，再从位于左侧的铁芯前部开始螺旋缠绕至其后部，最后连接至充电桩的电源负极，充电桩的充电触点位于两块铁芯之间；在充电桩上的电磁铁装置正确接入电源时，电流从该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯的前部，最终从其位于左侧的铁芯的后部流向充电桩的电源负极；移动机器人移动至充电桩处充电时，移动机器人的正面与充电桩的正面对置，此时移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯会正对充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯，移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯会正对充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯，在移动机器人上的电磁铁装置与移动机器人的电源正极和电源负极不存在反接时，移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯与充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯磁极相反，移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯与充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯磁极相反。

9、当充电桩启动后，充电桩上的电磁铁装置同步启动，电流从该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的后部流入，接着从其位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯前部，最后经过其位于左侧的铁芯的后部回到充电桩的电源负极，根据安培定则，在该电磁铁装置中位于右侧的铁芯的正面产生n极，同时在该电磁铁装置中位于左侧的铁芯的正面产生s极；继电器默认处于断开状态，当移动机器人需要移动至充电桩处充电时，首先移动机器人通过其内导航系统移动至充电桩附近，移动机器人的导航系统配备的激光雷达，实时监测移动机器人与充电桩之间的距离，当距离不大于预设的距离阈值(30cm)时，激光雷达向移动机器人的内部存在的微控制器mcu发送信号，微控制器mcu收到信号后，控制继电器导通，从而移动机器人上的电磁铁装置与移动机器人的电源正极接通，此时移动机器人上的电磁铁装置通电，电流开始流入其位于右侧的铁芯的后部，接着从其位于右侧的铁芯的前部流出至其位于左侧的铁芯前部，最后通过其位于左侧的铁芯后部流回到移动机器人的电源负极，根据安培定则，其位于右侧的铁芯的正面产生n极，同时其位于左侧的铁芯的正面产生s极；此时，充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯相互吸引，充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯相互吸引，调整移动机器人的路径，使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接；如果因意外导致移动机器人上的电磁铁装置的导线与其电源正极和电源负极连接错误，此时其位于右侧的铁芯的正面产生s极，同时其位于左侧的铁芯的正面产生n极，充电桩上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯相互排斥，充电桩上的电磁铁装置中位于左侧的铁芯与移动机器人上的电磁铁装置中位于右侧的铁芯相互排斥，从而阻止移动机器人的充电口与充电桩的充电触点的自动对接。

10、与现有技术相比，本发明的防反接的自主对接充电控制装置的优点在于通过两个通电能够产生磁性的电磁铁装置来构成防反接的自主对接充电控制装置，其中，一个电磁铁装置安装在移动机器人上，且移动机器人的充电口引出至其处，另一个电磁铁装置安装在充电桩上，且充电桩的充电触点引出至其处，在移动机器人移动至充电桩处，且两个电磁铁装置均通电时，两个电磁铁装置要么具有相反极性，要么具有相同极性，当具有相反极性时，两个电磁铁装置会相互吸引使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接，当具有相同极性时，两个电磁铁装置会相互排斥，阻止移动机器人的充电口与充电桩的充电触点对接，表明存在反接，由此本发明的防反接的自主对接充电控制装置通过两个电磁铁装置的吸引实现移动机器人左右方向上偏移的校正以及前后方向上的限位，不会出现移动机器人与充电桩之间存在间隔造成接触不良无法充电的情况，也不会出现移动机器人移动过度导致其充电接口挤压充电桩过度的情况，使移动机器人的充电口与充电桩的充电触点准确对接，且在充电接口与充电桩对接出现反接时，能够及时发现错误。