按键电极、充电基站、自移动机器人及系统的制作方法

1.本技术涉及智能装备技术领域，具体涉及一种按键电极、充电基站、自移动机器人及系统。


背景技术：

2.自移动机器人系统通常包括自移动机器人以及充电基站，自移动机器人根据指令自动驶出充电基站并执行特定任务，当任务完成或自移动机器人在执行任务的过程中达到低电量阈值时，自动返回充电基站，通过充电基站为自移动机器人内部的储能单元进行能量补充即充电。
3.目前，具备自动回充功能的自移动机器人系统中，自移动机器人与充电基站之间对接的充电接口大多为一体式的电极柱或电极片，在对接良好的情况下，电极柱式的充电接口之间对接时为点接触或线接触；理想状态下，电极片式的充电接口之间对接时为面接触，但由于组装、老化导致的电极片变形，或者对接角度不准等问题往往使得两个电极片之间无法按理想状态达到平行接触，因此，电极片式的充电接口之间对接通常也是点接触或线接触。
4.由于相关技术中充电接口之间对接时通常是点接触或线接触，因此有效接触面积较小，使得充电时接触阻抗较大，从而导致能量损耗较大以及发热严重，不仅降低了充电效率，还制约了充电电流的大小，难以实现大功率充电。


技术实现要素：

5.本技术提供一种按键电极、充电基站、自移动机器人及系统，旨在解决现有的充电接口之间对接时通常是点接触或线接触，有效接触面积较小使得接触阻抗较大，导致难以对自移动机器人进行大功率充电的问题。
6.第一方面，本技术提供一种按键电极，该按键电极包括底座以及排布于底座上的若干充电导体，每个充电导体连接有导线，且每个充电导体通过弹性件与底座连接，弹性件用于在外部电极与充电导体接触时受力压缩以使外部电极与充电导体对接形成充电回路。
7.第二方面，本技术还提供一种充电基站，该充电基站包括第一方面或第一方面任一种可能的实现方式中的按键电极。
8.第三方面，本技术还提供一种自移动机器人，该自移动机器人包括第一方面或第一方面任一种可能的实现方式中的按键电极。
9.第四方面，本技术还提供一种自移动机器人系统，该自移动机器人系统包括充电基站和与充电基站适配的自移动机器人，充电基站和自移动机器人中的至少一者包括第一方面或第一方面任一种可能的实现方式中的按键电极。
10.在本技术一种可能的实现方式中，充电基站包括功率电极对和第一定位信号电极对，自移动机器人包括与功率电极对适配的充电电极对以及与第一定位信号电极对适配的第二定位信号电极对，功率电极对和充电电极对中的至少一者包括按键电极；
11.当第一定位信号电极对与第二定位信号电极对准确对位时，功率电极对输出充电功率信号至充电电极对，以为自移动机器人提供充电能量。
12.从以上内容可得出，本技术具有以下的有益效果：
13.1、本技术中，通过在底座上排布若干的充电导体，每个充电导体连接有导线且通过弹性件与底座连接，当外部电极与各充电导体接触时，与充电导体对应的弹性件受力压缩从而使得外部电极与各充电导体紧密对接形成充电回路，增大了按键电极整体与外部电极之间的有效接触面积，降低了能量损耗，提高了充电电流，确保了大功率快速充电。
14.2、本技术中，通过第一定位信号电极对和第二定位信号电极对之间的对位，确保充电基站的功率电极对与自移动机器人的充电电极对之间准确对位，避免了对位偏移或歪斜导致接触面积小的问题，提高了功率电极对与充电电极对的对位精准度，从而进一步提高了有效接触面积，降低了能量损耗，提高了充电电流，确保了大功率快速充电。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术中的技术方案，下面将对本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是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是相关技术中的面对面水平推进式的充电接触方案的一个接触示意图；
17.图2是相关技术中的面对面水平推进式的充电接触方案的另一个接触示意图；
18.图3是相关技术中的侧面擦进式的充电接触方案的一个接触示意图；
19.图4是本技术实施例中提供的按键电极的一个结构示意图；
20.图5是本技术实施例中提供的充电导体与导线连接的一个结构示意图；
21.图6是本技术实施例中提供的充电导体与导线连接的另一个结构示意图；
22.图7是本技术实施例中提供的按键电极的另一个结构示意图；
23.图8是本技术实施例中提供的按键电极的一个应用场景示意图；
24.图9是本技术实施例中提供的自移动机器人系统的一个结构示意图；
25.图10是本技术实施例中提供的自移动机器人系统准确对位的一个位置关系示意图；
26.图11是本技术实施例中提供的分压检测电路和电压检测电路的一个电路原理示意图；
27.图12是本技术实施例中提供的分压检测电路和电压检测电路的另一个电路原理示意图；
28.图13是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏的一个位置关系示意图；
29.图14是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站左偏的一个位置关系示意图；
30.图15是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站向右倾斜的一个位置关系示意图；
31.图16是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站向左倾斜的一个位置关系示意图；
32.图17是本技术实施例中提供的偏移距离测算的一个结构示意图；
33.图18是本技术实施例中提供的偏移角度测算的一个结构示意图；
34.图19是本技术实施例中提供的位置偏移时进行姿态调整的一个运动路径示意图；
35.图20是本技术实施例中提供的位置偏移时进行姿态调整的另一个运动路径示意图；
36.图21是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏且右斜的一个位置关系示意图；
37.图22是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏且左斜的一个位置关系示意图；
38.图23是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站左偏且左斜的一个位置关系示意图；
39.图24是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站左偏且右斜的一个位置关系示意图；
40.图25是本技术实施例中提供的自移动机器人系统的另一个结构示意图；
41.图26是本技术实施例中提供的自移动机器人系统准确对位的另一个位置关系示意图；
42.图27是本技术实施例中提供的分压检测电路和电压检测电路的又一个电路原理示意图；
43.图28是本技术实施例中提供的分压检测电路和电压检测电路的再一个电路原理示意图；
44.图29是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏的另一个位置关系示意图；
45.图30是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右斜的另一个位置关系示意图；
46.图31是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏且右斜的另一个位置关系示意图；
47.图32是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏且左斜的另一个位置关系示意图；
48.图33是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站严重右斜的一个位置关系示意图；
49.图34是本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站严重右偏的一个位置关系示意图。
具体实施方式
50.下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
51.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
52.在本技术中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。
53.在介绍本技术的一种按键电极、充电基站、自移动机器人及系统之前，首先介绍相关技术中的自移动机器人系统。
54.目前的自移动机器人系统包括自移动机器人以及为自移动机器人的运动以及任务执行提供工作能量的充电基站，针对于具备自动回充功能的自移动机器人，其与充电基站之间对接的充电接口，大多为一体式的电极柱或电极片。在对接良好的情况下，电极柱式的充电接口通常为点接触或线接触；电极片式的充电接口理论上为面接触，但由于两个电极片之间很难保证平行接触，例如因组装、老化导致的变形，或者由于自移动机器人回充对不准、充电基站摆放不正等受力角度问题导致两个电极片之间无法按理想状态水平接触。因此，充电基站和自移动机器人的电极之间实际上依旧是点接触或线接触，有效接触面积无法达到理想的整个电极面全面接触。
55.传统充电电极大多为一个单体的大极片，如：机器人端或充电基站端的一端为一个大按键式的电极片(底部带有弹性部件使其凸出)，另一端为一个固定的电极片，当两者接触时，固定的一端电极将另一端按键式的电极按下，并通过按键式电极片底部的弹性部件使得两个设备的电极相互紧密接触。
56.如图1所示，为相关技术中面对面水平推进式的充电接触方案的一个接触示意图，当电极片安装于自移动机器人侧面时，通常便采用此充电接触方案，设备b电极片沿着平行推进方向逐渐靠近设备a电极片，直至两者接触；如图2所示，为相关技术中面对面水平推进式的充电接触方案的另一个接触示意图，设备b电极柱沿着平行推进方向逐渐靠近设备a电极片，直至两者接触。由于两电极片对位越精准，接触面越大，因此，此类充电接触方案对自移动机器人回充角度的要求较高。
57.如图3所示，为相关技术中侧面擦进式的充电接触方案的一个接触示意图，当电极片安装于自移动机器人底部时，通常便采用此充电接触方案，设备b电极片沿着擦进方向逐渐与设备a电极片全面接触。由于对接角度及摩擦力的存在，电极片容易变形，导致无法做到面接触，并且电极片镀层磨损或电极片材料易腐蚀氧化等问题也容易导致材料磨损、导电性变差等问题。
58.由此可见，目前的充电接触方案的接触点或接触面较小，如此便会使接触阻抗增大，根据能量损耗pr、充电电流i以及接触阻抗r之间的转换关系式pr＝i2*r可以知道，接触阻抗的能量损耗与充电电流i的平方成正比，发热量与能量损耗成正比，因此，接触阻抗增大会导致能量损耗增大、发热量增大，从而制约了充电电流的大小，难以实现大功率充电。
59.基于此，本技术提供一种按键电极、充电基站、自移动机器人及系统，以下分别进行详细说明。
60.首先，本技术提供一种按键电极，请参阅图4，图4是本技术实施例中提供的按键电极的一个结构示意图，该按键电极可以包括底座1以及排布于底座1上的若干充电导体3，每个充电导体3连接有导线7，且每个充电导体3通过弹性件6与底座1连接，弹性件6用于在外部电极与充电导体3接触时受力压缩以使外部电极与充电导体3对接形成充电回路。
61.本技术实施例中，若干充电导体3可以呈阵列式排布于底座1上，充电导体3可以选用充电铜片或其他能够导电的材料或元件，每个充电导体3的内侧均连接有导线7，导线7的另一端可以连接有供电装置或电源。
62.该弹性件6可以是压缩弹簧，每个充电导体3均通过一弹性件6与底座1连接，可以理解的，当外部电极与充电导体3接触时，被接触的充电导体3对应的弹性件6便会受力压缩，此时该充电导体3被按下即朝着底座1的方向运动，如此，外部电极与充电导体3便能对接形成充电回路，实现电能量的转移。
63.本技术实施例中，底座1上排布的若干充电导体3相当于将传统的单个大按键式大极片分裂为多个小按键电极，每个小按键电极即充电导体3的底部均具有一个弹性件6，使得小按键电极可以被按下，并与外部电极紧密接触。多个小按键电极共同组成一个大的电极，每个小按键电极都具有一定的通流能力，因此，多个小按键电极达成大通流能力。
64.本技术实施例的按键电极使得与外部电极之间整体的有效接触面积利用率最大化即增大了按键电极整体与外部电极之间的有效接触面积，从而降低了能量损耗和发热量，提高了充电电流，确保了大功率快速充电。
65.在本技术一些实施例中，每个充电导体3的顶部可以设置为光滑平面以便于与外部电极接触，或者也可以具有多点凸起或多线条凸起，以利于充电导体3的顶部与外部电极更好地接触，确保有效接触面积。
66.在本技术一些实施例中，每个充电导体3的顶部凸起且四周圆滑，当按键电极设置于设备的底部时，圆滑的充电导体3可以减小另一个设备的固定电极的擦进阻力，使其更容易擦进并与按键电极的充电导体3相互接触。
67.请继续参阅图4，在本技术一些实施例中，按键电极还可以包括设置于底座1上的绝缘盖板2，底座1与绝缘盖板2围成容纳弹性件6的容纳腔，绝缘盖板2上设置有与每个充电导体3适配的小孔，在弹性件6未受力压缩时，每个充电导体3通过对应的小孔且顶部高于绝缘盖板2。
68.本技术实施例中，当弹性件6处于正常状态也就是既未被压缩又未被拉伸时，位于弹性件6顶端的充电导体3穿过小孔且位置高于绝缘盖板2，即弹性件6凸出于绝缘盖板2，当外部电极与充电导体3接触时，弹性件6受力压缩，充电导体3被按下，通过绝缘盖板2的高度可以限定充电导体3被按下的距离，确保每一个充电导体3都能够与外部电极稳定接触形成充电回路。
69.在本技术一些实施例中，绝缘盖板2上的小孔可以设计为方形结构，以对充电导体3进行限位，避免充电导体3随着弹性件6受力压缩向下运动的过程中绕其组装的中心轴转动。
70.在本技术一些实施例中，充电导体3的外侧边缘位于容纳腔内，且被绝缘盖板2限位，从而可以防止充电导体3内侧的弹性件6压缩后反弹造成充电导体3脱离出绝缘盖板2，确保按键电极的可靠性。
71.在本技术一些实施例中，底座1上可以设置有用于排布每根导线7的中空柱，弹性件6对应套设于中空柱上，且每个中空柱上还套设有绝缘垫片5。导线7穿过中空柱与充电导体3连接，可以避免走线混乱。
72.该绝缘垫片5的材料可以选用现有的任一种绝缘材料，当外部电极与充电导体3接触后，安装在充电导体3内侧的弹性件6会沿着中空柱向下压缩，绝缘垫片5可以对底座1进行绝缘，防止漏电。
73.如图5所示，为充电导体与导线连接的一个结构示意图，在一些实施例中，弹性件6与充电导体3内侧连接，导线7可以设置于弹性件6旁侧且同样与充电导体3内侧连接。
74.如图6所示，为充电导体与导线连接的另一个结构示意图，在一些实施例中，导线7可以从弹性件6中间穿过从而与充电导体3内侧连接，这样的连接方式，在弹性件6和充电导体3的运动过程中，导线7跟随充电导体3的运动而移动，但由于弹性件6的限位，可以确保导线7不会在运动过程中出现缠绕的情况，提高按键电极的可靠性。
75.请参阅图7，图7是本技术实施例中提供的按键电极的另一个结构示意图，在本技术一些实施例中，充电导体3可以呈阵列式排布在底座1上，可以理解的，在其他的一些应用场景中，充电导体3也可以排布呈现为圆形或三角形等任意形状，充电导体3的排布方式可以根据实际应用场景进行设定，具体此处不作限定。
76.如图8所示，图8是本技术实施例中提供的按键电极的一个应用场景示意图，外部电极4可以由侧面擦进按键电极，当外部电极4与充电导体3接触后，安装在充电导体3内侧的弹性件6会被压缩，使得两者接触得更加紧密可靠。
77.可以理解的，按键电极的大小以及过流能力等可以根据充电导体的大小与数量进行确定，理论上充电导体数量越多、密度越大，最终形成的按键电极的整体电极面越大，则接触阻抗越小、过流能力越强。因此，可以根据实际应用场景中对充电电流大小、充电速度等的需求，选择合理的充电导体大小、排布密度以及最终共同形成的按键电极面积大小。
78.在上述按键电极的基础上，本技术还提供一种充电基站，该充电基站可以包括如图4至图8所示的任一实施例中的按键电极。
79.在上述按键电极的基础上，本技术还提供一种自移动机器人，该自移动机器人可以包括如图4至图8所示的任一实施例中的按键电极。
80.在上述按键电极的基础上，本技术还提供一种自移动机器人系统，该自移动机器人系统可以包括充电基站和与充电基站适配的自移动机器人，充电基站和自移动机器人中的至少一者可以包括如图4至图8所示的任一实施例中的按键电极。
81.可以理解的，本技术实施例中的按键电极可以应用于充电基站和/或自移动机器人等设备上，该按键电极可以设置于设备的侧面或底部，当按键电极设置于充电基站和/或自移动机器人侧面时，则可以采用面对面水平推进式的充电接触方案；当按键电极设置于
自移动机器人底部或充电基站顶部时，则可以采用侧面擦进式的充电接触方案，从而极大限度的利用按键电极的可接触面积，实现大电流、大功率、快速充电。
82.相关技术中，由于目前自移动机器人定位或移动路径精准度的局限、回充引导机制存在误差等原因，自移动机器人回充后，机器人电极与充电基站电极之间难以准确对接，容易产生位置偏移或歪斜的问题，从而导致两者电极可能存在有效接触面积减小，且无法准确判断该情况，进而导致接触阻抗大、温升快、大电流充电受到限制、效率低等问题。
83.具体的，目前自移动机器人自动回充，大多依靠激光雷达及虚拟地图做大的方位确认，充电基站红外信号做精细引导，视觉或雷达做辅助定位，对于回充后，自移动机器人充电或通信电极与充电基站的通信电极的对位，难以做到理想的精准重叠接触，更难以检测对位情况；当自移动机器人电极与充电基站电极之间接触有所偏移或接触阻抗较大时，对于当前的较小电流充电且电极容差留有一定裕量的情况下影响相对较小，但也无法准确判断该种情况；即便某些极端情况，如电极温升过快触发自移动机器人重新对位，也通常是自移动机器人盲目的离开充电基站一小段距离然后再次回充，并不能准确知道自移动机器人偏移或者歪斜的方向，难以精确调整回充位置，很可能经历数次反复调整后依然无法精准对位。
84.随着用户对自移动机器人工作时长的需求越来越长，尤其随着商用机器人的逐渐普及，自移动机器人对大容量、长续航电池包的需求越来越强烈，与此同时，对于大电流、快速充电的需求也越来越强烈。当大电流充电时，如果充电电极对位偏差较大，则接触阻抗会变大，电极温升也会随之加快，进而影响充电速度及效率。因此，精准的电极对位检测机制，即自移动机器人回归充电基站后对位电极偏移或歪斜的具体方向及角度检测判断机制、以及高效的二次调整机制显得越来越重要。
85.基于此，本技术实施例还提供一种自移动机器人系统，该自移动机器人系统可以包括充电基站和自移动机器人，该充电基站可以包括功率电极对和第一定位信号电极对，自移动机器人可以包括与功率电极对适配的充电电极对以及与第一定位信号电极对适配的第二定位信号电极对。
86.当第一定位信号电极对与第二定位信号电极对准确对位时，功率电极对输出充电功率信号至充电电极对，以为自移动机器人提供充电能量。
87.本技术实施例中，功率电极对与充电电极对适配，第一定位信号电极对与第二定位信号电极对适配，因此，第一定位信号电极对与功率电极对的相对位置一定，第二定位信号电极对与充电电极对的相对位置一定。当充电基站的功率电极对与自移动机器人的充电电极对准确对位时，可以确定第一定位信号电极对也与第二定位信号电极对准确对位，此时，根据第一定位信号电极对与第二定位信号电极对准确对位的信号，便可以控制充电基站的功率电极对带电，从而输出充电功率信号至充电电极对，以为自移动机器人提供充电能量。
88.如图9所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人系统的一个结构示意图，其中充电基站的功率电极对包括第一功率电极cp1和第二功率电极cp2，第一定位信号电极对包括第一正极定位信号电极ha和第一负极定位信号电极ca，第一正极定位信号电极ha设置于第二功率电极cp2右侧，第一负极定位信号电极ca设置于第一功率电极cp1左侧。
89.自移动机器人的充电电极对包括第一充电电极jp1和第二充电电极jp2，第二定位
信号电极对包括第二正极定位信号电极ka和第二负极定位信号电极ja，第二正极定位信号电极ka设置于第二充电电极jp2的右侧，第二负极定位信号电极ja设置于第一充电电极jp1的左侧。
90.可以理解的，第一功率电极cp1和第二功率电极cp2可以是一正一负两个电极，第一充电电极jp1和第二充电电极jp2同样可以是一正一负两个电极，且功率电极对的正负电极与充电电极对的正负电极相对应，如图10所示，为便于区分，图10中颜色较浅的为自移动机器人的充电电极对以及第二定位信号电极对，颜色较深的为充电基站的功率电极对以及第一定位信号电极对，当第一功率电极cp1与第一充电电极jp1对准且第二功率电极cp2与第二充电电极jp2对准时，第一正极定位信号电极ha与第二正极定位信号电极ka对准，第一负极定位信号电极ca与第二负极定位信号电极ja对准。
91.因此，当检测到第一正极定位信号电极ha与第二正极定位信号电极ka对准，以及第一负极定位信号电极ca与第二负极定位信号电极ja对准时，可以确定充电基站的充电电极对与自移动机器人的功率电极对准确对位，此时，便可以控制充电基站的功率电极对带电为自移动机器人充电。
92.可以理解的，本技术实施例中，充电基站的功率电极对和/或自移动机器人的功率电极对可以采用上述实施例中的按键电极，也可以选用普通的电极片，具体可以根据实际应用场景进行确定，此处不作限定。
93.本技术实施例中，通过第一定位信号电极对和第二定位信号电极对之间的对位，确保充电基站的功率电极对与自移动机器人的充电电极对之间准确对位，避免了对位偏移或歪斜导致接触面积小的问题，提高了功率电极对与充电电极对的对位精准度，从而提高了有效接触面积，降低了能量损耗，提高了充电电流，确保了大功率快速充电。
94.在本技术一些实施例中，第二定位信号电极对连接有分压检测电路和自移动机器人的主控单元，该主控单元可以用于根据接收到的第二定位信号电极对的电压信号判断第一定位信号电极对与第二定位信号电极对是否准确对位。
95.第一定位信号电极对连接有电压检测电路和充电基站的主控模块，该主控模块可以用于根据接收到的第一定位信号电极对的电压检测信号判断第一定位信号电极对与第二定位信号电极对是否准确对位。
96.可以理解的，该主控单元、主控模块均可以是现有的任一种微控制单元(micro controller unit，mcu)、单片微型计算机(single chip microcomputer)或者单片机等集成元件。
97.如图11所示，分压检测电路可以包括多个分压电阻，例如针对于共地的第一充电电极jp1，位于其旁侧的第二负极定位信号电极ja可以连接有串联的第一电阻r1和第二电阻r2，第一电阻r1连接有电源vcc，第二电阻r2连接接地极gnd，该第二负极定位信号电极ja连接在第一电阻r1和第二电阻r2之间且与自移动机器人的主控单元连接。电压检测电路可以包括检测电阻，例如针对于共地的第一功率电极cp1，位于其旁侧的第一负极定位信号电极ca可以分别连接有接地的第六电阻r6和充电基站的主控模块。
98.根据图11可以知道，当自移动机器人未与充电基站接触时，第二负极定位信号电极ja的电压为v
ja
＝vcc*r2/(r1+r2)(v)，第一负极定位信号电极ca的电压为v
ca
＝0(v)。
99.由于第一负极定位信号电极ca相对于第一功率电极cp1位置一定，且第二负极定
位信号电极ja相对于第一充电电极jp1位置一定，当自移动机器人与充电基站对位准确时，第一负极定位信号电极ca与第二负极定位信号电极ja的中心点重叠，第一功率电极cp1与第一充电电极jp1的中心点重叠，此时，第二电阻r2与第六电阻r6并联，第二负极定位信号电极ja的电压和第一负极定位信号电极ca的电压分别为：
[0100]vja
＝vcc*(r2||r6)/(r1+r2||r6)(v)
[0101]vca
＝vcc*(r2||r6)/(r1+r2||r6)(v)
[0102]
其中，符号“||”表示电阻并联。
[0103]
由于第一充电电极jp1与第一功率电极cp1未对位和准确对位时，第二负极定位信号电极ja的电压v
ja
以及第一负极定位信号电极ca的电压v
ca
存在区别，因此，主控模块根据第一负极定位信号电极ca的电压检测信号v
ca
可以确定第一充电电极jp1与第一功率电极cp1是否准确对位，主控单元根据第二负极定位信号电极ja的电压信号v
ja
可以确定第一充电电极jp1与第一功率电极cp1是否准确对位。
[0104]
如图12所示，针对于未直接连接接地极gnd的第二功率电极cp2和第二充电电极jp2，该第二功率电极cp2旁侧的第一正极定位信号电极ha连接有接地的第十六电阻r16和充电基站的主控模块；该第二充电电极jp2旁侧的第二正极定位信号电极ka连接有串联的第十一电阻r11和第十二电阻r12，其中，第十一电阻r11连接电源vcc，第十二电阻r12连接接地极gnd，该第二正极定位信号电极ka连接在第十一电阻r11和第十二电阻r12之间，且与自移动机器人的主控单元连接。
[0105]
根据图12可以知道，当自移动机器人未与充电基站接触时，第二正极定位信号电极ka的电压为v
ka
＝vcc*r12/(r11+r12)(v)，第一正极定位信号电极ha的电压为v
ha
＝0(v)。
[0106]
由于第一正极定位信号电极ha相对于第二功率电极cp2位置一定，且第二正极定位信号电极ka相对于第二充电电极jp2位置一定，当自移动机器人与充电基站对位准确时，第一正极定位信号电极ha与第二正极定位信号电极ka的中心点重叠，第二功率电极cp2与第二充电电极jp2的中心点重叠，此时，第十六电阻r16与第十二电阻r12并联，第二正极定位信号电极ka的电压和第一正极定位信号电极ha的电压分别为：
[0107]vka
＝vcc*(r12||r16)/(r11+r12||r16)(v)
[0108]vha
＝vcc*(r12||r16)/(r11+r12||r16)(v)
[0109]
由于第一充电电极jp1与第一功率电极cp1未对位和准确对位时，第二正极定位信号电极ka的电压v
ka
以及第一正极定位信号电极ha的电压v
ha
存在区别，因此，主控模块根据第一正极定位信号电极ha的电压检测信号v
ha
可以确定第二充电电极jp2与第二功率电极cp2是否准确对位，主控单元根据第二正极定位信号电极ka的电压信号v
ka
可以确定第二充电电极jp2与第二功率电极cp2是否准确对位。
[0110]
请继续参阅图11，自移动机器人回归充电基站后位置歪斜，即第一充电电极jp1与第一功率电极cp1的中心点偏离，如图13所示，假设自移动机器人相对于充电基站右偏，此时第一功率电极cp1将会同时与第一充电电极jp1和第二负极定位信号电极ja相接触，由于第一功率电极cp1、第一充电电极jp1和第二负极定位信号电极ja均是导体，因此，第一功率电极cp1会使第一充电电极jp1和第二负极定位信号电极ja短路，结合图11可以知道，此时，第二负极定位信号电极ja的电位将被拉低至接地极gnd，即第二负极定位信号电极ja的电压v
ja
＝0(v)，而第一负极定位信号电极ca由于未与第二负极定位信号电极ja对接，因此第
一负极定位信号电极ca的电压同样为v
ca
＝0(v)。
[0111]
请继续参阅图12，第二充电电极jp2可以通过一可控开关sw1连接有接地的第十七电阻r17，该可控开关sw1可以是绝缘栅型场效应管(metal oxide semiconductor，mos)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)、三极管等现有的任一种可控开关元件，该可控开关sw1可以受控于控制电路，当功率回路未打开即充电电极对未接收到功率充电信号时，主控单元可以通过控制电路控制可控开关sw1闭合，当功率电极对输出功率充电信号至充电电极对时，主控单元同样可以通过该控制电路控制可控开关sw1断开，如此，对于功耗有要求的应用场景，可以避免第十七电阻r17带来的功耗问题；而若对功耗要求不高，则可控开关sw1可以直接闭合，即直接短路可控开关sw1回路，使第二充电电极jp2直接接第十七电阻r17，或者也可以使第十七电阻r17阻值较大，以减小系统功耗。
[0112]
当第二充电电极jp2相对于第二功率电极cp2左偏，充电基站的第二功率电极cp2将使得自移动机器人的第二充电电极jp2与第二正极定位信号电极ka短路，结合图12可以知道，此时第十七电阻r17与第十二电阻r12并联，从而引起第二正极定位信号电极ka的电位产生变化，第二正极定位信号电极ka的电压为v
ka
＝vcc*(r12||r17)/(r11+r12||r17)(v)，第一正极定位信号电极ha的电压为v
ha
＝0(v)。
[0113]
综上所述，根据第二负极定位信号电极ja的电压v
ja
、第一负极定位信号电极ca的电压v
ca
、第二正极定位信号电极ka的电压v
ka
以及第一正极定位信号电极ha的电压v
ha
便可以确定第一定位信号电极对与第二定位信号电极是否对准确对位，进一步的便可以确定功率电极对与充电电极对是否准确对位。
[0114]
当且仅当主控模块确定功率电极对与充电电极对准确对位时，才会控制功率电极对带电，输出充电功率信号至充电电极对，为自移动机器人提供充电能量。
[0115]
同时，主控单元还可以根据第二负极定位信号电极ja的电压v
ja
和第二正极定位信号电极ka的电压v
ka
的具体值判断自移动机器人的归站姿态以及功率电极对与充电电极对之间偏差的距离或方位。
[0116]
如图14所示，为自移动机器人相对于充电基站左偏的一个位置关系示意图，此时，自移动机器人的第二充电电极jp2和第二正极定位信号电极ka被充电基站的第二功率电极cp2短路，结合图11和图12可以知道，第二正极定位信号电极ka的电平将受影响产生变化，第二负极定位信号电极ja、第一负极定位信号电极ca和第一正极定位信号电极ha的电平将维持为未对接时的状态。
[0117]
各定位信号电极的电位为：v
ka
＝vcc*(r12||r17)/(r11+r12||r17)(v)；v
ha
＝0(v)；v
ja
＝vcc*r2/(r1+r2)(v)；v
ca
＝0(v)。
[0118]
如图15所示，为自移动机器人相对于充电基站向右倾斜的一个位置关系示意图，此时，第一充电电极jp1、第二负极定位信号电极ja的中心点分别与第一功率电极cp1、第一负极定位信号电极ca基本重叠；第二充电电极jp2、第二正极定位信号电极ka的中心点分别与第二功率电极cp2、第一正极定位信号电极ha偏移，且第二充电电极jp2和第二功率电极cp2部分重叠，第二正极定位信号电极ka和第一正极定位信号电极ha完全无接触。
[0119]
结合图11和图12可以知道，此场景中，各定位信号电极的电位为：v
ja
＝v
ca
＝vcc*(r2||r6)/(r1+r2||r6)(v)；v
ka
＝vcc*r12/(r11+r12)(v)；v
ha
＝0(v)。
[0120]
如图16所示，为自移动机器人相对于充电基站向左倾斜的一个位置关系示意图，
第二充电电极jp2、第二正极定位信号电极ka的中心点分别与第二功率电极cp2、第一正极定位信号电极ha基本重叠；第一充电电极jp1、第二负极定位信号电极ja的中心点分别与第一功率电极cp1、第一负极定位信号电极ca偏移，且第一充电电极jp1和第一功率电极cp1部分重叠，第二负极定位信号电极ja和第一负极定位信号电极ca完全无接触。
[0121]
结合图11和图12可以知道，此场景中，各定位信号电极的电位为：v
ka
＝v
ha
＝vcc*(r12||r16)/(r11+r12||r16)(v)；v
ja
＝vcc*(r2)/(r1+r2)(v)；v
ca
＝0(v)。
[0122]
可以理解的，本技术实施例中的各电阻的阻值可以根据实际应用场景进行匹配，以便于不同的对位情况下，各定位信号电极能够匹配到不同的电位且具有一定的级差，使得主控单元和主控模块能够更容易区分不同状态下的实际电位情况。
[0123]
如图17所示，图17是本技术实施例中提供的偏移距离测算的一个结构示意图，图17中自移动机器人相对于充电基站右偏，且向右偏移的最小距离ds为第二负极定位信号电极ja右侧到第一充电电极jp1左侧的距离；同理，向左偏移的最小距离为第二正极定位信号电极ka左侧到第二充电电极jp2右侧的距离。
[0124]
详细来说，只有在右偏的程度达到第一功率电极cp1将第二负极定位信号电极ja和第一充电电极jp1短路，第二负极定位信号电极ja的电位发生变化时，主控单元才会检测到对位发生了右偏，若第一功率电极cp1无限靠近但未接触第二负极定位信号电极ja，则虽然实际发生了右偏，但由于第二负极定位信号电极ja的电位无变化，主控单元不会检测到发生偏移，因此，能够检测到发生右偏的最小距离是第二负极定位信号电极ja右侧到第一充电电极jp1左侧的距离。
[0125]
也就是说，只要移动偏移的最小距离便能够通过各定位信号电极的电位情况确定功率电极对与充电电极对之间的对位情况。
[0126]
由此可知，定位信号电极与功率电极或充电电极的排布位置决定了自移动机器人偏移距离测算的误差大小，值得注意的是，通常充电基站功率电极与自移动机器人充电电极大小并不一致，因此在实际应用中还可以考虑两者电极大小的差异。
[0127]
本技术实施例中，定位信号电极距离充电电极越近，则误差越小，定位精度越高，自移动机器人与充电基站对位的难度越大。
[0128]
请参阅图18，图18是本技术实施例中提供的偏移角度测算的一个结构示意图，假设第二负极定位信号电极ja和第二正极定位信号电极ka的中心点距离为d，第二负极定位信号电极ja和第二正极定位信号电极ka的边长为l1，第一正极定位信号电极ha和第一负极定位信号电极ca的边长为m12，则若机器人电极相对于充电基站电极右斜时，倾斜的最小角度θ可近似计算为：
[0129][0130]
如图18所示，θ＝1.89
°
，同理可以推算左斜时的最小角度，具体此处不再赘述。
[0131]
本技术实施例中，歪斜角度的精度测算与充电基站的定位信号电极的大小、自移动机器人的定位信号电极的大小、以及正负极信号电极的中心距离均有关系，通过调整上述参数，可以调整自移动机器人歪斜检测的精度范围。可以理解，精度越高，自移动机器人与充电基站电极对位的难度越大。因此，在实际应用时，可以根据具体应用场景调整充电基站的定位信号电极的大小、自移动机器人的定位信号电极的大小、以及正负极信号电极的
中心距离，以使歪斜检测的精度范围符合要求。
[0132]
在本技术一些实施例中，主控单元还可以用于在确定第一定位信号电极对与第二定位信号电极对未准确对位时，控制自移动机器人进行姿态调整，以使第一定位信号电极对与第二定位信号电极对准确对位。
[0133]
具体的，根据上述实施例中的记载，主控单元可以根据第二正极定位信号电极ka的电压信号v
ka
和第二负极定位信号电极ja的电压信号v
ja
确定充电电极对与功率电极对是否准确对位，也就是确认自移动机器人是否已与充电基站准确对位，若第二正极定位信号电极ka的电压信号v
ka
和第二负极定位信号电极ja的电压信号v
ja
与预设的准确对位时的电压信号不一致，则可以进一步根据电压信号判断自移动机器人的姿态，例如判断自移动机器人相对于充电基站左偏或右偏、左斜或右斜，并可以基于上述实施例中关于偏移距离和偏移角度的测算，估算自移动机器人的偏移距离或偏移角度。
[0134]
本技术实施例中，在确定第一定位信号电极对与第二定位信号电极对未准确对位时，主控单元可以根据估算的偏移距离或偏移角度控制自移动机器人进行姿态调整，以使第一定位信号电极对与第二定位信号电极对准确对位。
[0135]
在本技术一些实施例中，主控单元可以预先经过多次机器学习，对二次调整即姿态调整的运动路径进行优化，将机器学习的最优结果形成算法固化到主控单元里。
[0136]
如图19所示，为本技术实施例中提供的位置偏移时进行姿态调整的一个运动路径示意图，在一种具体实现中，当自移动机器人相对于充电基站右偏时，自移动机器人的主控单元首先可以控制自移动机器人自充电基站移出，并在移出的过程中根据预先估计的偏移距离控制自移动机器人在水平方向上向左移动相应距离，此时，可以认为自移动机器人的充电电极对已与充电基站的功率电极对对齐，最后主控单元再控制自移动机器人作直线运动，以使自移动机器人的充电电极对与充电基站的功率电极对准准确对位，实现姿态调整。
[0137]
如图20所示，为本技术实施例中提供的位置偏移时进行姿态调整的另一个运动路径示意图，在另一种具体实现中，当自移动机器人相对于充电基站右偏时，自移动机器人的主控单元首先可以控制自移动机器人作直线运动，由充电基站移出，此时由于自移动机器人作直线运动，移出后的自移动机器人仍然相对于充电基站右偏，因此，主控单元可以在控制自移动机器人再次归站的同时，根据预先估计的偏移距离控制自移动机器人在水平方向上向左移动相应距离，从而对偏移距离进行补偿，补偿后可以认为自移动机器人的充电电极对已与充电基站的功率电极对对齐，因此再次归站时可以使自移动机器人的充电电极对与充电基站的功率电极对准确对位。
[0138]
可以理解的，上述仅是主控单元控制自移动机器人进行姿态调整的一些示例，在其他的一些应用场景中，主控单元还可以根据其他能够使充电电极对与功率电极对准确对位的对位机制对自移动机器人进行姿态调整，具体此处不再赘述。
[0139]
针对于角度歪斜的情况，可以通过类似于上述位置偏移时微调的方法来对自移动机器人进行姿态调整，自移动机器人离开充电基站后再根据估算的歪斜情况调整回归路径，以实现位置矫正。
[0140]
另外，对于配置有双驱系统的自移动机器人，还可以通过控制各驱动轮不同转速和运转反向，做一侧半定轮的微转向操作，直接进行位置矫正，使自移动机器人不需要通过离开充电基站再回归的方式进行姿态调整，大大缩短了姿态调整的时间，减少了运动路径，
从而能够快速实现角度偏移的矫正处理。
[0141]
本技术实施例中，偏移距离和歪斜角度的精度由定位信号电极、功率电极以及充电电极的大小、排布、间距等因素决定，其适用场景可以包括:
[0142]
①
自移动机器人本身回充对位的精度已较高的，仅需要做微调以达到更高精度精准定位的场景；
[0143]
②
自移动机器人本身回充对位精度很差，需要辅助对位机制帮助其提高自身对位精度，从而可以放宽上述定位信号电极的排布精度的场景；
[0144]
③
可以接受多次姿态调整的尝试，通过多次微调整来慢慢弥补对位的偏差，若初次对位偏差小，则可以快速微调纠偏；若初次对位偏差大，则通过多次微调不断缩小偏差，最终实现精准对位的场景。
[0145]
但是，对于自移动机器人的充电电极对相对充电基站的功率电极对偏移或歪斜较为严重或情况较为复杂时，同样难以准确辨别具体偏离情况。例如针对于图21至图24所示的情况，当充电电极对相对功率电极对右偏且右斜、或右偏且左斜时，均会被判断为右偏；同理，当充电电极对相对功率电极对左偏且左斜、或左偏且右斜时，均会被判断为左偏；并且若初次对位偏差大，需要进行多次微调整纠偏，存在纠偏效率低的问题。
[0146]
针对于这一问题，在上述实施例的基础之上，本技术实施例中的第二正极定位信号电极可以为多个，该多个第二正极定位信号电极排布于充电电极正极的周边；第二负极定位信号电极同样可以为多个，该多个第二负极定位信号电极排布于充电电极负极的周边。
[0147]
请参阅图25，图25是本技术实施例中提供的自移动机器人系统的另一个结构示意图，其中充电基站的功率电极对同样包括第一功率电极cp1和第二功率电极cp2，第一定位信号电极对包括第一正极定位信号电极ha和第一负极定位信号电极ca，第一正极定位信号电极ha设置于第二功率电极cp2右侧，第一负极定位信号电极ca设置于第一功率电极cp1左侧。
[0148]
自移动机器人的充电电极对包括第一充电电极jp1和第二充电电极jp2，第二定位信号电极对包括第二正极定位信号电极ka和第二负极定位信号电极ja、第二正极定位信号电极kb和第二负极定位信号电极jb、以及第二正极定位信号电极kc和第二负极定位信号电极jc，如图25所示，第二正极定位信号电极ka、第二正极定位信号电极kb和第二正极定位信号电极kc排布于第二充电电极jp2的周边，第二负极定位信号电极ja、第二负极定位信号电极jb和第二负极定位信号电极jc排布于第一充电电极jp1的周边，且第二正极定位信号电极ka和第二负极定位信号电极ja、第二正极定位信号电极kb和第二负极定位信号电极jb、以及第二正极定位信号电极kc和第二负极定位信号电极jc分别在位置上相对应。
[0149]
本技术实施例，在适当的位置增加多个定位信号电极，可以提高自移动机器人相对于充电基站姿态识别的准确度，从而提高二次对位精度及对位效率。
[0150]
如图26所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人系统准确对位的另一个位置关系示意图，为便于区分，图26中颜色较浅的为自移动机器人的充电电极对以及第二定位信号电极对，颜色较深的为充电基站的功率电极对以及第一定位信号电极对，当第一功率电极cp1与第一充电电极jp1对准且第二功率电极cp2与第二充电电极jp2对准时，第一正极定位信号电极ha与第二正极定位信号电极ka对准，第一负极定位信号电极ca与第二负极定
位信号电极ja对准，第二正极定位信号电极kb、第二正极定位信号电极kc、第二负极定位信号电极jb和第二负极定位信号电极jc悬空。
[0151]
因此，当检测到第一正极定位信号电极ha与第二正极定位信号电极ka对准，以及第一负极定位信号电极ca与第二负极定位信号电极ja对准时，可以确定充电基站的充电电极对与自移动机器人的功率电极对准确对位，此时，便可以控制充电基站的功率电极对带电为自移动机器人充电。
[0152]
而对于未对准的情况，同样可以根据短路某个定位信号电极所引起的检测点的电位变化，来达到检测自移动机器人的充电电极对与充电基站的功率电极对相对位置的目的。
[0153]
如图27所示，图27是本技术实施例中提供的分压检测电路和电压检测电路的又一个电路原理示意图，在本技术一些实施例中，针对于共地的第一充电电极jp1，位于其旁侧的第二负极定位信号电极ja、第二负极定位信号电极jb和第二负极定位信号电极jc可以分别与串联的第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4以及第五电阻r5连接，具体的，第二负极定位信号电极ja连接在第二电阻r2和第三电阻r3之间，第二负极定位信号电极jb连接在第三电阻r3和第四电阻r4之间，第二负极定位信号电极jc连接在第四电阻r4和第五电阻r5之间，在第一电阻r1和第二电阻r2之间的第一节点jt1通过第七电阻r7连接至主控单元，主控单元通过检测第一节点jt1的电位变化，可以达到检测第一充电电极jp1与第一功率电极cp1相对位置的目的。
[0154]
针对于共地的第一功率电极cp1，位于其旁侧的第一负极定位信号电极ca可以连接有接地的第六电阻r6，并通过第八电阻r8连接充电基站的主控模块。
[0155]
根据图27可以知道，当自移动机器人未与充电基站接触时，第一节点jt1的电位为：
[0156][0157]
当第一充电电极jp1与第一功率电极cp1准确对位时，第一负极定位信号电极ca与第二负极定位信号电极ja对接，此时第三电阻r3、第四电阻r4以及第五电阻r5串联后与第六电阻r6并联，因此，第一节点jt1的电位为:
[0158][0159]
如图28所示，针对于未直接连接接地极gnd的第二功率电极cp2和第二充电电极jp2，该第二功率电极cp2旁侧的第一正极定位信号电极ha连接有接地的第十六电阻r16并通过第十八电阻r18连接充电基站的主控模块；该第二充电电极jp2旁侧的第二正极定位信号电极ka、第二正极定位信号电极kb和第二正极定位信号电极kc可以分别与串联的第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14以及第十五电阻r15连接，具体的，第二正极定位信号电极ka连接在第十二电阻r12和第十三电阻13之间，第二正极定位信号电极kb连接在第十三电阻r13和第十四电阻r14之间，第二正极定位信号电极kc连接在第十四电阻r14和第十五电阻1r5之间，在第十一电阻r11和第十二电阻r12之间的第二节点jt2通过第十七电阻r7连接至主控单元，主控单元通过检测第二节点jt2的电位变化，可以
达到检测第二充电电极jp2与第二功率电极cp2相对位置的目的。
[0160]
根据图28可以知道，当自移动机器人未与充电基站接触时，第二节点jt2的电位为：
[0161][0162]
当第二充电电极jp2与第二功率电极cp2准确对位时，第一正极定位信号电极ha与第二正极定位信号电极ka对接，此时第十三电阻r13、第十四电阻1r4以及第十五电阻r15串联后与第十六电阻r16并联，因此，第二节点jt2的电位为:
[0163][0164]
综上所述，自移动机器人的主控单元可以根据第一节点jt1和第二节点jt2的电位来确定充电电极对与功率电极对即第一充电电极jp1与第一功率电极cp1以及第二充电电极jp2与第二功率电极cp2是否分别准确对位。
[0165]
请结合图27和图28，其中第七电阻r7和第八电阻r8为限流电阻，第一稳压管esd1、第二稳压管esd2、第三稳压管esd3和第四稳压管esd4均为浪涌防护器件，用于保护主控单元和主控模块的adc/gpio口，以免被损坏。
[0166]
第二充电电极jp2通过第二可控开关sw2连接第十七电阻r17，该第十七电阻r17为旁路电阻，用于将第二充电电极jp2与接地极gnd产生联系，其可以与其他分压电阻适当匹配参数，以减小其带来的额外功耗；第二可控开关sw2为第十七电阻r17的回路开关，该第二可控开关sw2可以为mos、三极管等可控开关器件，主控单元可以通过控制电路控制第二可控开关sw2的工作状态，从而实现第二充电电极jp2功率回路上电前第二可控开关sw2为闭合状态，当第二充电电极jp2功率回路上电后第二可控开关sw2断开，从而避免第十七电阻r17带来的额外功耗以及adc电位偏移问题，值得注意的是，对于功耗要求不敏感的应用场景，则可以直接将第十七电阻r17与第二充电电极jp2连接。
[0167]
针对于充电电极对与功率电极对未准确对位的情况，自移动机器人的主控单元同样可以根据第一节点jt1和第二节点jt2的电位来确定充电电极对与功率电极对的相对位置，从而为进一步的姿态调整奠定基础。
[0168]
如图29所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏的另一个位置关系示意图，此时，第一功率电极cp1将第二负极定位信号电极ja和第一充电电极jp1短接，结合图27可以知道，第二负极定位信号电极ja相当于直接连接接地极gnd，因此引起第一节点jt1的电位变化，此时，自移动机器人的其他定位信号电极未与其他任何电极搭接，因此第二节点jt2的电位与未对接时相同。
[0169]
如图30所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右斜的另一个位置关系示意图，此时，第二负极定位信号电极ja与第一负极定位信号电极ca重叠、第一功率电极cp1与第一充电电极jp1重叠，结合图27可以知道，第一节点jt1的电位与准确对位时的电位相同，第二功率电极cp2将第二充电电极jp2与第二正极定位信号电极kb短接，结合图28可以知道，第十七电阻r17并入电阻分压电路，也就是说，第十四电阻r14和第十五电阻r15串联后与第十七电阻r17并联，从而引起第二节点jt2的电位变化。
[0170]
如图31所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏且右斜的另一个位置关系示意图，此时，第一功率电极cp1将第一充电电极jp1与第二负极定位信号电极ja短接，结合图27可以知道，第二负极定位信号电极ja相当于直接连接接地极gnd，因此引起第一节点jt1的电位变化，第二功率电极cp2将第二充电电极jp2与第二正极定位信号电极kb短接，结合图28可以知道，第十七电阻r17并入电阻分压电路，也就是说，第十四电阻r14和第十五电阻r15串联后与第十七电阻r17并联，引起第二节点jt2的电位变化。
[0171]
如图32所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站右偏且左斜的另一个位置关系示意图，此时，第一功率电极cp1将第一充电电极jp1、第二负极定位信号电极ja和第二负极定位信号电极jb都短接，结合图27可以知道，相当于第三电阻r3被短路，因此引起第一节点jt1的电位变化，而自移动机器人的其他定位信号电极未与其他任何电极搭接，因此第二节点jt2的电位与未对接时相同。
[0172]
如图33所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站严重右斜的一个位置关系示意图，此时，第二负极定位信号电极ja与第一负极定位信号电极ca部分重叠，结合图27可以知道，第六电阻r6并入电阻分压电路，第一功率电极cp1将第一充电电极jp1与第二负极定位信号电极jb短接，相当于第二负极定位信号电极jb连接接地极gnd，即第四电阻r4和第五电阻r5被短路，因此第一节点jt1电位将产生变化。第二功率电极cp2将第二充电电极jp2与第二正极定位信号电极kb短接，结合图28可以知道，第十七电阻r17并入电阻分压电路，从而引起第二节点jt2的电位变化。
[0173]
如图34所示，为本技术实施例中提供的自移动机器人相对于充电基站严重右偏的一个位置关系示意图，此时第一功率电极cp1将第二负极定位信号电极ja与第二负极定位信号电极jc短接，且第一充电电极jp1未接触包括第一功率电极cp1在内的其他任何电极，结合图27可以知道，此时充电基站与自移动机器人之间功率地并未形成电联系即不共地，相当于第三电阻r3和第四电阻r4被短路，此时电阻分压电路仅第一电阻r1、第二电阻r2和第五电阻r5参与，因此引起第一节点jt1的电位变化，而自移动机器人的其他定位信号电极未与其他任何电极搭接，因此第二节点jt2的电位与未对接时相同。
[0174]
同理，针对于自移动机器人相对于充电基站左偏、左斜、左偏且左斜、左偏且右斜、严重左斜以及严重左偏等情况，同样可以根据第一节点jt1和第二节点jt2的电位变化进行确定。
[0175]
如下表一所示，为自移动机器人与充电基站在不同对位情况下的第一节点jt1分压比和第二节点jt2分压比的计算式，可以理解的，表一中相应分压比与电源vcc幅值的乘积即为该节点在相应对位情况下的电位/电压值。
[0176]
表一节点分压比计算式
[0177][0178][0179]
根据表一可以知道，在自移动机器人的不同位置状态下，第一节点jt1分压比和第二节点jt2分压比存在区别，进而第一节点jt1电位和第二节点jt2电位存在区别，因此，主控单元根据第一节点jt1和第二节点jt2的电位可以判断自移动机器人与充电基站之间的位置状态，从而在未准确对接时，控制自移动机器人进行快速高效的二次归站。
[0180]
可以理解的，通过优化上述定位信号电极的位置排布，可以改变定位的偏差位置和定位精度，且若充电电极周边排布的定位信号电极的数量越多，则对于自移动机器人的偏移距离定位以及偏斜角度识别越精确。
[0181]
上述实施例中仅描述了通过在充电电极对的两侧及下方排布定位信号电极来对自移动机器人左右偏移以及倾斜的情况进行检测，可以理解，在其他的一些应用场景中，还
可以通过在充电电极的上方排布定位信号电极对自移动机器人前后偏移的情况进行检测，检测原理可以参考上述实施例中的记载，具体此处不再赘述。
[0182]
目前自移动机器人的归站确认机制较为简单，人或物误触充电基站感应开关容易被误认为是自移动机器人归站，从而使得功率电极对误上电，存在漏电、触电、短路等风险。
[0183]
为了安全起见，通常要求充电基站的输出电极即功率电极对在自移动机器人离站或无需充电时切断充电回路，也就是功率电极不带电或不输出功率、充电电压和充电电流。
[0184]
相关技术中的实现方案为：目前充电基站的功率电极是否输出电量/电压，大多是通过简单的触发机制来判断，比如自移动机器人归站后通过自身力量使电极片或电极柱产生一定的位移或形变，利用该位移或形变来使得光耦或红外对射管的遮蔽情况发生改变、或者利用该位移或形变触碰轻触开关/机械开关来改变开关量等方式来检测自移动机器人是否归站，通过检测状态的改变来控制输出回路的导通。
[0185]
自移动机器人归站时，通过自移动机器人本体挤压充电基站的功率电极或某个开关，如光耦、红外对射管、磁传感器、机械开关等，本质上都是通过自移动机器人归站后触碰充电基站的某一处机械结构，进而通过该结构遮挡/解遮挡光耦或红外对射管、或引起机械开关产生通断信号，使充电基站打开充电回路，以使输出电极带电或输出电压、电流或功率。
[0186]
然而，目前的判断机制通过人或物去触碰或按压相应位置，同样会使得充电基站误认为是自移动机器人归站了，从而使得充电回路误打开、功率电极带电，进而带来误触电、电极之间短路等风险。
[0187]
针对这一问题，在本技术一些实施例中，通过利用上述的一个或多个定位信号电极，增加特殊的电压/电平判断机制，有且仅有在自移动机器人与充电基站正确对位时，充电基站才能获得该特殊电平，从而确认是自移动机器人归站，再使功率电极对带电，能够避免人或物误触导致功率电极对误上电的情况，避免了漏电、触电、短路等风险，大大增加了充电基站的安全性。
[0188]
具体的，请结合图27和图28，当自移动机器人未与充电基站准确对接时，第一负极定位信号电极ca的电压为v
ca
＝0(v)，第一正极定位信号电极ha的电压为v
ha
＝0(v)。
[0189]
当自移动机器人与充电基站准确对接时，第一负极定位信号电极ca的电压和第一正极定位信号电极ha的电压分别为：
[0190][0191][0192]
因此，充电基站的主控模块能够根据第一负极定位信号电极ca的电压v
ca
和第一正极定位信号电极ha的电压v
ha
的变化来判断自移动机器人是否已与充电基站准确对接，而非人或其他物体误触，从而避免充电基站电极回路误打开/误上电带来的风险。
[0193]
在本技术一些实施例中，主控模块在根据电压检测信号确定第一定位信号电极对与第二定位信号电极对准确对位后，还可以用于根据电压检测信号确定与充电基站对接的自移动机器人的类型，并根据确定的类型为自移动机器人提供充电能量。
[0194]
具体的，第一负极定位信号电极ca和第一正极定位信号电极ha还可以复用为自移动机器人的类型识别电极，根据上述实施例的记载，当自移动机器人与充电基站准确对接时，第一负极定位信号电极ca的电压和第一正极定位信号电极ha的电压分别为：
[0195][0196][0197]
因此，通过为不同的自移动机器人配置不同阻值的电阻，可以使得不同类型的自移动机器人在归站后，第一负极定位信号电极ca的电压和第一正极定位信号电极ha的电压不相同，从而主控模块可以根据所获得的不同的第一负极定位信号电极ca和第一正极定位信号电极ha的电压确定当前与充电基站对接的自移动机器人的类型。
[0198]
可以理解，不同类型的自移动机器人可以配置有不同的充电策略、通信策略等，因此，在主控模块根据第一负极定位信号电极ca的电压和第一正极定位信号电极ha的电压确定自移动机器人的类型后，还可以根据与该类型的自移动机器人匹配的充电策略为该自移动机器人提供充电能量。
[0199]
如此，便可以使电压、容量、通信协议等不同的自移动机器人共用同一个充电基站，充电基站通过识别不同自移动机器人归站后形成的第一负极定位信号电极ca的电压和第一正极定位信号电极ha的电压来匹配相对应的充电策略、通信策略、给排水、垃圾清理、自清洁等功能，扩大了充电基站的适用范围，使其可以适配多种不同类型的自移动机器人。
[0200]
在本技术一些实施例中，当自移动机器人离开充电基站后，为了降低功耗，充电基站的主控模块还可以控制某些不必要运行的功能模块关闭，从而避免不必要的功耗；当自移动机器人归站回充后，再根据第一负极定位信号电极ca的电压和第一正极定位信号电极ha的电压唤醒关闭的功能模块，使其再次进入工作状态，以节约能耗。
[0201]
由于目前自移动机器人与充电基站之间大多无通信机制或以单向通信机制为主，缺少可靠的信息交互通道，因此，在本技术一些实施例中，在上述定位信号电极的基础上，还可以复用上述的一个或多个定位信号电极形成自移动机器人与充电基站之间的通信链路。
[0202]
在一些实施例中，充电基站还可以包括与第一定位信号电极对连接的基站通信模块，自移动机器人还可以包括与第二定位信号电极对连接的机器人通信模块。
[0203]
其中，机器人通信模块可以用于将主控单元发出的机器人通信信号调制为第一通信信号，并将第一通信信号耦合于第二定位信号电极对上，通过第二定位信号电极对发送至第一定位信号电极对；基站通信模块可以用于对第一定位信号电极对接收到的第一通信信号进行解耦以及解调，得到机器人通信信号输出至主控模块。
[0204]
基站通信模块还可以用于将主控模块发出的基站通信信号调制为第二通信信号，并将第二通信信号耦合于第一定位信号电极对上，通过第一定位信号电极对发送至第二定位信号电极对；机器人通信模块还可以用于对第二定位信号电极对接收到的第二通信信号进行解耦以及解调，得到基站通信信号输出至主控单元。
[0205]
请继续参阅图27和图28，在一些实施例中，机器人通信模块可以包括机器人信号
隔离单元和机器人信号调制与解调单元，基站通信模块可以包括基站信号隔离单元和基站信号调制与解调单元。
[0206]
可以理解的，该机器人信号隔离单元和基站信号隔离单元均可以采用现有的任一种信号耦合器或信号耦合电路，例如阻容耦合器、光电耦合器等；机器人信号调制与解调单元以及基站信号调制与解调单元均可以采用相适配的调制与解调手段，其中，调制手段包括但不限于线性调制如调幅(am)、抑制载波双边带调幅(dsb-sc)、单边带调幅(ssb)、残留边带调幅(vsb)等和非线性调制如调频(fm)、移频键控(fsk)、移相键控(psk)、差分移相键控(dpsk)等，解调手段包括但不限于正弦波幅度解调、正弦波角度解调和共振解调等。
[0207]
本技术实施例中，以信号耦合与解耦的方式，将自移动机器人端的机器人通信信号调制为第一通信信号并耦合到第二定位信号电极对上，以发送信息给充电基站，充电基站端通过解耦以及解调该第一通信信号以解析自移动机器人送达的信息。同理，充电基站也可以将基站通信信号调制为第二通信信号并耦合到第一定位信号电极对上，以发送信息给自移动机器人，自移动机器人端通过解耦以及解调该第二通信信号以解析充电基站送达的信息。
[0208]
本技术实施例中，通过定位信号电极可以进行自移动机器人与充电基站之间的通信及握手确认双方详细信息，当自移动机器人的状态、充电回路的状态、电池状态等各类信息正常，确认可以正常充电时，充电基站才打开充电回路，使得功率电极对带电，并根据自移动机器人的类别提供相应的充电策略，实现二次安全确认，实现了自移动机器人与充电基站之间的有线连接，便于两者进行可靠的信息交互，进一步保证了充电基站的供电安全性，尤其对于高电压或交流式充电基站，对安全的需求大大增加，降低了充电基站异常带电的风险。
[0209]
在本技术一些实施例中，自移动机器人与充电基站还可以预先约定特殊的通信协议用于进行信息交互，如机器人识别、握手、充电状态交互、基站给排水、清洁、多机器人协同等。
[0210]
通过双向通信可以使充电基站实时获取自移动机器人的各种状态，如电池包的电芯类型、电压、可充电电流的大小范围、电池剩余电量百分比(state of charge，soc)、电池健康度(state of health，soh)即电池当前的容量与出厂容量的百分比等，从而更好地为自移动机器人匹配充电方案，实现快速、高效、安全充电。
[0211]
进一步的，本技术实施例中，通过定位信号电极实现双向通信还可以更好地实现充电基站的给排水、垃圾清理、自清洁等功能；同时也可以使自移动机器人更好地了解充电基站的状态、功能，从而调整其自身的工作状态，更好地适应不同的充电基站。
[0212]
本技术实施例中的自移动机器人可以是清洁机器人、交互机器人、洗地机、智能割草机、安防机器人等智能移动设备。
[0213]
可以理解的，自移动机器人可以配置有运动机构和执行机构，该运动机构可以带动自移动机器人在其工作范围内移动，执行机构可以执行相应的工作任务，例如对于扫地机器人来说，其运动机构可以是行走轮组，执行机构可以是喷洒组件以及滚刷组件等。
[0214]
自移动机器人的储能模块存储的能量可以在自移动机器人工作时，为其运动机构和执行机构提供工作所需电能量，以使自移动机器人能够正常工作。
[0215]
可以理解，该充电基站与自移动机器人可以通过上述实施例中描述的通信机制进
行双向通信，从而实现身份认证进行大功率充电/快速充电，缓解了电流过大导致的对传输线路、充电电极、接触阻抗等要求过高的问题，并且通过复用信号电极，在不增加额外的通信线或通信电极的前提下，将弱电的通信信号耦合到信号电极上，实现自移动机器人与充电基站之间的双向通信，通过可靠的握手机制，避免自移动机器人未与充电基站可靠接触前，误上电的情况，从而避免非正常操作导致充电基站漏电、触电、短路等风险，提高了安全性能。
[0216]
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
[0217]
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
[0218]
以上对本技术所提供的一种按键电极、充电基站、自移动机器人及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本技术的设备及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：
1.一种按键电极，其特征在于，包括：底座以及排布于所述底座上的若干充电导体，每个所述充电导体连接有导线，且每个所述充电导体通过弹性件与所述底座连接，所述弹性件用于在外部电极与所述充电导体接触时受力压缩以使所述外部电极与所述充电导体对接形成充电回路；所述按键电极还包括设置于所述底座上的绝缘盖板，所述底座与所述绝缘盖板围成容纳所述弹性件的容纳腔，所述绝缘盖板上设置有与每个所述充电导体适配的小孔，在所述弹性件未受力压缩时，每个所述充电导体通过对应的所述小孔且顶部高于所述绝缘盖板。2.根据权利要求1所述的按键电极，其特征在于，每个所述充电导体的顶部为光滑平面、具有多点凸起或具有多线条凸起。3.根据权利要求1所述的按键电极，其特征在于，每个所述充电导体的顶部凸起且四周圆滑。4.根据权利要求1所述的按键电极，其特征在于，所述小孔为方形结构。5.根据权利要求1所述的按键电极，其特征在于，所述充电导体的外侧边缘位于所述容纳腔内，且被所述绝缘盖板限位。6.根据权利要求1所述的按键电极，其特征在于，所述底座上设置有用于排布每根所述导线的中空柱，所述弹性件对应套设于所述中空柱上，且每个所述中空柱上还套设有绝缘垫片。7.一种充电基站，其特征在于，所述充电基站包括权利要求1-6任一项所述的按键电极。8.一种自移动机器人，其特征在于，所述自移动机器人包括权利要求1-6任一项所述的按键电极。9.一种自移动机器人系统，其特征在于，所述自移动机器人系统包括充电基站和与所述充电基站适配的自移动机器人，所述充电基站和所述自移动机器人中的至少一者包括权利要求1-6任一项所述的按键电极。10.根据权利要求9所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述充电基站包括功率电极对和第一定位信号电极对，所述自移动机器人包括与所述功率电极对适配的充电电极对以及与所述第一定位信号电极对适配的第二定位信号电极对，所述功率电极对和所述充电电极对中的至少一者包括所述按键电极；当所述第一定位信号电极对与所述第二定位信号电极对准确对位时，所述功率电极对输出充电功率信号至所述充电电极对，以为所述自移动机器人提供充电能量。11.根据权利要求10所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述充电电极对包括充电电极正极和充电电极负极，所述第二定位信号电极对包括第二正极定位信号电极和第二负极定位信号电极，所述第二正极定位信号电极设置于所述充电电极正极的旁侧，所述第二负极定位信号电极设置于所述充电电极负极的旁侧。12.根据权利要求11所述的自移动机器人系统，其特征在于，所述第二正极定位信号电极为多个，多个所述第二正极定位信号电极排布于所述充电电极正极的周边；所述第二负极定位信号电极为多个，多个所述第二负极定位信号电极排布于所述充电电极负极的周边。

技术总结
本申请公开了一种按键电极、充电基站、自移动机器人及系统，该按键电极包括底座以及排布于底座上的若干充电导体，每个充电导体连接有导线，且每个充电导体通过弹性件与底座连接，弹性件用于在外部电极与充电导体接触时受力压缩以使外部电极与充电导体对接形成充电回路。本申请通过在底座上排布若干的充电导体，当外部电极与各充电导体接触时，与充电导体对应的弹性件受力压缩从而使得外部电极与各充电导体紧密对接形成充电回路，增大了按键电极整体与外部电极之间的有效接触面积，降低了能量损耗，提高了充电电流，确保了大功率快速充电。速充电。速充电。


技术研发人员：杨磊 艾佳楠
受保护的技术使用者：科沃斯机器人股份有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/7/28