一种机器人自主充电的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种机器人自主充电的方法及系统，涉及机器人技术领域。该方法包括：采用设置在机器人头部的第一摄像机在机器人的活动范围内探测充电桩上的视觉定位标识；当探测到充电桩上的视觉定位标识时，根据视觉定位标识计算充电桩相对于所述机器人的方位信息，并根据方位信息引导机器人运动到充电桩的正前方；当机器人运动到充电桩的正前方时，采用设置在机器人底部的第二摄像机探测充电桩上的视觉定位标识，并根据视觉定位标识实时校正机器人的运动方向，使机器人保持直线向所述充电桩移动，直至机器人底座上的充电插槽与充电桩上的充电触点闭合。本发明专利技术能够使机器人精确的定位充电桩的位置，保证机器人自主充电的顺利进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人及时领域，尤其涉及一种机器人自主充电的方法及系统。
技术介绍
很多服务型移动机器人的任务是在家庭和办公室环境中执行清扫、垃圾收集、包裹递送、做饭、配送饮料以及监控等事务，它们能够将人类从繁重的劳动中解脱出来。这些服务型移动机器人通常都配置有自主充电系统，机器人通过自主充电系统能定期地自动为体内电池充电，从而能完全自动化的运作而不需要人工介入。现有的移动机器人的自主充电系统主要由充电桩及安装在机器人上的红外传感器或者声呐传感器构成，其中，充电桩固定在落地物上，充电时移动机器人通过红外传感器或者声呐传感器寻找充电桩的具体位置，以实现与充电桩的自动对接，完成自主充电。然而，这种自主充电方式的充电效果很大程度上受限于红外传感器或者声呐传感器的探测距离和精度，不能精确的标记充电桩的方位，每次充电时都需要多次尝试寻找充电桩，并且很容易在机器人行进的过程中丢失传感信号而造成充电失败。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种机器人自主充电的方法及系统，旨在解决现有的机器人自主充电方式不能精确的标记充电桩的方位，每次充电时都需要多次尝试寻找充电桩，并且很容易在机器人行进的过程中丢失传感信号而造成充电失败的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种机器人自主充电的方法，包括：采用设置在机器人头部的第一摄像机在机器人的活动范围内探测充电桩上的视觉定位标识；当探测到所述充电桩上的视觉定位标识时，根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，并根据所述方位信息引导所述机器人运动到所述充电桩的正前方；当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机探测所述充电桩上的视觉定位标识，并根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合。在上述技术方案的基础上，所述根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息具体包括：基于计算机视觉原理根据所述视觉定位标识计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标；根据所述翻滚角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标计算得出所述充电桩相对于所述机器人的方位信息。在上述技术方案的基础上，所述视觉定位标识为长方形多层嵌套性标识。在上述技术方案的基础上，所述基于计算机视觉原理根据所述视觉定位标识计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标具体包括：根据单应性矩阵：利用所述视觉定位标识中任一层的四个角点计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标；其中，(x，y，1)表示视觉定位标识中任一角点在第一摄像机的图像坐标系中像素坐标的齐次坐标，(X，Y，Z，1)表示所述角点在视觉定位标识坐标系中的齐次坐标，选取视觉定位标识平面为Z＝0，则所述角点在所述视觉定位标识坐标系中的齐次坐标即简化为(X，Y，0，1)，s为引入的任意尺度比例参数，M为摄像机内部参数矩阵，r1、r2、r3分别表示视觉定位标识坐标系相对于摄像机坐标系的旋转矩阵中的三个列向量，t为平移向量。在上述技术方案的基础上，当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机探测所述充电桩上的视觉定位标识，并根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合具体包括：当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机实时拍摄所述充电桩上的视觉定位标识，并利用计算机视觉原理根据所述视觉定位标识中位于所述第二摄像机视场角内的最外层嵌套性标识中的四个角点计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，然后根据所述方位信息校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种机器人自主充电的系统，包括：设置在所述机器人头部的第一摄像机，用于在机器人的活动范围内探测充电桩上的视觉定位标识；第一引导模块，用于当探测到所述充电桩上的视觉定位标识时，根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，并根据所述方位信息引导所述机器人运动到所述充电桩的正前方；设置在所述机器人底部的第二摄像机，用于当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，继续探测所述充电桩上的视觉定位标识；第二引导模块，用于根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合。在上述技术方案的基础上，所述第一引导模块具体用于：基于计算机视觉原理根据所述视觉定位标识计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标；根据所述翻滚角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标计算得出所述充电桩相对于所述机器人的方位信息。在上述技术方案的基础上，所述视觉定位标识为长方形多层嵌套性标识。在上述技术方案的基础上，所述第一引导模块具体用于：根据单应性矩阵：利用所述视觉定位标识中任一层的四个角点计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系原点在视觉定位标识坐标系下的坐标；其中，(x，y，1)表示视觉定位标识中任一角点在第一摄像机的图像坐标系中像素坐标的齐次坐标，(X，Y，Z，1)表示所述角点在视觉定位标识坐标系中的齐次坐标，选取视觉定位标识平面为Z＝0，则所述角点在所述视觉定位标识坐标系中的齐次坐标即简化为(X，Y，0，1)，s为引入的任意尺度比例参数，M为摄像机内部参数矩阵，r1、r2、r3分别表示视觉定位标识坐标系相对于摄像机坐标系的旋转矩阵中的三个列向量，t为平移向量。在上述技术方案的基础上，所述第二引导模块具体用于：当所述第二摄像机实时拍摄所述充电桩上的视觉定位标识时，利用计算机视觉原理根据所述视觉定位标识中位于所述第二摄像机视场角内的最外层嵌套性标识中的四个角点计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，然后根据所述方位信息校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合。实施本专利技术实施例提供的一种机器人自主充电的方法及系统具有以下有益效果：本专利技术实施例由于首先采用设置在机器人头部的第一摄像机在机器人的活动范围内探测充电桩上的视觉定位标识；当探测到所述充电桩上的视觉定位标识时，根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，并根据所述方位信息引导所述机器人运动到所述充电桩的正前方；然后在所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，再采用设置在所述机器人底部的第二摄像机探测所述充电桩上的视觉定位标识，并根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人自主充电的方法，其特征在于，包括：采用设置在机器人头部的第一摄像机在机器人的活动范围内探测充电桩上的视觉定位标识；当探测到所述充电桩上的视觉定位标识时，根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，并根据所述方位信息引导所述机器人运动到所述充电桩的正前方；当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机探测所述充电桩上的视觉定位标识，并根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合。

【技术特征摘要】
1.一种机器人自主充电的方法，其特征在于，包括：采用设置在机器人头部的第一摄像机在机器人的活动范围内探测充电桩上的视觉定位标识；当探测到所述充电桩上的视觉定位标识时，根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息，并根据所述方位信息引导所述机器人运动到所述充电桩的正前方；当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机探测所述充电桩上的视觉定位标识，并根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合。2.如权利要求1所述的机器人自主充电方法，其特征在于，所述根据所述视觉定位标识计算所述充电桩相对于所述机器人的方位信息具体包括：基于计算机视觉原理根据所述视觉定位标识计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标；根据所述翻滚角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标计算得出所述充电桩相对于所述机器人的方位信息。3.如权利要求2所述的机器人自主充电方法，其特征在于，所述视觉定位标识为长方形多层嵌套性标识。4.如权利要求3所述的机器人自主充电方法，其特征在于，所述基于计算机视觉原理根据所述视觉定位标识计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标具体包括：根据单应性矩阵：利用所述视觉定位标识中任一层的四个角点计算出所述第一摄像机的翻滚角度、偏航角度、俯仰角度以及第一摄像机坐标系的原点在视觉定位标识坐标系下的坐标；其中，(x，y，1)表示视觉定位标识中任一角点在第一摄像机的图像坐标系中像素坐标的齐次坐标，(X，Y，Z，1)表示所述角点在视觉定位标识坐标系中的齐次坐标，选取视觉定位标识平面为Z＝0，则所述角点在所述视觉定位标识坐标系中的齐次坐标即简化为(X，Y，0，1)，s为引入的任意尺度比例参数，M为摄像机内部参数矩阵，r1、r2、r3分别表示视觉定位标识坐标系相对于摄像机坐标系的旋转矩阵中的三个列向量，t为平移向量。5.如权利要求4所述的机器人自主充电方法，其特征在于，当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机探测所述充电桩上的视觉定位标识，并根据所述视觉定位标识实时校正所述机器人的运动方向，使所述机器人保持直线向所述充电桩移动，直至所述机器人底座上的充电插槽与所述充电桩上的充电触点闭合具体包括：当所述机器人运动到所述充电桩的正前方时，采用设置在所述机器人底部的第二摄像机实时拍摄所述充电桩上的视觉定位标识，并利用计算机视觉原理根据所述视觉定位标识中位于所述第二摄像机视场角内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帆，范丛明，
申请(专利权)人：华讯方舟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44