本發(fā)明屬于機器人及時領域，尤其涉及一種機器人自主充電的方法及系統(tǒng)。

背景技術：

很多服務型移動機器人的任務是在家庭和辦公室環(huán)境中執(zhí)行清掃、垃圾收集、包裹遞送、做飯、配送飲料以及監(jiān)控等事務，它們能夠將人類從繁重的勞動中解脫出來。這些服務型移動機器人通常都配置有自主充電系統(tǒng)，機器人通過自主充電系統(tǒng)能定期地自動為體內電池充電，從而能完全自動化的運作而不需要人工介入。

現(xiàn)有的移動機器人的自主充電系統(tǒng)主要由充電樁及安裝在機器人上的紅外傳感器或者聲吶傳感器構成，其中，充電樁固定在落地物上，充電時移動機器人通過紅外傳感器或者聲吶傳感器尋找充電樁的具體位置，以實現(xiàn)與充電樁的自動對接，完成自主充電。然而，這種自主充電方式的充電效果很大程度上受限于紅外傳感器或者聲吶傳感器的探測距離和精度，其并不能精確的標記充電樁的方位，每次充電時都需要多次嘗試尋找充電樁，并且當移動機器人與充電樁不在同一個房間時，移動機器人往往不能順利找到充電樁而無法完成自主充電。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例的目的在于提供一種機器人自主充電的方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的機器人自主充電方式不能精確的標記充電樁的方位，每次充電時都需要多次嘗試尋找充電樁，并且當移動機器人與充電樁不在同一個房間時，移動機器人往往不能順利找到充電樁而無法完成自主充電的問題。

本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種機器人自主充電的方法，包括：

建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置；

獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動；

當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機的視場角內時，所述機器人通過攝像機探測所述充電樁上的視覺定位標識，并根據(jù)探測到的視覺定位標識計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息；

所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電插槽與所述充電樁的觸點閉合。

在上述技術方案的基礎上，所述建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置具體包括：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀獲取機器人活動區(qū)域內的物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)建立所述活動區(qū)域的平面地圖；

采用設置在所述機器人頂部的攝像機探測所述活動區(qū)域內的充電樁上的視覺定位標識，并根據(jù)探測到的視覺定位標識計算出充電樁相對于機器人的位置，以便在所述平面地圖上標記出所述充電樁的位置。

在上述技術方案的基礎上，所述獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動具體包括：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀獲取所述活動區(qū)域內物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，將所述距離數(shù)據(jù)與平面地圖進行匹配，以獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置；

根據(jù)所述機器人當前在所述平面地圖中所處的位置查找所述平面地圖上標記出的離所述機器人最近的充電樁的位置，并根據(jù)查找結果進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動。

在上述技術方案的基礎上，所述機器人通過攝像機探測所述充電樁上的視覺定位標識，并根據(jù)探測到的視覺定位標識計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息具體包括：

所述機器人通過所述攝像機探測所述充電樁上的視覺定位標識，當探測到所述視覺定位標識時，基于視覺原理計算出所述攝像機的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及攝像機鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識中心為原點建立的坐標系下的坐標；

根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述攝像機鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識中心為原點建立的坐標系下的坐標計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息。

在上述技術方案的基礎上，所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電插槽與所述充電樁的觸點閉合具體包括：

所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置及角度，運動到所述充電樁正前方，然后根據(jù)所述視覺定位標識的引導直線行走一段距離，直至所述機器人底部的充電插槽與所述充電樁的觸點閉合。

本發(fā)明實施例的另一目的在于提供一種機器人自主充電的系統(tǒng)，包括：

平面地圖建立模塊，用于建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置；

路徑規(guī)劃模塊，用于獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動；

方位信息獲取模塊，用于當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機的視場角內時，所述機器人通過攝像機探測所述充電樁上的視覺定位標識，并根據(jù)探測到的視覺定位標識計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息；

方位控制模塊，用于所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電觸點與所述充電樁的觸點閉合。

在上述技術方案的基礎上，所述平面地圖建立模塊具體用于：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀獲取機器人活動區(qū)域內的物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)建立所述活動區(qū)域的平面地圖；

采用設置在所述機器人頂部的攝像機探測所述活動區(qū)域內的充電樁上的視覺定位標識，并根據(jù)探測到的視覺定位標識計算出充電樁相對于機器人的位置，以便在所述平面地圖上標記出所述充電樁的位置。

在上述技術方案的基礎上，所述路徑規(guī)劃模塊具體用于：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀獲取所述活動區(qū)域內物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，將所述距離數(shù)據(jù)與平面地圖進行匹配，以獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置；

根據(jù)所述機器人當前在所述平面地圖中所處的位置查找所述平面地圖上標記出的離所述機器人最近的充電樁的位置，并根據(jù)查找結果進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動。

在上述技術方案的基礎上，所述方位信息獲取模塊具體用于：

通過所述攝像機探測所述充電樁上的視覺定位標識，當探測到所述視覺定位標識時，基于視覺原理計算出所述攝像機的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及攝像機鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識中心為原點建立的坐標系下的坐標；

根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述攝像機鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識中心為原點建立的坐標系下的坐標計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息。

在上述技術方案的基礎上，所述方位控制模塊具體用于：

所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置及角度，運動到所述充電樁正前方，然后根據(jù)所述視覺定位標識的引導直線行走一段距離，直至所述機器人底部的充電觸點與所述充電樁的觸點閉合。

實施本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的方法及系統(tǒng)具有以下有益效果：

本發(fā)明實施例由于首先建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置；然后獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動；當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機的視場角內時，所述機器人通過攝像機探測所述充電樁上的視覺定位標識，并根據(jù)探測到的視覺定位標識計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息；最后再由所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電插槽與所述充電樁的觸點閉合，從而能夠使機器人快速、準確的定位充電樁的位置，提高機器人自主充電的效率，并且即使機器人與充電樁不在同一個房間內，也能夠快速、準確的找到充電樁，順利完成自主充電。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的方法的具體實現(xiàn)流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的方法中機器人的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的方法中充電樁的結構示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中提供的一種機器人自主充電的方法中視覺定位標識的結構示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的方法的具體實現(xiàn)流程圖。參見圖1所示，本實施例提供的一種機器人自主充電的方法，包括：

在S101中，建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置。

進一步的，步驟S101具體包括：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀21獲取機器人活動區(qū)域內的物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)建立所述活動區(qū)域的平面地圖；

采用設置在所述機器人頂部的攝像機22探測所述活動區(qū)域內的充電樁上的視覺定位標識31，并根據(jù)探測到的視覺定位標識31計算出充電樁相對于機器人的位置，以便在所述平面地圖上標記出所述充電樁的位置。

需要說明的是，在本實施例中，所述攝像機22為RGB彩色攝像機。進一步的，參見圖2和圖3所示，在本實施例中，所述充電插槽23位于機器人的底座上，所述視覺定位標識31位于充電樁的正前方，所述充電樁的落地架的正上方設置有與所述機器人的充電插槽23相對應的充電觸點32。其中，所述充電樁上的視覺定位標識31為非中心對稱的環(huán)狀定位標識。優(yōu)選的，本實施例中的視覺定位標識31采用圖4所示的長方形環(huán)狀定位標識。

在S102中，獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動。進一步的，步驟S102具體包括：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀21獲取所述活動區(qū)域內物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，將所述距離數(shù)據(jù)與平面地圖進行匹配，以獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置；

根據(jù)所述機器人當前在所述平面地圖中所處的位置查找所述平面地圖上標記出的離所述機器人最近的充電樁的位置，并根據(jù)查找結果進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動。

在本實施例中，所述機器人的活動區(qū)域內可包括多個充電樁，當機器人需要進行自主充電時，首先通過激光測距儀21檢測自身在所述平面地圖上所處的位置，然后根據(jù)自身的位置在所述平面地圖上查找離自己最近的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，并根據(jù)規(guī)劃的路徑運動到所述充電樁的附近。

在S103中，當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機22的視場角內時，所述機器人通過攝像機22探測所述充電樁上的視覺定位標識31，并根據(jù)探測到的視覺定位標識31計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息。進一步的，S103具體包括：

當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機22的視場角內時，所述機器人通過所述攝像機22探測所述充電樁上的視覺定位標識31，當探測到所述視覺定位標識31時，基于視覺原理計算出所述攝像機22的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及攝像機22鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識31中心為原點建立的坐標系下的坐標；

根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述攝像機22鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識31中心為原點建立的坐標系下的坐標計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息。

需要說明的是，在本實施例中，所述機器人預先存儲有從正面拍攝的所述視覺定位標識31的正視圖，在計算機器人相對于充電樁的方位信息時，機器人頂部攝像機22從任意角度拍攝到的所述視覺定位標識31的圖像相對于預先存儲的視覺定位標識31的正視圖會有一些變形，我們可根據(jù)兩幅圖像的關系基于視覺原理采用單應性矩陣計算得出攝像機22的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及攝像機鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識31中心為原點建立的坐標系下的坐標，然后根據(jù)幾何原理采用這些數(shù)據(jù)計算得出機器人相對于充電樁的方位信息。

在S104中，所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電插槽23與所述充電樁的觸點閉合。進一步的，步驟S104具體包括：

所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置及角度，運動到所述充電樁正前方，然后根據(jù)所述視覺定位標識31的引導直線行走一段距離，直至所述機器人底部的充電插槽23與所述充電樁的觸點閉合。

在本實施例中，當機器人根據(jù)所述方位信息運動到所述充電樁的正前方后，會繼續(xù)通過攝像機22拍攝所述視覺定位標識31，并根據(jù)拍攝到的視覺定位標識31圖像對機器人的運動方向進行校正，以保證所述機器人保持直線接近所述充電樁，直至機器人底部的充電插槽23與充電樁上的充電觸點32閉合進入充電狀態(tài)。

以上可以看出，本實施例提供的一種機器人自主充電的方法由于首先建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置；然后獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動；當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機22的視場角內時，所述機器人通過攝像機22探測所述充電樁上的視覺定位標識31，并根據(jù)探測到的視覺定位標識31計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息；最后再由所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電插槽23與所述充電樁的觸點閉合，從而能夠使機器人快速、準確的定位充電樁的位置，提高機器人自主充電的效率，并且即使機器人與充電樁不在同一個房間內，也能夠快速、準確的找到充電樁，順利完成自主充電。

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種機器人自主充電的系統(tǒng)的結構示意圖，該系統(tǒng)位于本發(fā)明實施例所述的機器人中，用于運行圖1所示實施例提供的方法。為了便于說明，僅僅示出了與本實施例相關的部分。

參見圖5所示，本實施例提供的一種機器人自主充電的系統(tǒng)，包括：

平面地圖建立模塊51，用于建立機器人活動區(qū)域的平面地圖，并在所述平面地圖上標記出充電樁的位置；

路徑規(guī)劃模塊52，用于獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置，根據(jù)機器人當前在所述平面地圖中所處的位置和所述平面地圖上標記出的充電樁的位置進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動；

方位信息獲取模塊53，用于當所述充電樁進入所述機器人頂部攝像機22的視場角內時，所述機器人通過攝像機22探測所述充電樁上的視覺定位標識31，并根據(jù)探測到的視覺定位標識31計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息；

方位控制模塊54，用于所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置和角度，直至所述機器人底部的充電觸點32與所述充電樁的觸點閉合。

可選的，所述平面地圖建立模塊51具體用于：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀21獲取機器人活動區(qū)域內的物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)建立所述活動區(qū)域的平面地圖；

采用設置在所述機器人頂部的攝像機22探測所述活動區(qū)域內的充電樁上的視覺定位標識31，并根據(jù)探測到的視覺定位標識31計算出充電樁相對于機器人的位置，以便在所述平面地圖上標記出所述充電樁的位置。

可選的，所述路徑規(guī)劃模塊52具體用于：

采用設置在所述機器人頂部的激光測距儀21獲取所述活動區(qū)域內物體相對于機器人的距離數(shù)據(jù)，將所述距離數(shù)據(jù)與平面地圖進行匹配，以獲取機器人當前在所述平面地圖中所處的位置；

根據(jù)所述機器人當前在所述平面地圖中所處的位置查找所述平面地圖上標記出的離所述機器人最近的充電樁的位置，并根據(jù)查找結果進行路徑規(guī)劃，使所述機器人根據(jù)規(guī)劃出的路徑向所述充電樁移動。

可選的，所述方位信息獲取模塊53具體用于：

通過所述攝像機22探測所述充電樁上的視覺定位標識31，當探測到所述視覺定位標識31時，基于視覺原理計算出所述攝像機22的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及攝像機22鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識31中心為原點建立的坐標系下的坐標；

根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述攝像機22鏡頭的坐標系原點在以所述視覺定位標識31中心為原點建立的坐標系下的坐標計算得出所述機器人相對于所述充電樁的方位信息。

可選的，所述方位控制模塊54具體用于：

所述機器人根據(jù)所述方位信息調整自身的位置及角度，運動到所述充電樁正前方，然后根據(jù)所述視覺定位標識31的引導直線行走一段距離，直至所述機器人底部的充電觸點32與所述充電樁的觸點閉合。

需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的上述系統(tǒng)中各個模塊，由于與本發(fā)明方法實施例基于同一構思，其帶來的技術效果與本發(fā)明方法實施例相同，具體內容可參見本發(fā)明方法實施例中的敘述，此處不再贅述。

因此，可以看出本實施例提供的一種機器人自主充電的系統(tǒng)同樣能夠使機器人快速、準確的定位充電樁的位置，提高機器人自主充電的效率，并且即使機器人與充電樁不在同一個房間內，也能夠快速、準確的找到充電樁，順利完成自主充電。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。