CN106444777A - 机器人自动回位充电方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了机器人自动回位充电方法和系统，涉及自动化技术领域，通过机器人获取当前视野信息，据此判断目标系统是否在当前视野信息范围内，如果目标系统在当前视野信息内，则对目标系统进行拍照，从而获取第一图像，将第一图像进行处理获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点后，机器人向目标系统发送驱动指令，以使目标系统根据驱动指令反馈脉冲信号给机器人，机器人进行与目标系统的对正，对正结束则机器人开始充电。本发明可以节约机器人避障导航的设备成本，并提高机器人行走状态的稳定性、准确性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及自动化技术领域，尤其是涉及机器人自动回位充电方法和系统。
背景技术
近年来，机器人技术作为高新科技，已经逐步地渗透进我们生活的方方面面，从生产车间到医院，机器人所发挥的作用不可估量。传统的工业机器人适用于结构化环境，完成重复性作业任务，而现代机器人则希望同人类一起在相同的非结构化空间和环境中协同作业，实时在线完成非确定性的任务，当代机器人研究的领域已经从结构环境下的定点作业中走出来，向航空航天、星际探索、军事侦察攻击、水下地下管道、疾病检查治疗、抢险救灾等非结构环境下的自主作业方面发展；传统机器人属于多输入和单末端输出系统，而现代机器人则属于多输入和多末端输出系统；传统机器人在灵巧作业、在线感知、对人的行为和抽象命令的理解、认知与决策能力等诸多方面远逊于人，无法与人实现高效的沟通和交流。
机器人的充电是重要的环节，能够保证机器人处在电量充足的状态，实现有效的使用和工作。目前在用的机器人充电回位技术主要包括：红外线定位、超声波定位和蓝牙技术。但是红外线无法穿透物体，只能够在视距范围内定位，且在传输过程中容易受到室内荧光灯干扰，所以会出现机器人无法找到充电基座的情况发生；超声波测距受多径效应和非视距传播影响很大；蓝牙定位的建立连接速度较慢，精度低，抗干扰能力差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供机器人自动回位充电方法和系统，以节约机器人避障导航的设备成本，并提高机器人行走状态的稳定性、准确性和实用性。
第一方面，本发明实施例提供了机器人自动回位充电方法，其中，包括：
机器人获取当前视野信息；
根据所述当前视野信息判断目标系统是否在所述当前视野信息范围内；
如果所述目标系统在所述当前视野信息范围内，则对所述目标系统进行拍照，从而获取第一图像；
对所述第一图像进行处理，获取黑白图像；
根据所述黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据所述笛卡尔坐标系控制所述机器人运动到预设的矫正点；
当所述机器人运动到所述预设的矫正点后，所述机器人向所述目标系统发送驱动指令，以使所述目标系统根据所述驱动指令反馈脉冲信号给所述机器人；
所述机器人进行与所述目标系统的对正，并向所述目标系统发送传感器指令，以使所述目标系统计算所述机器人所需的对正时间；
判断所述对正时间是否在预设的时间阈值内；
如果所述机器人的对正时间在所述预设的时间阈值内，则对所述机器人开始充电；
如果所述机器人的对正时间不在所述预设的时间阈值内，则所述机器人重新进行与所述目标系统的对正，并重新向所述目标系统发送传感器指令，以使所述目标系统计算所述机器人所需的对正时间。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述根据所述当前视野信息判断目标系统是否在所述当前视野信息范围内包括：
如果所述目标系统不在所述当前视野信息范围内，则根据A*算法进行导航避障，直到所述目标系统在所述当前视野信息范围内为止。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述对所述第一图像进行处理，获取黑白图像包括：
将所述第一图像进行归一化处理，获取归一化图像；
将所述归一化图像进行二值化处理，获取黑白图像。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述将所述第一图像进行归一化处理，获取归一化图像包括：
将所述第一图像进行通道分离，分别得到第一通道、第二通道和第三通道；
根据所述第一通道的值、所述第二通道的值和所述第三通道的值获取第二图像；
将所述第二图像进行归一化处理，获取所述归一化图像。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述将所述归一化图像进行二值化处理，获取黑白图像包括：
判断所述归一化图像中任一像素的像素值是否低于预设的像素阈值；
如果低于，则将所述像素值设定为第一数值；
如果高于，则将所述像素值设定为第二数值；
通过二值化处理获取所述黑白图像。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所述黑白图像建立笛卡尔坐标系包括：
绘制将所述黑白图像中的白色区域外接的最小矩形，使所述最小矩形框住第一通道图像中的红光区；
确定所述红光区的光心，利用双目测距原理获得所述目标系统中LED点光源在摄像头坐标系下的坐标；
调用所述摄像头坐标系下的坐标，获得所述LED点光源在机器人坐标系下的坐标；
根据所述机器人坐标系下的坐标获得中心点；
以所述中心点为原点，建立所述笛卡尔坐标系。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述并根据所述笛卡尔坐标系控制所述机器人运动到预设的矫正点包括：
计算所述机器人相对第一个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第一个矫正点处；
计算所述机器人相对第二个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第二个矫正点处；
计算所述机器人相对第三个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第三个矫正点处，并结束视觉对正。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述机器人进行与所述目标对象的对正包括：
利用红外接收管进行电压检测；
检测所述红外接收管的电压的高低关系；
如果右侧的所述红外接收管的电压较低，则所述机器人向右移动；
如果左侧的所述红外接收管的电压较低，则所述机器人向左移动；
如果左右两侧的所述红外接收管的电压一样，且中间的所述接收管电压较大时，则所述机器人直行。
第二方面，本发明实施例还提供机器人自动回位充电系统，包括机器人(100)和目标系统，其中，所述机器人(100)包括中央控制器(120)、摄像头(110)和运动单元(130)，所述目标系统包括充电桩(200)，所述充电桩(200)设有MCU(210)和传感器(220)；
所述摄像头(110)，用于所述机器人(100)获取当前视野信息，根据所述当前视野信息判断目标系统是否在所述当前视野信息范围内，如果所述目标系统在所述当前视野信息范围内，则对所述目标系统进行拍照，从而获取第一图像；
所述中央控制器(120)，用于对所述第一图像进行处理，获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并且在所述机器人(100)运动到预设的矫正点后，所述机器人(100)向所述目标系统发送驱动指令，同时控制所述机器人(100)进行与所述目标系统的对正，并向所述目标系统发送传感器指令；
所述运动单元(130)，用于根据所述笛卡尔坐标系控制所述机器人(100)运动到预设的矫正点；
所述MCU(210)，用于接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述传感器(220)，同时接收所述传感器指令，并计算所述机器人(100)所需的对正时间，如果所述机器人(100)的对正时间在预设的时间阈值内，则对所述机器人(100)开始充电；
所述传感器(220)，用于根据所述驱动指令反馈脉冲信号给所述机器人(100)。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述中央控制器(120)，还用于绘制将所述黑白图像中的白色区域外接的最小矩形，使所述最小矩形框住第一通道图像中的红光区，确定所述红光区的光心，利用双目测距原理获得所述目标系统中LED点光源(230)在摄像头坐标系下的坐标，调用所述摄像头坐标系下的坐标，获得所述LED点光源(230)在机器人坐标系下的坐标，根据所述机器人坐标系下的坐标获得中心点，以所述中心点为原点，建立所述笛卡尔坐标系。
本发明提供机器人自动回位充电方法和系统，通过机器人获取当前视野信息，根据当前视野信息判断目标系统是否在当前视野信息范围内，如果目标系统在当前视野信息范围内，则对目标系统进行拍照，从而获取第一图像，将第一图像进行处理，获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点，当机器人运动到预设的矫正点后，则向目标系统发送驱动指令，以使目标系统根据驱动指令反馈脉冲信号给机器人，机器人进行与目标系统的对正，并向目标系统发送传感器指令，以使目标系统计算机器人所需的对正时间，如果机器人的对正时间在预设的时间阈值内，则对机器人开始充电，如果机器人的对正时间不在预设的时间阈值内，则机器人重新进行与目标系统的对正，重新向目标系统发送传感器指令。本发明可以节约机器人避障导航的设备成本，快速精准的识别目标系统，提高运动状态的稳定性，具有更强的实用性。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本发明实施例一提供的机器人自动回位充电方法流程图；
图2为本发明实施例一提供的机器人自动回位充电方法中步骤S140的流程图；
图3为本发明实施例一提供的获取归一化图像的方法流程图；
图4为本发明实施例一提供的获取黑白图像的方法流程图；
图5为本发明实施例一提供的根据黑白图像建立笛卡尔坐标系的方法流程图；
图6为本发明实施例一提供的根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点的方法流程图；
图7为本发明实施例一提供的机器人对正的方法流程图；
图8为本发明实施例二提供的机器人自动回位充电系统的示意图。
图标：
100-机器人；110-摄像头；120-中央控制器；130-运动单元；200-充电桩；210-MCU；220-传感器；230-LED点光源。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前机器人技术作为高新科技，已经逐步地渗透进我们生活的方方面面，机器人的充电是重要的环节，能够保证机器人处在电量充足的状态，实现有效的使用和工作。目前在用的机器人充电回位技术主要包括：红外线定位、超声波定位和蓝牙技术。但是，红外线无法穿透物体，只能够在视距范围内定位，且在传输过程中容易受到室内荧光灯干扰，所以会出现机器人无法找到充电基座的情况发生；超声波测距受多径效应和非视距传播影响很大；蓝牙定位的建立连接速度较慢，精度低，抗干扰能力差。基于此，本发明实施例提供的机器人自动回位充电方法和系统，可以节约机器人避障导航的设备成本，快速精准的识别目标系统，提高运动状态的稳定性，具有更强的实用性。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的机器人自动回位充电方法进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的机器人自动回位充电方法流程图。
参照图1，该方法包括以下步骤：
步骤S110，机器人获取当前视野信息；
具体的，机器人启用双目，依靠视觉测量原理对未知的环境进行探测，有效的获取当前视野信息，当前视野信息包括不明障碍物的信息，包括障碍物的实际形状、大小、尺寸和方位等。在自身电量不足时，识别充电桩，回到充电桩充电，极大的节约了机器人避障导航的设备成本。
步骤S120，根据当前视野信息判断目标系统是否在当前视野信息范围内；如果目标系统在当前视野信息范围内，则执行步骤S131；如果目标系统不在当前视野信息范围内，则执行步骤S132；
具体的，目标系统为充电桩，机器人在自身电量不足时，自动识别充电桩，回到充电桩充电，极大的节约了机器人避障导航的设备成本；机器人判断双目视觉能否在当前视野信息范围内直接看到充电桩的存在，如果目标系统在当前视野信息范围内，则执行步骤S131；如果目标系统不在当前视野信息范围内，则执行步骤S132。
步骤S131，对目标系统进行拍照，从而获取第一图像；
具体的，机器人启用双目，寻找充电桩头部设有的四个蓝色的LED点光源，并对该四个蓝色的LED点光源进行拍照从而获取第一图像。
步骤S132，根据A*算法进行导航避障，直到目标系统在当前视野信息范围内为止；
具体的，A*(A-Star)算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，也是解决许多搜索问题的有效算法，算法中的距离估算值与实际值越接近，最终搜索速度越快；根据A*算法进行导航避障，直到可以直接看到充电桩的位置，便可以开始执行步骤S131。
步骤S140，对第一图像进行处理，获取黑白图像；
具体的，将第一图像进行归一化处理和二值化处理，获取黑白图像。
步骤S150，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点；
具体的，在笛卡尔坐标系，即XOY坐标系中，视觉测量更为精准，进而能保证机器人行走状态的稳定性和准确性；机器人在XOY坐标系中设定移动的起点和终点，并设置了3个到终点距离不同的矫正点，通过三个矫正点来调整自身的移动角度和距离，精确定位充电桩位置，具备相当的准确性和实用性。
步骤S160，当机器人运动到预设的矫正点后，机器人向目标系统发送驱动指令，以使目标系统根据驱动指令反馈脉冲信号给机器人；
具体的，通过三次矫正运动，定位到充电桩的位置后，机器人向充电桩上的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)发送驱动指令，以驱动传感器进行工作，发出固定频率为5KHz的脉冲，给机器人上传反馈脉冲信号。
步骤S170，机器人进行与目标系统的对正，并向目标系统发送传感器指令，以使目标系统计算机器人所需的对正时间；
具体的，机器人再次精确定位，根据反馈脉冲信号进行对正，并向充电桩的MCU发送传感器指令，MCU接收到传感器指令之后，开始计算机器人的对正时间。本发明所涉及的传感器指令可以是但不限于红外线方式的红外传感器指令。
步骤S180，判断对正时间是否在预设的时间阈值内；是则执行步骤S190；否则重新执行步骤S170；
步骤S190，对机器人开始充电。
具体的，时间阈值可以为30秒；如果对正时间超过30秒，则关闭红外传感器，并回到步骤S170，重新开始进行对正；如果对正时间在30秒内，则完成对正后，机器人开始充电；充电桩上的四个蓝色的LED点光源用来显示充电电量，一个LED点光源亮表示充电25％，两个表示50％，三个表示75％，四个表示充满电100％；充满电之后，充电桩自动断电。
根据本发明实施例，如图2所示，上述实施例机器人自动回位充电方法中，步骤S140可采用如下步骤实现，包括：
步骤S210，将第一图像进行归一化处理，获取归一化图像；
步骤S220，将归一化图像进行二值化处理，获取黑白图像。
具体的，参照图3，步骤S210可采用如下步骤实现：
步骤S310，将第一图像进行通道分离，分别得到第一通道、第二通道和第三通道；
其中，第一通道、第二通道和第三通道包括：第一图像包含四个蓝色LED点光源，将第一图像进行r(red，红色)、g(green，绿色)、b(blue，蓝色)三通道分离，分别得到r通道、g通道和b通道；
步骤S320，根据第一通道的值、第二通道的值和第三通道的值获取第二图像；
其中，分离之后，对图像的每一个像素，用b通道的值减去r通道的值，再减去g通道的值，获取第二图像；
步骤S330，将第二图像进行归一化处理，获取归一化图像。
其中，将第二图像进行归一化处理，这样，就得到了b通道中的纯蓝色区域的值最高，完全没有蓝色的区域的值最低的图像，同时避免了r通道和g通道的干扰。
参照图4，步骤S220可采用如下步骤实现：
步骤S410，判断归一化图像中任一像素的像素值是否低于预设的像素阈值；如果低于，则执行步骤S421；如果不低于，则执行步骤S422；
步骤S421，将像素值设定为第一数值；
步骤S422，将像素值设定为第二数值；
步骤S430，通过二值化处理获取黑白图像。
其中，预设的像素阈值为100，第一数值为0，第二数值为255；分解归一化图像的每个像素，如果某一像素的像素值低于100，则将其像素值变为0；如果某一像素的像素值高于100，则将其像素值设定为最高255；二值化处理后获取黑白图像。
根据本发明实施例，如图5所示，步骤S150中根据黑白图像建立笛卡尔坐标系的方法包括：
步骤S510，绘制将黑白图像中的白色区域外接的最小矩形，使最小矩形框住第一通道图像中的红光区；
具体的，红光区为，将第一图片进行三通道分离后得到的r通道中的LED点光源的图片信息。将黑白图像中的白色区域用最小外接矩形框住，记下矩形的位置，在该位置框住分离出来的r通道图像中的四个圆形的红光区。
步骤S520，确定红光区的光心，利用双目测距原理获得目标系统中LED点光源在摄像头坐标系下的坐标；
具体的，确定四个红光区的光心，将左摄像头图像里的四个红光区的光心分别与右摄像头图像的四个红光区的光心一一对应匹配，利用双目测距原理获得四个蓝色的LED点光源在摄像头坐标系下分别对应的四个坐标。
步骤S530，调用摄像头坐标系下的坐标，获得LED点光源在机器人坐标系下的坐标；
具体的，设定四个蓝色的LED点光源在在机器人坐标系下的坐标分别为：左上(x1,y1)、右上(x2,y2)、左下(x3,y3)和右下(x4,y4)。
步骤S540，根据机器人坐标系下的坐标获得中心点；
具体的，根据上一步获得的左参考点右参考点和中心点(x0,y0)，由公式(1)可知：
步骤S550，以中心点为原点，建立笛卡尔坐标系。
具体的，以中心点(x0,y0)为原点，左参考点指向右参考点为x正轴，建立笛卡尔坐标系XOY坐标系。
根据本发明实施例，如图6所示，步骤S150中根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点的方法包括：
步骤S610，计算机器人相对第一个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第一个矫正点处；
具体的，设定机器人在XOY坐标系下的坐标为(xr，yr)；计算在XOY坐标系下机器人相对第一个矫正点(0，-1200)的距离d1和角度θ1，由公式(2)和公式(3)可知：
控制机器人运动到第一个矫正点处。
步骤S620，计算机器人相对第二个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第二个矫正点处；
具体的，此时机器人在第一矫正点处，，计算在XOY坐标系下机器人相对第二个矫正点(0，-800)的距离d2和角度θ2，由公式(4)和公式(5)可知：
控制机器人运动到第二个矫正点处。
步骤S630，计算机器人相对第三个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第三个矫正点处，并结束视觉对正。
具体的，此时机器人在第二矫正点处，，计算在XOY坐标系下机器人相对第三个矫正点(0，-400)的距离d3和角度θ3，由公式(6)和公式(7)可知：
控制机器人运动到第三个矫正点处；机器人从第二矫正点到达第三矫正点，机器人与充电桩处于相距30cm的距离，并处于视觉对正结束状态。
根据本发明实施例，如图7所示，步骤S170中机器人进行与目标系统的对正的方法包括：
步骤S710，利用红外接收管进行电压检测；
具体的，红外接收管安装在机器人上，数量为3个，处于同一水平线，并且间距相同。
步骤S720，检测红外接收管的电压的高低关系；
步骤S730，如果右侧的红外接收管的电压较低，则机器人向右移动；
步骤S740，如果左侧的红外接收管的电压较低，则机器人向左移动；
步骤S750，如果左右两侧的红外接收管的电压一样，且中间的接收管电压较大时，则机器人直行。
具体的，通过红外传感器进行再次精确定位后，机器人自转180°再退后，通过自带的3个红外接收管同时检测电压，根据距离越近输出电压越大进行左右移动，直到自身下方充电触片完全与充电桩下方充电触片靠紧，并开始充电。
本发明提供了机器人自动回位充电方法，通过机器人获取当前视野信息，根据当前视野信息判断目标系统是否在当前视野信息范围内，如果目标系统在当前视野信息范围内，则对目标系统进行拍照，从而获取第一图像，将第一图像进行处理获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点，在机器人运动到预设的矫正点后，机器人向目标系统发送驱动指令，以使目标系统根据驱动指令反馈脉冲信号给机器人，机器人进行与目标系统的对正，并向目标系统发送传感器指令，以使目标系统计算机器人的对正时间，如果机器人的对正时间在预设的时间阈值内，则机器人开始充电，如果机器人的对正时间不在预设的时间阈值内，则机器人重新进行与目标系统的对正，重新向目标系统发送传感器指令。本发明可以快速精准的识别目标系统，节约机器人避障导航的设备成本，并提高运动状态的稳定性，具有更强的实用性。
实施例二：
图8为本发明实施例二提供的机器人自动回位充电系统示意图。
参照图8，机器人自动回位充电系统包括机器人100和目标系统，其中，机器人100包括中央控制器120、摄像头110和运动单元130，目标系统包括充电桩200，充电桩200包括MCU210、传感器220和LED点光源230；
摄像头110，用于机器人100获取当前视野信息，根据当前视野信息判断目标系统是否在当前视野信息范围内，如果目标系统在当前视野信息范围内，则对目标系统进行拍照，从而获取第一图像；
具体的，摄像头110的数量为2个，且处在同一水平线。摄像头110作为机器人100的双目，寻找充电桩200头部设有的LED点光源230，并对LED点光源230进行拍照从而获取第一图像。另外，LED点光源230是4个呈矩形排列的蓝色的LED点光源，充电桩200为机器人100的电池进行充电。
中央控制器120，用于对第一图像进行处理，获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并且在机器人100运动到预设的矫正点后，机器人100向目标系统发送驱动指令，同时控制机器人100进行与目标系统的对正，并向目标系统发送传感器指令；
具体的，在目标系统不在当前视野信息范围内的情况下，中央控制器120，还用于控制运动单元130按照A*算法进行导航避障，直到充电桩200在当前视野信息范围内为止；
中央控制器120，通过将第一图像进行归一化处理，获取归一化图像；将归一化图像进行二值化处理，获取黑白图像；
中央控制器120，通过分别计算机器人100相对第一个矫正点、第二个矫正点和第三个矫正点的距离和角度，控制机器人100最终运动到第三个矫正点处，并结束视觉对正；然后，中央控制器120向MCU210发送驱动指令；
中央控制器120，通过利用红外接收管进行电压检测；检测红外接收管的电压的高低关系；如果右侧的红外接收管的电压较低，则机器人100向右移动；如果左侧的红外接收管的电压较低，则机器人100向左移动；如果左右两侧的红外接收管的电压一样，且中间的接收管电压较大时，则机器人100直行；此时完成机器人100与充电桩200的对正，中央控制器120向MCU210发送传感器指令。
运动单元130，用于根据笛卡尔坐标系控制机器人100运动到预设的矫正点；
具体的，运动单元130受中央控制器120的控制进行运动；运动单元130根据笛卡尔坐标系，依次运动到三个预设的矫正点，结束视觉对正；运动单元130完成机器人100的180°自转后，根据检测电压的高低关系进行左右移动，实现机器人100下方充电触片完全与充电桩200下方充电触片靠紧以开始充电。
MCU210，用于接收驱动指令，并根据驱动指令控制传感器220，同时接收传感器指令，并计算机器人100所需的对正时间，如果机器人100的对正时间在预设的时间阈值内，则对机器人100开始充电；
具体的，MCU210设置于充电桩200内部，接收来自中央控制器120的驱动指令，并根据驱动指令控制传感器220给机器人100反馈脉冲信号。MCU210接收到传感器指令之后，开始计算机器人100的对正时间，在对正时间在预设的时间阈值内的情况下，充电桩200对机器人100开始充电；在对正时间不在预设的时间阈值内的情况下，中央控制器120重新进行机器人100与充电桩200的对正，MCU210重新接收来自中央控制器120的传感器指令。本发明所涉及的传感器指令可以是但不限于红外线方式的红外传感器指令。
传感器220，用于根据驱动指令反馈脉冲信号给机器人100。
具体的，传感器220受MCU210控制，发出固定频率为5KHz的脉冲，给机器人100上传反馈脉冲信号。
根据本发明实施例，中央控制器120，还用于绘制将黑白图像中的白色区域外接的最小矩形，使最小矩形框住第一通道图像中的红光区，确定红光区的光心，利用双目测距原理获得目标系统中LED点光源230在摄像头坐标系下的坐标，调用摄像头坐标系下的坐标，获得LED点光源230在机器人坐标系下的坐标，根据机器人坐标系下的坐标获得中心点，以中心点为原点，建立笛卡尔坐标系。
本发明提供机器人自动回位充电系统，包括机器人和目标系统，通过机器人获取当前视野信息，根据当前视野信息判断目标系统是否在当前视野信息范围内，如果目标系统在当前视野信息范围内，则对目标系统进行拍照，从而获取第一图像，将第一图像进行处理获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据笛卡尔坐标系控制机器人运动到预设的矫正点，在机器人运动到预设的矫正点后，机器人向目标系统发送驱动指令，以使目标系统根据驱动指令反馈脉冲信号给机器人，机器人进行与目标系统的对正，并向目标系统发送传感器指令，以使目标系统计算机器人的对正时间，如果机器人的对正时间在预设的时间阈值内，则机器人开始充电，如果机器人的对正时间不在预设的时间阈值内，则机器人重新进行与目标系统的对正，重新向目标系统发送传感器指令。本发明可以快速精准的识别目标系统，节约机器人避障导航的设备成本，并提高运动状态的稳定性，具有更强的实用性。
本发明实施例所提供的机器人自动回位充电方法和系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种机器人自动回位充电方法，其特征在于，包括：
机器人获取当前视野信息；
根据所述当前视野信息判断目标系统是否在所述当前视野信息范围内；
如果所述目标系统在所述当前视野信息范围内，则对所述目标系统进行拍照，从而获取第一图像；
对所述第一图像进行处理，获取黑白图像；
根据所述黑白图像建立笛卡尔坐标系，并根据所述笛卡尔坐标系控制所述机器人运动到预设的矫正点；
当所述机器人运动到所述预设的矫正点后，所述机器人向所述目标系统发送驱动指令，以使所述目标系统根据所述驱动指令反馈脉冲信号给所述机器人；
所述机器人进行与所述目标系统的对正，并向所述目标系统发送传感器指令，以使所述目标系统计算所述机器人所需的对正时间；
判断所述对正时间是否在预设的时间阈值内；
如果所述机器人的对正时间在所述预设的时间阈值内，则对所述机器人开始充电；
如果所述机器人的对正时间不在所述预设的时间阈值内，则所述机器人重新进行与所述目标系统的对正，并重新向所述目标系统发送传感器指令，以使所述目标系统计算所述机器人所需的对正时间。
2.根据权利要求1所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述根据所述当前视野信息判断目标系统是否在所述当前视野信息范围内包括：
如果所述目标系统不在所述当前视野信息范围内，则根据A*算法进行导航避障，直到所述目标系统在所述当前视野信息范围内为止。
3.根据权利要求1所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述对所述第一图像进行处理，获取黑白图像包括：
将所述第一图像进行归一化处理，获取归一化图像；
将所述归一化图像进行二值化处理，获取黑白图像。
4.根据权利要求3所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述将所述第一图像进行归一化处理，获取归一化图像包括：
将所述第一图像进行通道分离，分别得到第一通道、第二通道和第三通道；
根据所述第一通道的值、所述第二通道的值和所述第三通道的值获取第二图像；
将所述第二图像进行归一化处理，获取所述归一化图像。
5.根据权利要求3所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述将所述归一化图像进行二值化处理，获取黑白图像包括：
判断所述归一化图像中任一像素的像素值是否低于预设的像素阈值；
如果低于，则将所述像素值设定为第一数值；
如果高于，则将所述像素值设定为第二数值；
通过二值化处理获取所述黑白图像。
6.根据权利要求1所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述根据所述黑白图像建立笛卡尔坐标系包括：
绘制将所述黑白图像中的白色区域外接的最小矩形，使所述最小矩形框住第一通道图像中的红光区；
确定所述红光区的光心，利用双目测距原理获得所述目标系统中LED点光源在摄像头坐标系下的坐标；
调用所述摄像头坐标系下的坐标，获得所述LED点光源在机器人坐标系下的坐标；
根据所述机器人坐标系下的坐标获得中心点；
以所述中心点为原点，建立所述笛卡尔坐标系。
7.根据权利要求1所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述并根据所述笛卡尔坐标系控制所述机器人运动到预设的矫正点包括：
计算所述机器人相对第一个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第一个矫正点处；
计算所述机器人相对第二个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第二个矫正点处；
计算所述机器人相对第三个矫正点的距离和角度，控制机器人运动到第三个矫正点处，并结束视觉对正。
8.根据权利要求1所述的机器人自动回位充电方法，其特征在于，所述机器人进行与所述目标系统的对正包括：
利用红外接收管进行电压检测；
检测所述红外接收管的电压的高低关系；
如果右侧的所述红外接收管的电压较低，则所述机器人向右移动；
如果左侧的所述红外接收管的电压较低，则所述机器人向左移动；
如果左右两侧的所述红外接收管的电压一样，且中间的所述接收管电压较大时，则所述机器人直行。
9.一种机器人自动回位充电系统，其特征在于，包括机器人(100)和目标系统，其中，所述机器人(100)包括中央控制器(120)、摄像头(110)和运动单元(130)，所述目标系统包括充电桩(200)，所述充电桩(200)设有MCU(210)和传感器(220)；
所述摄像头(110)，用于所述机器人(100)获取当前视野信息，根据所述当前视野信息判断目标系统是否在所述当前视野信息范围内，如果所述目标系统在所述当前视野信息范围内，则对所述目标系统进行拍照，从而获取第一图像；
所述中央控制器(120)，用于对所述第一图像进行处理，获取黑白图像，根据黑白图像建立笛卡尔坐标系，并且在所述机器人(100)运动到预设的矫正点后，所述机器人(100)向所述目标系统发送驱动指令，同时控制所述机器人(100)进行与所述目标系统的对正，并向所述目标系统发送传感器指令；
所述运动单元(130)，用于根据所述笛卡尔坐标系控制所述机器人(100)运动到预设的矫正点；
所述MCU(210)，用于接收所述驱动指令，并根据所述驱动指令控制所述传感器(220)，同时接收所述传感器指令，并计算所述机器人(100)所需的对正时间，如果所述机器人(100)的对正时间在预设的时间阈值内，则对所述机器人(100)开始充电；
所述传感器(220)，用于根据所述驱动指令反馈脉冲信号给所述机器人(100)。
10.根据权利要求9所述的机器人自动回位充电系统，其特征在于，所述中央控制器(120)，还用于绘制将所述黑白图像中的白色区域外接的最小矩形，使所述最小矩形框住第一通道图像中的红光区，确定所述红光区的光心，利用双目测距原理获得所述目标系统中LED点光源(230)在摄像头坐标系下的坐标，调用所述摄像头坐标系下的坐标，获得所述LED点光源(230)在机器人坐标系下的坐标，根据所述机器人坐标系下的坐标获得中心点，以所述中心点为原点，建立所述笛卡尔坐标系。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 1230294 Country of ref document: HK |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: Building 65, No. 17, Jiujiang Road, Tongji New Economic Zone, Jimo District, Qingdao City, Shandong Province, 266200 Patentee after: Qingdao Evolver xiaopang Robot Technology Co.,Ltd. Address before: Room 1531, 15th Floor, Block A, Building 1, Yard 1, Zhongguancun East Road, Haidian District, Beijing 100081 Patentee before: BEIJING EVOLVER ROBOTICS Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |