CN107728621A - 充电接口识别和定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种充电接口识别和定位方法及系统，其中包括预存充电接口表面的一特征区域的预设特征区域信息和对应的标准图像；获取设置于一机械臂的活动端的单目视觉识别模块的采集图像；根据充电接口的预设特征区域信息识别采集图像中的特征区域；将采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据比例关系确定特征区域的空间位姿并进一步确定充电接口的空间位姿；规划所述机械臂的活动端的移动路线。本发明可以通过单目视觉识别设备自动采集充电接口图像，并且在机械臂移动过程中采集变化的充电接口图像，根据变化的图像来确定充电接口的准确位置；全程无需人工参与，提高了充电操作的效率，提升了用户的使用体验。

Description

充电接口识别和定位方法及系统

技术领域

本发明涉及充电技术领域，尤其涉及一种自动识别和定位充电接口的位置的充电接口识别和定位方法及系统。

背景技术

电动汽车分时租赁业务的兴起一定程度上给人民带来了便利，用户可以很方便地取用公共电动汽车，并且取用点和还车点不需要保持一致，满足了用户出行的需要，并且使用方式十分灵活。

然而，现有的电动汽车分时租赁遇到的一个问题在于充电的不方便。停车场充电桩数量有限给电动汽车的续航带来了不利的影响，也一定程度上阻碍了电动汽车分时租赁业务的发展。目前国内大型停车场设置了部分充电车位，在车位后方设置充电桩，为用户提供车辆充电服务。如申请号为CN201710176604.5的专利申请公开的充电桩，为目前市场上存在比较通用的一类充电桩，一般包括设置在停车位旁边的充电枪和配电箱。在采用这种充电桩时，用户在停车后需要手动将充电枪拔下充电桩，插入电动汽车充电接口进行充电，操作较为复杂，给用户使用电动汽车造成了一定的负担，也一定程度上削弱了电动汽车分时租赁的便利性。同时也可能因为部分用户操作不当，容易造成充电枪损伤，后续造成无法充电，带来了后续维护成本的增加。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种充电接口识别和定位方法及系统，只采用一个摄像头即可以自动识别充电接口的空间位姿，增强了定位识别的准确性，且不必用户再手动操作。

本发明实施例提供一种充电接口识别和定位方法，包括如下步骤：

预存充电接口表面的一特征区域的预设特征区域信息和特征区域的标准图像；

获取单目视觉识别模块的采集图像，所述单目视觉识别模块包括一个摄像头，且所述摄像头设置于一机械臂的活动端；

根据充电接口的预设特征区域信息识别所述采集图像中的特征区域；

将所述采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据所述比例关系确定所述特征区域的空间位姿；

根据所述特征区域的空间位姿确定所述充电接口的空间位姿；

根据所述充电接口的空间位姿规划所述机械臂的活动端的移动路线。

可选地，所述标准图像为所述机械臂的活动端与所述充电接口达到预设对接位置时，所述摄像头获取的特征区域的图像；

所述采集图像中，距离所述充电接口越近时，所述标准图像与所述采集图像中特征区域的比值越小。

可选地，所述标准图像的第一部分与所述采集图像中对应第一部分的面积比值大于所述标准图像的第二部分与所述采集图像中对应第二部分的面积比值时，所述特征区域从所述第二部分向所述第一部分倾斜。

可选地，所述充电接口的空间位姿包括所述充电接口的六维空间坐标，所述充电接口的六维空间坐标包括所述充电接口的三维坐标和所述充电接口相对于x轴、y轴和z轴的角位移值；

所述特征区域的空间位姿包括所述特征区域的六维空间坐标，所述特征区域的六维空间坐标包括所述特征区域的三维坐标和所述充电接口相对于x轴、y轴和z轴的角位移值；

根据所述特征区域在所述充电接口中的预设位置和所述特征区域的空间位姿确定所述充电接口的空间位姿。

可选地，所述特征区域中预设多个特征点、多个特征线段、多个特征面或其组合，所述预设特征区域信息对应包括特征点信息、特征线段信息、特征面信息或其组合。

可选地，所述特征区域中包括多个特征点时，根据标准图像中多个特征点的连线线段或多个特征点围成的区域与采集图像的对应部分的比较，确定所述特征区域的空间位姿；

所述特征区域中包括多个特征线段时，根据标准图像中多个特征线段与采集图像的对应部分的比较，确定所述特征区域的空间位姿；

所述特征区域中包括多个特征面时，根据标准图像中多个特征面与采集图像的对应部分的比较，确定所述特征面的空间位姿。

可选地，识别所述采集图像中的特征区域，并控制所述机械臂的活动端移动，以使得所述采集图像中的特征区域中各个部分与所述标准图像中特征区域的对应部分的比例关系均一致；

根据所述采集图像中的特征区域与所述标准图像中特征区域的比例关系，确定所述摄像头与所述充电接口之间的距离。

可选地，规划所述机械臂的活动端的移动路线，包括如下步骤：

控制所述机械臂的活动端执行初始化运动；

计算并比较所述机械臂的活动端在初始化运动之前和之后，充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一步运动方向；

根据下一步运动方向控制所述机械臂的活动端移动；

当满足预设方向调整条件时，计算当前充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向。

可选地，所述初始化运动包括控制所述机械臂的活动端沿一预设参考方向移动预设间隔时间或移动预设间隔距离。

可选地，所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

所述机械臂的活动端的运动过程中，每隔预设间隔时间或预设间隔距离重新获取采集图像并识别充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向。

可选地，在所述机械臂的活动端和所述充电接口之间设置多个节点；

所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

所述机械臂的活动端的运动过程中，每到一个节点重新获取采集图像并识别充电接口的空间位姿；

比较当前节点充电接口的空间位姿和前一节点充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向，控制所述机械臂的活动端移动至下一个节点。

可选地，预存一安全位置的信息；所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

所述机械臂的活动端运动至预设安全位置时，计算当前充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的特征点的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向；

根据更新后的下一步运动方向，控制所述机械臂的活动端运动使得所述机械臂的活动端插入所述充电接口。

可选地，所述机械臂的活动端还设置有一充电接头，所述机械臂的活动端插入所述充电接口为所述机械臂的活动端的充电接头插入所述充电接口中。

可选地，所述机械臂的活动端还包括一机械抓手，所述方法还包括如下步骤：

控制所述机械臂的活动端移动至预设存放充电枪的位置，所述机械抓手抓取所述充电枪的充电接头部；

所述机械臂的活动端插入所述充电接口为所述机械臂的活动端的充电接头部插入所述充电接口中。

可选地，所述机械臂的活动端还设置有一闪光灯；

所述单目视觉识别模块的采光率低于预设采光率阈值时开启所述闪光灯，或启动所述单目视觉识别模块进行图像采集时，开启所述闪光灯。

本发明实施例还提供一种充电接口识别和定位系统，用于实现所述的充电接口识别和定位方法，所述系统包括：

机械臂，所述机械臂包括一活动端；

单目视觉识别模块，设置于所述机械臂的活动端，所述单目视觉识别模块包括一个摄像头，所述单目视觉识别模块用于获取采集图像，将所述采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据所述比例关系确定所述充电接口的空间位姿；

控制模块，用于根据所述采集图像中充电接口的空间位姿规划所述机械臂的活动端的移动路线。

本发明所提供的充电接口识别和定位方法及系统具有下列优点：

本发明提供了一种自动识别和定位充电接口的位置的技术方案，在车辆停放后，可以通过单目视觉识别模块自动采集充电接口图像，由控制器根据充电接口图像识别充电接口位置，引导机械臂移动，并且在机械臂移动过程中采集变化的充电接口图像，根据变化的图像来确定充电接口的准确位置；基于图像比较和近大远小的原理，只采用一个摄像头就可以实现获取特征区域的空间位姿，并进一步可以获取充电接口的空间位姿，增强了识别和定位的准确性，提高了充电操作的效率，提升了用户的使用体验。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明一实施例的充电接口识别和定位方法的流程图；

图2是本发明一实施例的充电接口的一种特征区域的比较示意图；

图3是图2中调整机械臂的活动端后采集图像的特征区域的比较示意图；

图4～图5是本发明一实施例中充电接口的另外两种特征区域的比较示意图；

图6是本发明一实施例的六维空间坐标系的示意图；

图7是本发明一实施例的规划所述机械臂的活动端的移动路线的流程图；

图8是本发明一实施例的机械臂的活动端的移动方式的示意图；

图9是本发明一实施例的以时间为单位规划机械臂的活动端的移动路线的流程图；

图10是本发明一实施例的以距离为单位规划机械臂的活动端的移动路线的流程图。

图11是本发明一实施例的采用节点调整机械臂的活动端的移动路线的流程图；

图12是本发明一实施例的摄像头的摄像范围的示意图；

图13是本发明一实施例的机械臂的活动端移动的距离区段的示意图；

图14是本发明一实施例的机械臂的活动端移动的距离区段的示意图；

图15是本发明一具体实施例中控制机械臂的活动端移动的流程图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。

如图1所示，本发明实施例提供一种充电接口识别和定位方法，用于车辆进行充电前，车辆的充电接口的自动识别和定位，方法包括如下步骤：

S100：预存充电接口表面的一特征区域的预设特征区域信息和特征区域的标准图像；

S200：获取单目视觉识别模块的采集图像，所述单目视觉识别模块包括一个摄像头，且所述摄像头设置于一机械臂的活动端；

S300：根据充电接口的预设特征区域信息识别所述采集图像中的特征区域；

S400：将所述采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据所述比例关系确定所述特征区域的空间位姿；

S500：根据所述特征区域的空间位姿确定所述充电接口的空间位姿；

S600：根据所述充电接口的空间位姿规划所述机械臂的活动端的移动路线。

所述标准图像可以设置为所述机械臂的活动端与所述充电接口达到预设对接位置时，所述摄像头获取的特征区域的图像。即在机械臂的活动端没有达到充电接口的预设对接位置时，获取到的采集图像中特征区域都是小于标准图像的。

因此，根据近大远小的原理，采集图像中，距离充电接口越近时，标准图像与采集图像中特征区域的比值越小。

例如如图2所示，假定特征区域是一个矩形(在实际应用中，特征区域不限于此，也可以选择为圆形、三角形、多边形等，甚至可以是不规则的图形等等)。特征区域的标准图像为A，机械臂的活动端在第一位置时，采集图像中特征区域为B1，机械臂的活动端在第二位置时，采集图像中特征区域为B2。从图中可以看出，特征区域B1和B2的大小关系，可以判断出机械臂的活动端在第一位置时，比机械臂的活动端在第二位置时更靠近充电接口。

因此，可以预设存储不同比例关系与机械臂的活动端和特征区域之间距离的数据，形成一个表格，在获取到采集图像的特征区域与标准图像的比例关系时，通过查表，就可以得到机械臂的活动端与特征区域之间的距离。也可以根据多组数据构建机械臂的活动端和特征区域之间距离与不同比例关系的关系曲线，例如设定y＝f(x)，其中x表示不同比例关系，y表示机械臂的活动端和充电接口之间距离，当获取到比例关系时，套入该公式即可以得到机械臂的活动端和特征区域之间距离。由于特征区域是充电接口上预设的一个区域(例如是充电接口中央的一个区域，充电接口左上角的一个区域等等)，由此也就可以得到机械臂的活动端和充电接口之间的距离。

当得到机械臂的活动端和充电接口之间的距离时，就可以以此距离为参照，控制机械臂的活动端向充电接口靠近。然而，在实际应用中，机械臂的活动端与充电接口在初始状态时一般并不是竖直对应的，机械臂的活动端获取的图像并不一定是标准图像同比缩小的特征区域的图像，即如图2中示出的，特征区域B2发生了一定的变形，侧边L1和侧边L2发生了不同比例的缩放。如果仅仅根据机械臂的活动端和充电接口之间的距离进行控制机械臂的活动端，机械臂的活动端会以一个偏斜的角度对准充电接口，而达不到需要的对接效果。

因此，进一步地，当标准图像的第一部分与采集图像中对应第一部分的面积比值大于标准图像的第二部分与采集图像中对应第二部分的面积比值时，特征区域从第二部分向第一部分倾斜。例如在图2中，标准图像A的第一侧边相对于特征区域B2的第一侧边L1的比例是2.5，标准图像A的第二侧边相对于特征区域B2的第二侧边L2的比例是2。因此可以判断特征区域从第二侧边向第一侧边的方向倾斜。对应地，可以调整机械臂的活动端也沿第二侧边向第一侧边的方向倾斜，使得机械臂的活动端的表面平行于特征区域的平面，消除采集图像中特征区域的变形。调整成图3所示的特征区域B3的状态。然后再根据采集图像和标准图像之间的比例关系，控制机械臂的活动端向充电接口靠近。

图2和图3中仅示出了采用矩形的特征区域的示意图。在实际应用中，特征区域可以选择为其他形状，例如图4中示出的圆形特征区域C，在机械臂的活动端与充电接口存在一定倾斜角度时，同样会发生变形成为椭圆D1，经过角度调整后，可以获得圆形的特征区域D2，再根据D2和C之间的比例关系，确定距离；或者如图5示出的菱形的特征区域E，在机械臂的活动端与充电接口存在一定倾斜角度时，同样会发生变形成为图像F1，可以根据特征区域中不同位置的比例关系的不同，调整机械臂的活动端，使得采集的图像的各个部分相对于标准图像都具有相同的缩小比例，得到图像F2，根据图像F2和特征区域E之间的比较，从而可以更准确地判断机械臂的活动端与充电接口之间的距离。

即首先识别采集图像中的特征区域，并控制机械臂的活动端移动，以使得采集图像中的特征区域中各个部分与标准图像中特征区域的对应部分的比例关系均一致；然后根据采集图像中的特征区域与标准图像中特征区域的比例关系，确定摄像头与充电接口之间的距离。

进一步地，还可以直接根据特征区域的图像比较获知特征区域的六维空间坐标，特征区域的六维空间坐标包括特征区域的三维坐标和充电接口相对于x轴、y轴和z轴的角位移值；对应地，充电接口的空间位姿包括充电接口的六维空间坐标，充电接口的六维空间坐标包括充电接口的三维坐标和充电接口相对于x轴、y轴和z轴的角位移值；可以根据特征区域在充电接口中的预设位置和特征区域的空间位姿确定充电接口的空间位姿。

如图6所示，为六维空间坐标系的示意图。定义一个特征区域的六维坐标，包括特征区域在x、y、z轴的三维坐标，和相对于x、y、z轴的旋转向量u、v和w。x、y轴形成的平面即为摄像头的成像平面，根据特征区域在成像平面中的位置，就可以得到特征区域的x轴坐标和y轴坐标，采集图像中特征区域与标准图像的比例关系可以确定机械臂的活动端与充电接口之间的距离，据此可以得到特征区域的z轴坐标。另外，根据特征区域不同部分的比例关系的不一致性，即特征区域成像的变形特征，可以得到特征区域的倾斜角度，进而得到相对于x、y、z轴的旋转向量u、v和w。

特征区域中可以预设多个特征点、多个特征线段、多个特征面或其组合，预设特征区域信息对应包括特征点信息、特征线段信息、特征面信息或其组合。

当特征区域中包括多个特征点时，根据标准图像中多个特征点的连线线段或多个特征点围成的区域与采集图像的对应部分的比较，确定特征区域的空间位姿；

例如，根据采集图像中特征点与标准图像中对应特征点在x轴和y轴平面中的位置偏移，确定特征区域的x轴和y轴坐标，根据采集图像中特征点连线与标准图像中对应特征点连线的夹角，确定特征区域相对于x轴和y轴的角位移，根据采集的图像中特征点连线与标准图像中对应特征点连线的长度值比例，确定特征区域的z轴坐标和相对于z轴的角位移；

例如，图2中的特征区域A包括四个顶点作为四个特征点，可以根据顶点之间的连线线段的比例关系确定特征区域的坐标，也可以根据顶点围成的矩形区域的比例关系确定特征区域的坐标。

当特征区域中包括多个特征线段时，根据标准图像中多个特征线段与采集图像的对应部分的比较，确定特征区域的空间位姿；

例如，特征区域包括多个特征线段时，根据采集图像中特征线段与标准图像中对应特征线段连线在x轴和y轴平面的位置偏移，确定特征区域的x轴和y轴坐标，根据采集图像中特征线段与标准图像中特征线段的夹角，确定特征区域相对于x轴和y轴的角位移，根据采集的图像中特征线段与标准图像中对应特征线段的长度值比例，确定特征区域的z轴坐标和相对于z轴的角位移；

例如，图2中的特征区域A包括第一侧边和第二侧边，可以根据第一侧边的比例关系以及第二侧边的比例关系，确定特征区域的空间位姿；

特征区域中包括多个特征面时，根据标准图像中多个特征面与采集图像的对应部分的比较，确定特征面的空间位姿。

例如，特征区域包括多个特征面时，根据采集图像中特征面与标准图像中特征面在x轴和y轴平面的位置偏移，确定特征区域的x轴和y轴坐标，根据采集图像中特征面与标准图像中特征面的面积比例，确定特征区域的z轴坐标，根据不同特征面在采集图像和标准图像中的面积比例，确定特征区域相对于x、y、z轴的角位移。

进一步地，在充电接口中，也可以将特征区域A作为一个整体来看待，根据特征区域A的面积比例关系和采集图像中特征区域的面积的比例关系就可以判断特征区域A的三维坐标(根据距离确定z轴坐标，根据在图像中的位置确定x轴和y轴坐标)，而在充电接口中设置有多个类似于特征区域A的其他特征区域，结合多个特征区域的三维坐标，可以确定充电接口的六维坐标。

本发明通过结合单目视觉识别技术，并且将摄像头设置在机械臂的活动端，可以获取一个动态的充电接口的空间位姿，进行充电接口的识别和定位。在完成充电接口的识别和定位后，可以将充电接头对应插入到充电接口中，从而实现了充电接头和接口对接的自动化。

充电接头具体可以连接在机械臂的活动端，随机械臂的活动端而移动，机械臂的活动端带动充电接头一起插入到充电接口中。也可以将充电接头放置在另一预设位置，在机械臂的活动端设置一个机械抓手，机械臂的活动端先取到充电接头，然后将取到的充电接头插入到充电接口中。

如图7所示，规划机械臂的活动端的移动路线，可以包括如下步骤：

S501：控制机械臂的活动端执行初始化运动，该初始化运动是系统预设的，即一开始获取到的参数较少，可能并不足以确定机械臂的活动端如何运动，则将其执行一个初始化运动，获取到更多的参数再规划移动路线；

S502：计算并比较机械臂的活动端在初始化运动之前和之后，充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一步运动方向；

例如，在初始化运动后，机械臂的活动端更加靠近充电接口了，则可以继续选择初始化运动的方向，如果在初始化运动后，机械臂的活动端反而远离充电接口了，则需要选择与初始化运动背离的方向，并且可以进一步根据充电接口的空间位姿的改变进行角度的调整。

S503：根据下一步运动方向控制机械臂的活动端移动；

S504：当满足预设方向调整条件时，计算当前充电接口的空间位姿；

S505：比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向。

如图8所示，为该实施例中机械臂的活动端的移动方式的示意图。在该实施例中，充电接头500设置于机械臂的活动端101，机械臂的活动端101在朝向充电接口601的移动过程中，运动方向是可以根据设定条件进行调整的。例如在从位置S1移动至位置S2时，沿与水平方向成A1角的运动方向运动，在到达位置S2时，比较位置S2与位置S1处获得的采集图像中，充电接口的空间位姿，进一步调整了机械臂的活动端101的运动方向，即相对于原运动方向调整了A2角度，沿调整后的运动方向移动至位置S3，可以看出，调整后的运动方向有利于充电接头500更快更准确地向充电接口601移动靠近。在机械臂的活动端101移动过程中，摄像头200也是随之移动的。

其中，预先设定的初始化运动可以包括控制机械臂的活动端沿一预设参考方向移动预设间隔时间或移动预设间隔距离。该预设参考方向的指向可以根据需要进行设置。预设间隔时间和预设间隔距离也可以根据需要进行设置，优选设置为较小的值，即使得机械臂的活动端相对移动一小段距离，避免车辆停靠太近，在初始化运动时机械臂的活动端即碰到车辆或其他障碍物。

进一步地，所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

在机械臂的活动端运行的过程中，每隔预设间隔时间或预设间隔距离重新获取采集图像并计算采集图像中充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向。

如图9所示，为该实施例中以时间为单位规划机械臂的活动端的移动路线的流程图。具体，规划机械臂的活动端的移动路线包括如下步骤：

S511：控制机械臂的活动端向一预设参考方向移动预设间隔时间；

S512：比较在机械臂的活动端移动前和移动后，采集的图像中的充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一时刻运动方向；

S513：根据下一时刻运动方向控制机械臂的活动端移动；

S514：在机械臂的活动端的运动过程中，每隔预设间隔时间重新计算采集的图像中充电接口的空间位姿，根据当前充电接口的空间位姿更新下一时刻运动方向。

以时间为单位规划机械臂的活动端的移动路线，将预设间隔时间设置得很短时，也就实现了机械臂的活动端移动路线的实时调整，例如每隔1s重新更新一次下一时刻运动方向，快速运算，再执行下一步移动。

如图10所示，为该实施例中以距离为单位规划机械臂的活动端的移动路线的流程图。具体，规划机械臂的活动端的移动路线包括如下步骤：

S521：控制机械臂的活动端向一预设参考方向移动预设间隔距离；

S522：比较在机械臂的活动端移动前和移动后，采集的图像中的充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一位置运动方向；

S523：根据下一位置运动方向控制机械臂的活动端移动；

S524：在机械臂的活动端的运动过程中，每隔预设间隔距离重新计算采集的图像中充电接口的空间位姿，根据当前特征点的三维坐标更新下一位置运动方向。

以距离为单位规划机械臂的活动端的移动路线时，即每当机械臂的活动端沿当前运动方向移动了预设间隔距离时，即重新计算特征点的三维坐标并更新运动方向，预设间隔距离值的大小可以用来调整控制精度，例如预设间隔距离值较大时，每个运动方向的更新可能间隔较长，移动路线可能无法实现最优，但是可以简化算法，预设间隔距离值较小时，每个运动方向的更新间隔较短，则可以优化移动路线，使移动路线接近于最优路线，但是算法较为复杂。同样地，预设间隔时间的长短也可以用来调整控制精度。可以根据实际需要选择采用时间为单位或以距离为单位，并根据需要选择预设间隔时间的长短或预设间隔距离的大小。

如图11所示，在机械臂的活动端的移动路线规划时，还可以采用根据节点调整的方式。具体地，初始化运动可以包括如下步骤：

S531：在机械臂的活动端和充电接口之间设置多个节点，在该实施例中，各个节点之间沿一预设参考方向的距离等于一预设间隔距离；此处预设参考方向可以根据实际需要进行设置，例如平行于地面或垂直于充电接口的表面的方向等等；进一步地，节点的设置方式还可以有很多种，例如在该实施例中，各个节点之间沿一预设参考方向的距离等于一预设间隔距离，或者是将机械臂的活动端和充电接口之间的距离平分成多份，每份关联一个节点等等；

S532：控制机械臂的活动端沿一预设参考方向移动至距离当前位置最近的节点；

初始化运动后，执行步骤S533：计算并比较机械臂的活动端在初始化运动之前和之后，充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一步运动方向和步骤S534：根据下一步运动方向控制机械臂的活动端移动；

所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

S535：在机械臂的活动端的运动过程中，每到一个节点重新获取采集图像并计算采集图像中充电接口的空间位姿；

S536：比较当前节点充电接口的空间位姿和前一节点充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向，并沿下一步运动方向运动至下一个节点，然后重新获取采集图像，识别充电接口的空间位姿，再重复步骤S535和S536。

在实际应用中，为了简便算法，可以只设置两个节点：一个初始化运动节点，一个安全位置节点，在控制器中预存安全位置的信息，机械臂的活动端的运动可以包括三步：

机械臂的活动端执行所述初始化运动移动至预设的初始化运动节点，摄像头采集图像，进一步确定充电接口的空间位姿，确定机械臂的活动端的下一步运动方向；

机械臂的活动端移动至预设的安全位置时，控制摄像头重新采集图像，进一步确定充电接口的空间位姿，重新更新下一步运动方向；

根据更新后的下一步运动方向，控制机械臂的活动端移动以使得充电接头插入到充电接口中。

预设的安全位置往往是机械臂的活动端距离充电接口较近的位置，为了确保插入姿态的准确，可以重新进行一次计算。此处仅为一种优选的实施方式，在实际应用中，节点的数量和位置可以根据实际需要进行设置。

如图12所示，为该实施例的摄像头的摄像范围的示意图，其中示出了充电接口601的基本结构。特征区域可以选择充电接口601上一个很小的区域，例如，左上角的区域、中间一定范围的区域、右上角的区域等等。也可以选择多个特征区域，例如选择充电接口601的左上角和右上角的区域均作为特征区域，根据两个特征区域的比较可以确定充电接口601左右倾斜的角度，选择充电接口601的左上角和左下角的区域均作为特征区域，根据两个特征区域的比较可以确定充电接口601上下倾斜的角度等等。

进一步地，本发明的充电接口识别和定位方法还可以包括如下步骤：

预存多个距离区段信息，各个距离区段信息包括各个距离区段所对应的机械臂的活动端相对于充电接口的距离范围和该距离区段所对应的机械臂移动速度，与充电接口距离越近的距离区段所对应的机械臂移动速度越小；

判断当前机械臂的活动端所处的距离区段，将该距离区段对应的机械臂移动速度作为当前机械臂的活动端的移动速度。

如图13和图14是该实施例中机械臂的活动端移动的距离区段的两种设置方式的示意图。

图13中，机械臂的活动端相对于充电接口的距离为沿一预设参考方向的距离，在图中示出的例子中，为沿水平方向的距离，在实际应用中，还可以设置为垂直于充电接口表面的方向等等。图13中示例性地示出了三个距离区段T1、T2、T3，其中距离区段T1的速度小于距离区段T2的速度，距离区段T2的速度小于距离区段T3的速度。即在距离充电接口越远的地方，机械臂的活动端移动速度可以快一些，以尽快接近充电接口；到靠近充电接口时，则要尽量减慢速度，避免速度过快与车辆碰到。

图14中，机械臂的活动端相对于充电接口的距离为机械臂的活动端到充电接口的中心的直线距离。图14中示例性地示出了三个距离区段R1、R2、R3，同样地，距离区段R1的速度小于距离区段R2的速度，距离区段R2的速度小于距离区段R3的速度。

进一步地，还可以在一个摄像头的中间设置一个闪光灯，用于光线暗弱的时候，进行补光；闪光灯的开启方式可以有两种，当单目视觉识别模块的采光率低于预设采光率阈值时开启闪光灯，或启动单目视觉识别模块进行图像采集时，开启闪光灯。闪光灯设置的位置也可以是机械臂的活动端的其他位置。

进一步地，充电接头的端面还可以设置有力传感器，所述充电接口识别和定位方法还可以包括如下步骤：

获取力传感器的力数据；

判断力数据大于预设压力阈值时，或力传感器采集到力数据时，确定充电接头已插入充电接口中，控制机械臂的活动端停止移动，并控制单目视觉识别模块停止采集图像。

如图15所示是本发明一具体实施例中，控制机械臂的活动端移动，以实现充电接口识别和定位的流程图。图中示出的充电接口识别和定位方法包括如下步骤：

控制机械臂的活动端向一预设参考方向移动预设间隔时间/距离；

比较在机械臂的活动端移动前和移动后，充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一步运动方向；

判断机械臂的活动端与充电接口的距离位于哪个距离区段，选择该距离区段对应的速度；

判断机械臂的活动端与充电接口的距离是否小于预设安全距离；

如果是，则判断充电接口表面与预设参考面的倾斜程度，如果否，则机械臂的活动端沿下一步运动方向移动预设间隔时间/距离至与充电接口的距离小于预设安全距离为止；

根据充电接口表面的倾斜角度调整机械臂的第一端的倾斜角度，以使充电接头垂直对准充电接口。

此处图15中示出的仅为一个示例，在实际应用中，可以根据需要进行步骤的选择和调整，而不以此为限。

本发明实施例还提供一种充电接口识别和定位系统，用于实现的充电接口识别和定位方法，所述系统包括：

机械臂，所述机械臂包括一活动端；

单目视觉识别模块，设置于所述机械臂的活动端，所述单目视觉识别模块用于获取采集图像，将所述采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据所述比例关系确定所述充电接口的空间位姿；

控制模块，用于根据所述采集图像中充电接口的空间位姿规划所述机械臂的活动端的移动路线。

本发明的充电接口识别和定位系统可以实现充电接口的自动识别和定位，在车辆停靠在预定位置后，自动确定充电接口的位置并将充电接头插入到充电接口中，节省了人力，提高了充电效率和用户使用体验。

本发明所提供的充电接口识别和定位方法及系统具有下列优点：

本发明提供了一种自动识别和定位充电接口的位置的技术方案，在车辆停放后，可以通过单目视觉识别模块自动采集充电接口图像，由控制器根据充电接口图像识别充电接口位置，引导机械臂移动，并且在机械臂移动过程中采集变化的充电接口图像，根据变化的图像来确定充电接口的准确位置；基于图像比较和近大远小的原理，只采用一个摄像头就可以实现获取特征区域的空间位姿，并进一步可以获取充电接口的空间位姿，增强了识别和定位的准确性，提高了充电操作的效率，提升了用户的使用体验。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种充电接口识别和定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

预存充电接口表面的一特征区域的预设特征区域信息和特征区域的标准图像；

获取单目视觉识别模块的采集图像，所述单目视觉识别模块包括一个摄像头，且所述摄像头设置于一机械臂的活动端；

根据充电接口的预设特征区域信息识别所述采集图像中的特征区域；

将所述采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据所述比例关系确定所述特征区域的空间位姿；

根据所述特征区域的空间位姿确定所述充电接口的空间位姿；

根据所述充电接口的空间位姿规划所述机械臂的活动端的移动路线。

2.根据权利要求1所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述标准图像为所述机械臂的活动端与所述充电接口达到预设对接位置时，所述摄像头获取的特征区域的图像；

所述采集图像中，距离所述充电接口越近时，所述标准图像与所述采集图像中特征区域的比值越小。

3.根据权利要求2所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述标准图像的第一部分与所述采集图像中对应第一部分的面积比值大于所述标准图像的第二部分与所述采集图像中对应第二部分的面积比值时，所述特征区域从所述第二部分向所述第一部分倾斜。

4.根据权利要求1所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述充电接口的空间位姿包括所述充电接口的六维空间坐标，所述充电接口的六维空间坐标包括所述充电接口的三维坐标和所述充电接口相对于x轴、y轴和z轴的角位移值；

所述特征区域的空间位姿包括所述特征区域的六维空间坐标，所述特征区域的六维空间坐标包括所述特征区域的三维坐标和所述充电接口相对于x轴、y轴和z轴的角位移值；

根据所述特征区域在所述充电接口中的预设位置和所述特征区域的空间位姿确定所述充电接口的空间位姿。

5.根据权利要求1所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述特征区域中预设多个特征点、多个特征线段、多个特征面或其组合，所述预设特征区域信息对应包括特征点信息、特征线段信息、特征面信息或其组合。

6.根据权利要求4所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述特征区域中包括多个特征点时，根据标准图像中多个特征点的连线线段或多个特征点围成的区域与采集图像的对应部分的比较，确定所述特征区域的空间位姿；

所述特征区域中包括多个特征线段时，根据标准图像中多个特征线段与采集图像的对应部分的比较，确定所述特征区域的空间位姿；

所述特征区域中包括多个特征面时，根据标准图像中多个特征面与采集图像的对应部分的比较，确定所述特征面的空间位姿。

7.根据权利要求1所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，识别所述采集图像中的特征区域，并控制所述机械臂的活动端移动，以使得所述采集图像中的特征区域中各个部分与所述标准图像中特征区域的对应部分的比例关系均一致；

根据所述采集图像中的特征区域与所述标准图像中特征区域的比例关系，确定所述摄像头与所述充电接口之间的距离。

8.根据权利要求1所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，规划所述机械臂的活动端的移动路线，包括如下步骤：

控制所述机械臂的活动端执行初始化运动；

计算并比较所述机械臂的活动端在初始化运动之前和之后，充电接口的空间位姿，根据比较结果选择下一步运动方向；

根据下一步运动方向控制所述机械臂的活动端移动；

当满足预设方向调整条件时，计算当前充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向。

9.根据权利要求8所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述初始化运动包括控制所述机械臂的活动端沿一预设参考方向移动预设间隔时间或移动预设间隔距离。

10.根据权利要求9所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

所述机械臂的活动端的运动过程中，每隔预设间隔时间或预设间隔距离重新获取采集图像并识别充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向。

11.根据权利要求8所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，在所述机械臂的活动端和所述充电接口之间设置多个节点；

所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

所述机械臂的活动端的运动过程中，每到一个节点重新获取采集图像并识别充电接口的空间位姿；

比较当前节点充电接口的空间位姿和前一节点充电接口的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向，控制所述机械臂的活动端移动至下一个节点。

12.根据权利要求11所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，预存一安全位置的信息；所述更新下一步运动方向，包括如下步骤：

所述机械臂的活动端运动至预设安全位置时，计算当前充电接口的空间位姿；

比较当前充电接口的空间位姿和前一次计算的特征点的空间位姿，根据比较结果更新下一步运动方向；

根据更新后的下一步运动方向，控制所述机械臂的活动端运动使得所述机械臂的活动端插入所述充电接口。

13.根据权利要求12所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述机械臂的活动端还设置有一充电接头，所述机械臂的活动端插入所述充电接口为所述机械臂的活动端的充电接头插入所述充电接口中。

14.根据权利要求12所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述机械臂的活动端还包括一机械抓手，所述方法还包括如下步骤：

控制所述机械臂的活动端移动至预设存放充电枪的位置，所述机械抓手抓取所述充电枪的充电接头部；

所述机械臂的活动端插入所述充电接口为所述机械臂的活动端的充电接头部插入所述充电接口中。

15.根据权利要求1所述的充电接口识别和定位方法，其特征在于，所述机械臂的活动端还设置有一闪光灯；

所述单目视觉识别模块的采光率低于预设采光率阈值时开启所述闪光灯，或启动所述单目视觉识别模块进行图像采集时，开启所述闪光灯。

16.一种充电接口识别和定位系统，其特征在于，用于实现权利要求1至15中任一项所述的充电接口识别和定位方法，所述系统包括：

机械臂，所述机械臂包括一活动端；

单目视觉识别模块，设置于所述机械臂的活动端，所述单目视觉识别模块包括一个摄像头，所述单目视觉识别模块用于获取采集图像，将所述采集图像中的特征区域和对应的标准图像进行比较并计算两者的比例关系，根据所述比例关系确定所述充电接口的空间位姿；

控制模块，用于根据所述采集图像中充电接口的空间位姿规划所述机械臂的活动端的移动路线。