CN108983603B - 一种机器人与物体的对接方法及其机器人 - Google Patents

一种机器人与物体的对接方法及其机器人 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及一种机器人与物体的对接方法及其机器人。所述对接方法包括：机器人相对于物体设置在对准预备位；机器人通过图像获取装置获取物体上的电子识别码的图像数据，根据所获取的图像数据计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿；机器人在经过物体的路径上，选取其对准预备位所对应的初始轨迹点q，所述初始轨迹点q到物体的所述路径的轨迹为对接轨迹；机器人基于所述对接轨迹确定随时间变化的参考位姿，对所述参考位姿进行追踪。本发明实施例无需对环境进行改动，通过机器视觉对电子识别码的识别，通过将多种定位与导航以及轨迹跟踪算法结合，能够使机器人快速、高效、精准的对接物体。

Description

一种机器人与物体的对接方法及其机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人与物体的对接方法及其机器人。
背景技术
自动导引运输车AGV是Automated Guided Vehicle的缩写，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，其实质是一种机器人，具有行动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。
每个AGV具有车载控制系统(Onboard System)，在收到上位系统的指令后，负责AGV单机的导航(通过自身装备的导航器件测量并计算出所在全局坐标中的位置和航向)、导引(根据当前的位置、航向及预先设定的理论轨迹来计算下个周期的速度值和转向角度值即，AGV运动的命令值)、路径选择、车辆驱动、操作(例如对接、装卸)等功能。
AGV之所以能够实现自动驾驶，导航和导引对其起到了至关重要的作用，能够用于AGV的导航/导引技术主要包括：直接坐标(Cartesian Guidance)、电磁导引(WireGuidance)、磁带导引(Magnetic Tape Guidance)、光学导引(Optical Guidance)、激光导航(Laser Navigation)、惯性导航(Inertial Navigation)、视觉导航(VisualNavigation)和GPS(全球定位系统)导航(Global Position System)，使得AGV能够从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特征(比如，墙角，柱子等)定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式的构建地图，从而达到同时定位和地图构建的目的。
可见，AGV与外界物体的交互能力，是其智能性的重要体现。可靠的运动控制能力以及准确的物体识别能力，可以保证AGV与外部物体的精准对接，实现诸如充电、货物搬运等功能。
现有技术中，机器人与充电座对接采用的传统方法是通过扇形红外区域识别；AGV与货箱对接采用的传统方法是基于磁条跟踪。上述方法存在如下问题：对接速度慢、效率低、精度低，例如基于红外的充电座对接方法，很多时候会出现重复对接以及接收不到红外信号而无法正常对接的情况；需要对机器人的工作环境进行，比如基于磁条的对接，需要在地上安装磁条，磁条使用久了也会磨损，影响对接精度。
发明内容
为了提高机器人与物体的对接精度的技术问题，本发明提出了一种机器人与物体的对接方法及其机器人。所述对接方法包括：
机器人相对于物体设置在对准预备位；
机器人通过图像获取装置获取物体上的电子识别码的图像数据，根据所获取的图像数据计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿；
机器人在经过物体的路径上，选取其对准预备位所对应的初始轨迹点q，所述初始轨迹点q到物体的所述路径的轨迹为对接轨迹；
机器人基于所述对接轨迹确定随时间变化的参考位姿pr(t),对所述参考位姿进行追踪。
进一步，初始轨迹点q是机器人的对准预备位到物体对接面的垂直朝向线的垂点，物体与所述初始轨迹点q之间的线段构成对接轨迹。
进一步，物体相对于机器人的对准预备位的位姿为p(xp,yp,θp)，其中，xp、yp为物体在平面直角坐标系中的坐标，θp为物体在平面直角坐标系中的姿态角；
对接轨迹包括多个轨迹点p0,p1,p2,…,pn-1,pn，n为自然数，每个轨迹点具有位姿pn(xpn,ypn,θpn)；
基于对接轨迹上的多个轨迹点的位姿pn(xpn,ypn,θpn)，确定机器人随时间变化的轨迹点的参考位姿pr(t)，机器人分时逐点追踪各轨迹点的参考位姿pr(t)。
进一步，多个轨迹点p0,p1,p2,…,pn-1,pn在所述对接轨迹上以等间距d进行排列，
若所述对接轨迹的长度为D，则所述多个轨迹点的参考位姿pn(xpn,ypn,θpn)通过以下方式计算：
N＝D/d，
Figure BDA0001710950750000021
Figure BDA0001710950750000022
θpn＝θp，
其中n≤N。
进一步，θp为物体对接面的垂直朝向与某一坐标轴的夹角。
进一步，θp为物体对接面的垂直朝向与x正半轴的逆时针方向的夹角。
进一步，以机器人的对准预备位为原点o构建所述平面直角坐标系。
进一步，机器人通过反馈控制对所述参考位姿pr(t)进行追踪，
在反馈控制系统中，在输入端输入机器人随时间变化的参考位姿pr(t)＝
(xr(t),yr(t),θr(t))，在输出端输出机器人的实时位姿pc(t)＝(xc(t),yc(t),θc(t))，实时位姿pc(t)负反馈到系统的输入端，
其中，xr(t)、yr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考坐标，θr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考姿态角，xr(t)、yr(t)对时间的倒数
Figure BDA0001710950750000031
与θr(t)存在如下关系：
Figure BDA0001710950750000032
xc(t)、yc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时坐标，θc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时姿态角，xc(t)、yc(t)对时间的倒数
Figure BDA0001710950750000033
与θc(t)存在如下关系：
Figure BDA0001710950750000034
进一步，在输入端还输入机器人的参考速度qr(t)。
进一步，在机器人通过反馈控制对所述参考位姿pr(t)进行追踪的过程中，
首先，根据机器人当前时刻的参考位姿pr(xr,yr,θr)和当前时刻实际位姿pc(xc,yc,θc)，计算当前时刻的位姿偏差pe(xe,ye,θe)；
随后，利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr得到机器人的实际速度qc；
接着，利用机器人的实际速度qc和雅克布矩阵J计算机器人当前的实时位姿的导数
Figure BDA0001710950750000039
Figure BDA0001710950750000035
对
Figure BDA0001710950750000036
积分得到机器人的当前的实时位姿Pc。
进一步，机器人当前时刻的位姿偏差pe为：
Figure BDA0001710950750000037
进一步，利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr得到机器人的实际速度qc，通过以下步骤实现：
利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr计算机器人的控制速度q，
Figure BDA0001710950750000038
其中，v为线速度，w为角速度，参数kx、ky和ke为机器人的路径的偏差系数；
以及，将控制速度q施加到机器人，并检测机器人的实际速度qc。
进一步，在机器人与物体的对接过程中，机器人持续对所述参考位姿进行追踪，直到机器人与物体的距离小于阈值或机器人与物体的距离小于阈值。
进一步，所述电子识别码为二维码，采用ArUco标记库来计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿。
本发明实施例还提供一种机器人，使用如上所述方法进行对接。
进一步，所述机器人为叉车机器人，对接的物体为货箱；或者，所述机器人对接物体为机器人的充电座。
本发明实施例的对接方法无需对环境进行改动，通过结合多种定位与导航以及轨迹跟踪算法，使机器人快速、高效、精准的对接物体，对准精度能够达到1cm。
传统的方法通过红外、磁条等引导，这类方法对接效率和精度太低。发明采用视觉计算电子识别码的精确位置(毫米级)，并利用轨迹跟踪算法进行精准对接(对接精度<1cm)。跟传统方法相比精度更高，效率更快。
附图说明
图1示出了本发明实施例的机器人与物体的对接方法流程图；
图2示出了本发明实施例的对接方法的机器人轨迹跟踪反馈控制系统框图；
图3a、图3b中示出了本发明实施例的对接方法的参考位姿追踪过程中机器人的参考位姿、实际位姿和位姿偏差计算的示意图；
图4示出了在本发明实施例的机器人与货箱的对接方法中，机器人相对于货箱处于对准预备位的一个实施例的侧视图；
图5示出了在本发明实施例的机器人与货箱的对接方法中，机器人相对于货箱处于对准预备位的另一个实施例的顶视图；
图6示出了在本发明实施例的机器人与货箱的对接方法中，机器人与货箱实现对接的状态示意图；
图7a示出了在本发明实施例的机器人与其充电座的对接方法中，机器人相对于充电座处于对准预备位的一个实施例的侧视图；
图7b示出了在本发明实施例的机器人与其充电座的对接方法中，机器人与充电座实现对接的状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提出了一种机器人与物体的对接方法，机器人上设置有图像获取装置，物体上设置有电子识别码。机器人相对于物体设置(例如，运动到)在对准预备位，使得机器人上的图像获取装置能够获取到物体上的电子识别码。现有技术中，可以采用多种方法将机器人定位到对准预备位。本发明实施例使用基于激光雷达的粒子滤波定位算法进行机器人的实时定位以及基于A*算法(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)的全局路径规划、基于DWA算法(Dynamic Window Approach动态窗口法)的局部路径规划进行导航。本领域技术人员可以可理解，对于类似如基于GPS的导航系统、基于视觉SLAM的导航系统、基于wifi定位的导航系统等方法，也在本发明的保护范围之内。
本发明实施例的机器人与物体的对接方法包括：
机器人通过图像获取装置获取物体上的电子识别码的图像数据，计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿。
本发明实施例中的电子识别码为二维码，优选采用ArUco标记库来计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿，其在有效范围内计算出来的相对位置精度小于5mm。对于类似计算电子识别码到图像获取装置相对位姿的方法依然在本发明的保护范围内。
在经过物体的路径上，选取机器人的对准预备位所对应的初始轨迹点，所述初始轨迹点到物体的所述路径的轨迹为对接轨迹。
需要说明的是，通过物体的路径可以任意选择，初始轨迹点也可以在所述通过物体的路径上任意设置。
基于对接轨迹确定机器人随时间变化的参考位姿,机器人对所述参考位姿进行追踪。
机器人轨迹跟踪反馈控制系统如图2所示，系统的输入是机器人随时间变化的参考位姿pr(t)＝(xr(t),yr(t),θr(t))和参考速度qr(t)，系统输出是机器人的实时位姿pc(t)＝(xc(t),yc(t),θc(t))，即机器人实时位姿，实时位姿pc(t)反馈到系统的输入端。轨迹跟踪的目的是尽量使位姿偏差pe趋于0。
其中，xr(t)、yr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考坐标，θr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考姿态角，在本实施例中为机器人运动方向与某一坐标轴的夹角，例如与x正半轴的逆时针方向的夹角，xr(t)、yr(t)对时间的倒数
Figure BDA0001710950750000061
与θr(t)存在如下关系：
Figure BDA0001710950750000062
xc(t)、yc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时坐标，θc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时姿态角，在本实施例中为机器人运动方向与某一坐标轴的夹角，例如与x正半轴的逆时针方向的夹角，xc(t)、yc(t)对时间的倒数
Figure BDA0001710950750000063
与θc(t)存在如下关系：
Figure BDA0001710950750000064
在机器人对所述参考位姿追踪过程中，首先根据机器人当前时刻的参考位姿pr＝(xr,yr,θr)和当前时刻实际位姿pc＝(xc,yc,θc)，计算机器人当前时刻的位姿偏差pe＝(xe,ye,θe)，
Figure BDA0001710950750000065
图3a、图3b中给出了在参考位姿追踪过程中机器人的参考位姿、实际位姿和位姿偏差计算的示意图。
随后，利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr得到机器人的实际速度qc，即得到检测机器人的当前移动速度，具体包括：
利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr计算机器人的控制速度q，如下：
Figure BDA0001710950750000066
其中，v为线速度，w为角速度，参数kx、ky和ke为路径的偏差系数，需要本领域技术人员根据实际使用的机器人进行调节。
以及，将控制速度q施加到机器人，并检测机器人的实际速度qc。
接着，利用机器人的实际速度qc和雅克布矩阵J计算机器人当前的实时位姿的导数
Figure BDA0001710950750000069
Figure BDA0001710950750000067
对
Figure BDA0001710950750000068
积分得到机器人的当前的实时位姿Pc。
在机器人与物体的对接过程中，机器人持续对所述参考位姿进行追踪，直到机器人与物体的距离小于阈值或机器人与货箱的距离小于阈值时对接完成。
本发明实施例的方法无需对环境进行改动，通过机器视觉对电子识别码的识别，通过将多种定位与导航以及轨迹跟踪算法结合，能够使机器人快速、高效、精准的对接物体。
实施例2
本实施例以叉车机器人与货箱对接为例，对上述方法进行进一步说明。如图4所示，一种基于视觉的叉车机器人与货箱的对接方法，其中叉车机器人上设置有图像获取装置，货箱上设置有电子识别码。机器人相对于货箱设置(例如，运动到)在对准预备位，使得机器人上的图像获取装置能够获取到货箱上的电子识别码。
图4中机器人的图像获取装置正对于货箱上的电子识别码，而本领域技术人员能够理解，本发明实施例的方法不限于这种正对的方式，也可以适用于图5所示的机器人上的图像获取装置斜对于货箱上的电子识别码的方式，只要保证机器人的图像获取装置能够获取到货箱上的电子识别码。
本发明实施例的基于视觉的叉车机器人与货箱的对接方法包括：
机器人通过图像获取装置获取货箱上的二维码的图像数据，计算货箱相对于机器人的对准预备位的位姿p(xp,yp,θp)。
本发明实施例采用ArUco标记库来计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿，其在有效范围内计算出来的相对位置精度小于5mm。
具体的，如图5所示，以机器人的对准预备位为原点o构建平面直角坐标系，通过机器视觉计算货箱p在所述坐标系中的位姿p(xp,yp,θp)，优选采用货柜上二维码的位置表示货箱p的位置。其中，xp、yp为货箱p在平面直角坐标系中的坐标，θp为货箱p在平面直角坐标系中的姿态角，在本实施例中为货箱p对接面(二维码所在平面)的垂直朝向(对接轨迹L)与某一坐标轴的夹角，例如与x正半轴的逆时针方向的夹角。
在通过货箱p的路径上，选取机器人的对准预备位所对应的初始轨迹点q，所述初始轨迹点q到货箱p的所述路径的轨迹为对接轨迹L,对接轨迹L上包括多个轨迹点pn，n为自然数，每个轨迹点具有位姿pn(xpn,ypn,θpn)。
如图5所示，初始轨迹点q是机器人的对准预备位到货箱p对接面的垂直朝向上的垂点q(xq,yq,θp)。货箱p与所述垂点q之间的线段构成对接轨迹L，轨迹L包括以等间距d排列的多个轨迹点p0(p),p1,p2,…,pn-1,pn(q)，p0点与p点重合，pn点与q点重合，其中间距d根据机器人的编码器精度、机器人的运行速度和定位精度进行调整。
若对接轨迹L的长度为D，则轨迹点具有参考位姿pn(xpn,ypn,θpn)可以通过以下方式计算：
N＝D/d，
Figure BDA0001710950750000081
Figure BDA0001710950750000082
θpn＝θp，
其中，n为小于等于N的自然数。
基于对接轨迹L上的多个轨迹点的参考位姿pn(xpn,ypn,θpn)，确定机器人随时间变化的轨迹点的参考位姿pr(t)，如下表所示：
时间 t<sub>0</sub> t<sub>1</sub> t<sub>2</sub> t<sub>3</sub> …… t<sub>n-2</sub> t<sub>n-1</sub> t<sub>n</sub>
轨迹点 p<sub>n</sub>(q) p<sub>n-1</sub> p<sub>n-2</sub> p<sub>n-3</sub> …… p<sub>2</sub> p<sub>1</sub> p
机器人分时逐点追踪各轨迹点的参考位姿pr(t)。
在上表中，在初始时刻t0，机器人位于某对准预备位，对应对接轨迹L上的初始轨迹点pn/q；在时刻t1，机器人对应对接轨迹L上的初始轨迹点pn-1；在时刻t2，机器人对应对接轨迹L上的初始轨迹点pn-2；在时刻t3，机器人对应对接轨迹L上的初始轨迹点pn-3；以此类推，在时刻tn-2，机器人对应对接轨迹L上的初始轨迹点p2；在时刻tn-1，机器人对应对接轨迹L上的初始轨迹点p1，在时刻tn，机器人对应对接轨迹L上的初始轨迹点p。
在初始时刻t0，机器人位于某对准预备位，对应对接轨迹L上的初始轨迹点pn/q。在t0至t1时段，机器人追踪轨迹点pn-1的参考位姿；在t1至t2时段，机器人追踪轨迹点pn-2的参考位姿；在t2至t3时段，机器人追踪轨迹点pn-3的参考位姿；……；在tn-2至tn-1时段，机器人追踪轨迹点p1的参考位姿；在tn-1至tn时段，机器人追踪轨迹点p的参考位姿。即，机器人分时逐点追踪各轨迹点的参考位姿，在此过程中逐步靠近货箱，并最终对准货箱。其中，tn可以设定的足够长，使得机器人在tn-1至tn时段能够对准货箱。tn值的选取取决于机器人与货箱之间的初始距离、对接轨迹L的选取、机器人的参考速度等多种因素，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。
机器人轨迹跟踪反馈控制系统如图4所示，系统的输入是机器人随时间变化的参考位姿pr(t)＝(xr(t),yr(t),θr(t))和参考速度qr(t)，系统输出是机器人的实时位姿pc(t)＝(xc(t),yc(t),θc(t))，即机器人实时位姿，轨迹跟踪的目的是尽量使位姿偏差pe趋于0。
其中，xr(t)、yr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考坐标，θr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考姿态角，在本实施例中为机器人运动方向与某一坐标轴的夹角，例如与x正半轴的逆时针方向的夹角，xr(t)、yr(t)对时间的倒数
Figure BDA0001710950750000083
与θr(t)存在如下关系：
Figure BDA0001710950750000091
xc(t)、yc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时坐标，θc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时姿态角，在本实施例中为机器人运动方向与某一坐标轴的夹角，例如与x正半轴的逆时针方向的夹角，xc(t)、yc(t)对时间的倒数
Figure BDA0001710950750000092
与θc(t)存在如下关系：
Figure BDA0001710950750000093
在对接轨迹步骤中，首先根据机器人当前时刻的参考位姿pr＝(xr,yr,θr)和当前时刻实际位姿pc＝(xc,yc,θc)，计算机器人当前时刻的位姿偏差pe＝(xe,ye,θe)，
Figure BDA0001710950750000094
随后，利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr得到机器人的实际速度qc，即得到检测机器人的当前移动速度。具体包括：
利用机器人当前时刻的位姿偏差pe和机器人当前时刻的参考速度qr计算机器人的控制速度q，如下：
Figure BDA0001710950750000095
其中，参数kx、ky和ke需要本领域技术人员根据实际使用的机器人进行调节；
以及，将控制速度q施加给机器人，检测机器人的实际速度qc。
接着，利用机器人的实际速度qc和雅克布矩阵J计算机器人当前的实时位姿的导数
Figure BDA0001710950750000096
Figure BDA0001710950750000097
对
Figure BDA0001710950750000098
积分得到机器人当前的实时位姿pc。
在对接的过程中跟踪的轨迹是图5中的L，当轨迹长度小于阈值时表示对接完成，达到图6的状态。
在本实施例中，将初始轨迹点q选取为机器人的对准预备位到货箱p对接面的垂直朝向上的垂点q(xq,yq)，从而构建出货箱p与所述垂点q之间的线段构成对接轨迹L，这样的对接轨迹使得机器人能够更为高效的对接货箱。此外，本实施例采用“分时逐点追踪”能够在保证对接精度的前提下减少机器人自身的运算量。
实施例3
作为本发明实施例的另外一种应用，与实施例1或2的方法相同，可以将相同的方法应用于机器人与其充电座的对接。其中，机器人上设置有图像获取装置，充电座上设置有电子识别码，如图7a、7b所示。机器人相对于充电座设置(例如，运动到)在对准预备位，使得机器人上的图像获取装置能够获取到充电座上的电子识别码，如图7a所示。通过执行与实施例1、2相同的方法，能够实现机器人与充电插的精准对接，对机器人进行充电，如图7b所示。
实施例4
本发明实施例还提供一种机器人，使用实施例1、2或3中的方法进行对接。在一个实施例中，所述机器人可以为叉车机器人，与货箱进行对接。在另一个实施例中，所述机器人对接物体为机器人的充电座。
本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
本领域技术人员可以理解，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种机器人与物体的对接方法，其特征在于：所述对接方法包括：
机器人相对于物体设置在对准预备位；
机器人通过图像获取装置获取物体上的电子识别码的图像数据，根据所获取的图像数据计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿；
机器人在经过物体的路径上，选取其对准预备位所对应的初始轨迹点，所述初始轨迹点到物体的所述路径的轨迹为对接轨迹；
机器人基于所述对接轨迹确定随时间变化的参考位姿pr(t)，通过反馈控制系统对所述参考位姿进行追踪，
在反馈控制系统中，在输入端输入机器人随时间变化的参考位姿pr(t)＝pr(xr，yr，θr)和机器人的参考速度qr(t)，在输出端输出机器人的实时位姿pc(t)，将实时位姿pc(t)负反馈到系统的输入端，
首先，根据机器人当前时刻的参考位姿pr(xr，yr，θr)和当前时刻实际位姿pc(xc，yc，θc)，计算当前时刻的位姿偏差pe(xe，ye，θe)；
随后，利用机器人当前时刻的位姿偏差pe(xe，ye，θe)和机器人当前时刻的参考速度qr计算机器人的控制速度q，将控制速度q施加到机器人，并检测机器人的实际速度qc，其中，
Figure FDA0002954826560000011
v为线速度，w为角速度，参数kx、ky和ke为机器人的路径的偏差系数；
接着，利用机器人的实际速度qc(t)和雅克布矩阵J计算机器人当前的实时位姿的导数
Figure FDA0002954826560000012
Figure FDA0002954826560000013
对
Figure FDA0002954826560000014
积分得到机器人的当前的实时位姿Pc(t)。
2.如权利要求1所述的对接方法，其特征在于：初始轨迹点是机器人的对准预备位到物体对接面的垂直朝向线的垂点，物体与所述初始轨迹点之间的线段构成对接轨迹。
3.如权利要求2所述的对接方法，其特征在于：物体相对于机器人的对准预备位的位姿为p(xp，yp，θp)，其中，xp、yp为物体在平面直角坐标系中的坐标，θp为物体在平面直角坐标系中的姿态角；
对接轨迹包括多个轨迹点p0，p1，p2，…，pn-1，pn，n为自然数，每个轨迹点具有位姿pn(xpn，ypn，θpn)；
基于对接轨迹上的多个轨迹点的位姿pn(xpn，ypn，θpn)，确定机器人随时间变化的轨迹点的参考位姿pr(t)，机器人分时逐点追踪各轨迹点的参考位姿pr(t)。
4.如权利要求3所述的对接方法，其特征在于：多个轨迹点p0，p1，p2，…，pn-1，pn在所述对接轨迹上以等间距d进行排列，
若所述对接轨迹的长度为D，则所述多个轨迹点的参考位姿pn(xpn，ypn，θpn)通过以下方式计算：
N＝D/d，
Figure FDA0002954826560000021
Figure FDA0002954826560000022
Figure FDA0002954826560000023
其中n≤N。
5.如权利要求4所述的对接方法，其特征在于：θp为物体对接面的垂直朝向与某一坐标轴的夹角。
6.如权利要求5所述的对接方法，其特征在于：θp为物体对接面的垂直朝向与x正半轴的逆时针方向的夹角。
7.如权利要求6所述的对接方法，其特征在于：以机器人的对准预备位为原点o构建所述平面直角坐标系。
8.如权利要求1-7之一所述的对接方法，其特征在于：所述机器人的参考位姿为pr(t)＝(xr(t)，yr(t)，θr(t))，所述机器人的实时位姿为pc(t)＝(xc(t)，yc(t)，θc(t))，
其中，xr(t)、yr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考坐标，θr(t)为机器人在平面直角坐标系中的参考姿态角，xr(t)、yr(t)对时间的倒数
Figure FDA0002954826560000024
与θr(t)存在如下关系：
Figure FDA0002954826560000025
xc(t)、yc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时坐标，θc(t)为机器人在平面直角坐标系中的实时姿态角，xc(t)、yc(t)对时间的倒数
Figure FDA0002954826560000026
与θc(t)存在如下关系：
Figure FDA0002954826560000027
9.如权利要求8所述的对接方法，其特征在于：机器人当前时刻的位姿偏差pe为：
Figure FDA0002954826560000028
10.如权利要求8所述的对接方法，其特征在于：在机器人与物体的对接过程中，机器人持续对所述参考位姿进行追踪，直到机器人与物体的距离小于阈值或机器人与物体的距离小于阈值。
11.如权利要求1-7之一所述的对接方法，其特征在于：所述电子识别码为二维码，采用ArUco标记库来计算物体相对于机器人的对准预备位的位姿。
12.一种机器人，其特征在于：使用如权利要求1-11之一所述方法进行对接。
13.如权利要求12所述的机器人，其特征在于：
所述机器人为叉车机器人，对接的物体为货箱；
或者，所述机器人对接物体为机器人的充电座。
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