CN109508014B - 一种移动机器人的激光引导回充方法及芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种移动机器人的激光引导回充方法及芯片，所述激光引导回充方法包括：步骤1、控制移动机器人移动到第一预设位置；步骤2、判断激光接收器获取的有效激光帧的光强分布规律是否符合充电座的编码方式，是则进入步骤3；步骤3、基于获取的激光引导信号在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置；步骤4、控制所述移动机器人在预设搜索范围内遍历预设数量的回充候选位置；步骤5、控制所述移动机器人移动到第二预设位置；步骤6、在第二预设位置处调整所述移动机器人的姿态和方位，使得所述移动机器人的第一充电极与充电座的中心位置的第二充电极被控制对接充电，从而提高激光回充的引导精度和效率。

Description

一种移动机器人的激光引导回充方法及芯片

技术领域

本发明涉及机器人回充控制领域，具体涉及一种移动机器人的激光引导回充方法及芯片。

背景技术

较为通用的做法是通过地图导航将机器人导到能够识别充电座的地方，然后通过信号来引导机器人上座。对于平面波,光强不变,激光接近平面波。

信号引导的方式，有几种常见的方式：调整红外引导、激光引导、视觉识别引导、超声波引导等等。其中，调制红外引导凭借其低成本、高精度的特点在回充技术领域占据了主导地位，但是它也存在一些缺点，比如：红外调制光难以限定角度，需要通过设计模具来限定光路，所以光路的精度取决于模具的规格设计；目前，家庭智能机器人能自动回航充电，多数所述移动机器人采用随机模式去寻找充电器正前方的红外光束信号，由于红外光线的线性特性不好，对接成功率低，因此需要改进；另外，激光引导过程中，由于激光引导信号发散小，容易产生镜面反射成像的伪座子信号。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，提出以下技术方案：

一种移动机器人的激光引导回充方法，移动机器人的机体的对称轴装设有激光接收器，激光接收器包括第一激光接收器、第二激光接收器和第三激光接收器，第二激光接收器装设在移动机器人的第一充电极的中心位置处，第一激光接收器和第三激光接收器分别并排地设置在第一充电极的中心位置的两侧；所述激光引导回充方法包括：步骤1、当所述移动机器人接收到回充指令时，控制所述移动机器人按照预先规划的路径到达第一预设位置，再控制激光接收器获取发射自充电座的激光引导信号；步骤2、基于有效激光帧的光强分布规律符合充电座的编码方式的激光引导信号在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置；其中，光强分布规律不包括对光强大小的检测判断；其中，预设搜索范围是同一个充电座产生的充电信号的有效范围；步骤3、控制所述移动机器人在预设搜索范围内遍历预设数量的回充候选位置，并在遍历的每个回充候选位置上，判断第二激光接收器接受的激光引导信号光强大小是否处于充电座的预设发射光强范围，是则确定当前的回充候选位置存在充电座，否则确定当前的回充候选位置存在伪座子信号, 然后继续遍历下一个所述回充候选位置；其中，伪座子信号不是充电座的激光引导源直接发射的激光束；步骤4、控制所述移动机器人从步骤3遍历结束的回充候选位置移动到第二预设位置，其中，第二预设位置是在预设搜索范围内，距离遍历结束的回充候选位置最近的一个充电座的正前方预设间距处；步骤5、在第二预设位置处调整所述移动机器人的姿态和方位，使得第二激光接收器接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，而第一激光接收器和第三激光接收器都接收到第二预设光强阈值范围的激光引导信号，然后控制所述移动机器人的第一充电极与充电座的中心位置的第二充电极对接充电，其中，第一预设光强阈值范围的数值远大于第二预设光强阈值范围的数值。本发明技术方案分别为充电座的预识别和电极的对准充电预留对应的空间位置，有利于排除伪座子信号的干扰，在充电座较多的情况下不受干扰，增大所述移动机器人和充电座的定位准确度、可靠性。

进一步地，所述步骤2中，所述在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置的方法，包括：从所述激光接收器获取光强分布规律符合充电座的编码方式的有效激光帧中筛选出符合条件的激光点，计算出所述预设数量的回充候选位置的坐标。本方法鲁棒性好，且提高激光定位的精度。

进一步地，所述回充候选位置是所述移动机器人在激光SLAM地图上确定的充电座候选位置。由于所述有效激光帧携带充电座表面的信息，并在地图中相应位置处予以标记，所以在激光SLAM地图上确定的充电座候选位置具有特异性，虽然缺乏语义信息，但激光SLAM地图确定的充电座位置实时性好。

进一步地，所述步骤3，根据所述预设数量的回充候选位置的坐标，所述移动机器人会根据自身位置坐标与回充候选位置的坐标的距离关系进行排序，优先遍历距离近的回充候选位置，节省排除伪座子信号的工作时间，保证成功率。

进一步地，所述步骤5具体包括：当所述第一激光接收器或所述第三激光接收器接收到所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号时，控制所述移动机器人转向所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号的方向，使得第二激光接收器接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，而第一激光接收器和第三激光接收器都接收到第二预设光强阈值范围的激光引导信号；然后停止转动，从所述第二预设位置开始朝着当前方向直行，直到所述移动机器人的第一充电极与充电座的中心位置的第二充电极对接充电。所述移动机器人通过不断调整第一充电极与第二充电极进行准确对正，提高所述移动机器人和充电座的对接成功率，保证第一充电极与第二充电极两者之间的搭接，从而克服了单纯依赖激光或者红外所带来的缺陷，提高机器人主动回充的可靠性与准确性。

一种芯片，该芯片用于存储所述激光引导回充方法，所述芯片控制所述移动机器人在预识别后接受激光引导回座，从而减小光线的发散程度，并提高激光对准的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种移动机器人的激光引导回充方法流程图。

图2为本发明实施例提供的移动机器人的激光接收器和充电座的激光发射器的一个对正过程示意图（水平方向的投影平面）。

图3为本发明实施例提供的移动机器人的激光接收器和充电座的激光发射器的另一个对正过程示意图（水平方向的投影平面）。

附图标记：

101：充电座。

102：激光发射器。

103：激光光束。

104：移动机器人右侧的第一激光接收器。

105：移动机器人中心的第二激光接收器。

106：移动机器人左侧的第三激光接收器。

107：第一激光接收器104的激光接受范围。

108：第三激光接收器106的激光接受范围。

具体实施方式

为了更清楚的对本发明进行说明，下面给出具体实施例以进行进一步的说明。

本发明实施例提供一种移动机器人的激光引导回充方法，该激光回充方法的实施对象是具有激光接收器的移动机器人和具有激光发射器的充电座。

下面参考图2至图3描述本发明实施例的实施对象在水平方向上的投影。

如图2至图3所示，激光接收器包括第一激光接收器104、第二激光接收器105和第三激光接收器106，第二激光接收器105装设在所述移动机器人的第一充电极的中心位置处，第一激光接收器104和第三激光接收器106分别并排地设置在第一充电极的中心位置的两侧，在本实施例下，第一激光接收器104和第三激光接收器106分别设在第二激光接收器105的左右两侧。第一激光接收器104 和第三激光接收器106 与第二激光接收器105 平行设置。充电座101的第二充电极中心位置上设置有激光发射器102。充电座101上面的激光发射器102发出的激光形成激光光束103。当第二激光接收器105位于充电座101的第二充电极中心位置沿前后方向延伸的轴线上时，第二激光接收器105的激光接收方向才能完全对准激光发射器102的激光出射方向。如图2所示，当充电座101位于所述移动机器人左边的激光接受范围108时，第一激光接收器106才能接收到激光光束103；如图3所示，当充电座位101位于所述移动机器人右边的激光接受范围107时，第二激光接收器104才能接收到激光光束103。如图2和图3所示，当第一激光接收器104或者第三激光接收器106接收到激光发射器102发出的激光光束103时，所述移动机器人可以调整姿态和方位以使激光发射器102发出的激光被第二激光接收器105接收，使得第一充电极和第二充电极快速准确对接。

本发明实施例提供一种移动机器人的激光引导回充方法，如图1所示，所述激光引导回充方法包括：步骤S101、当所述移动机器人接收到回充指令时，控制所述移动机器人按照预先规划的路径到达第一预设位置，然后进入步骤S102。在本实施例下，当所述移动机器人的电池电量低于预设电量值，或者执行完所有当前任务时，向充电座101发出充电请求信号，充电座101接收到充电请求信号后给所述移动机器人回复一个请求响应，然后充电座101给所述移动机器人发出一个回充指令，所述移动机器人接收到回充指令时，控制所述移动机器人按照预先规划的路径到达第一预设位置，当充电座101在第一预设位置处检测到所述移动机器人时，控制激光发射器102发射激光引导信号。

步骤S102、在第一预设位置处控制激光接收器获取发射自充电座的激光引导信号，然后进入步骤S103。本发明实施例下，设置第一预设位置作为初始回充位置，该初始回充位置处所述移动机器人的激光接收器刚好接收到充电座101的激光引导信号，但所述移动机器人的第一充电极的中心位置不一定与充电座101的第二充电极中心位置对准，同时考虑到所述移动机器人在很多位置都能接收到伪充电座信号，而且也不排除有多个充电座或者充电座被挪动的情况，所以需要设置第一预设位置对充电座的位置进行预判断。

步骤S103、判断激光接收器获取的激光引导信号中的有效激光帧的光强分布规律是否符合充电座的编码方式，是则进入步骤S104，否则，可以记录发射或反射激光信号的物体不为充电座，并继续检测接收的激光信号，返回执行步骤S102；本实施例中，所述有效激光帧携带的是所述物体表面材料的信息。当物体表面由多个不同光反射率的材料组成时，反射的激光帧上不同位置的激光点可以显示出不同的光强分布。另一方面，通过特殊材料制作的充电座反射的激光帧的光强分布具有特异性，即能够形成用于识别的编码。当激光接收器获取的激光引导信号中的有效激光帧的光强分布规律符合充电座的编码方式时，即可确认所述移动机器人接收到充电座信号，完成充电座的预识别。即可完成充电座的预识别。其中，光强分布规律不包括对光强大小的检测判断。

步骤S104、基于获取的激光引导信号在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置，然后进入步骤S105。本实施例考虑到机器人可能存在由镜面成像造成的伪座子信号，而且可能存在有多个充电座或者充电座被挪动的情况，所以在很多位置都能接收到充电座信号，要选择一个预设搜索范围，在预设搜索范围内，根据有效激光帧的光强分布规律符合充电座的编码方式的激光引导信号，设置预设数量的回充候选位置。其中，预设搜索范围是以第一预设位置为中心，同一个充电座产生的充电信号的有效距离范围，具体地，通过对激光引导信号进行聚类，假定预设数量的聚类信号作为同一个充电座产生的充电信号，然后基于同一个充电座产生的充电信号的有效距离范围，计算出预设数量的回充候选位置。现有技术中，筛选所述回充候选位置的方法可以是直接选取该小区域的中心点，或者对此范围内的所有信号位置求取平均值，但这种筛选方法在复杂光环境或暗环境下误差较大，且不能有效的消除墙壁及孤岛障碍物的影响。

可选地，在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置的方法，包括：从激光接收器获取光强分布规律符合充电座的编码方式的有效激光帧中筛选出符合条件的激光点，计算出所述预设数量的所述回充候选位置的坐标，并进行坐标转换到全局坐标，可以在地图中予以标记，再预留给后续步骤进行遍历导航。该技术方案的回充算法鲁棒性好，且提高激光定位的精度。

步骤S105、控制所述移动机器人在预设搜索范围内遍历预设数量的回充候选位置，并实时判断第二激光接收器105接受的激光引导信号的光强大小是否处于充电座101的预设发射光强范围，是则进入步骤S106，否则进入步骤S107。由于激光的具有单向性和方向性俱佳的特点，也就是激光光束为平行光，激光光束发散小，在高发射的地方容易出现由于发射出现的伪座子的问题，所以通过步骤S105进行处理，根据预识别的回充候选位置处的光强大小来排除伪座子信号的干扰，提高机器人分辨墙壁和孤岛障碍物的能力。

步骤S106、确定当前的回充候选位置存在充电座，然后进入步骤S108。

步骤S107、确定当前的回充候选位置存在伪座子信号，然后进入步骤S108。

步骤S108、判断当前遍历的所述回充候选位置的个数是否达到预设数量，是则进入步骤S109，否则返回步骤S105，继续在所述预设搜索范围内遍历所述回充候选位置，然后再实时第二激光接收器105接受的激光引导信号的光强大小是否处于充电座101的预设发射光强范围；其中，伪座子信号不是充电座的激光引导源直接发射的激光束。

可选地，所述机器人在整个工作过程中，可以通过激光雷达构建SLAM地图，以获取自己当前的位姿并建立位置环境的地图。具体的，激光雷达可以从所述充电座反射的有效激光帧中筛选出符合条件的激光点，计算出所述充电座的中点位置，并进行坐标转换到全局坐标。

可选地，当所述移动机器人按照地图规划的导航路径在预设搜索范围内遍历预设数量的回充候选位置时，根据地图中标记的所述预设数量的回充候选位置的坐标，所述移动机器人会根据当前位置坐标与所述回充候选位置的坐标的距离关系进行排序，优先遍历距离近的所述回充候选位置，当控制所述移动机器人导航到所述回充候选位置前面有接收到激光引导信号的地方，可通过实时判断第二激光接收器105接受的激光引导信号的光强大小是否处于充电座101的预设发射光强范围来避免伪座子信号干扰，是则确定当前的所述回充候选位置存在真正的座子位置，否则到达相应位置后忽略对应的激光引导信号的影响，避免伪座子信号干扰。该技术方案节省排除伪座子信号的工作时间，保证成功率。

可选地，如果所述移动机器人没有规划地图导航，可以逐个遍历所述预设数量的回充候选位置，然后在每个所述回充候选位置判断第二激光接收器105接受的激光引导信号的光强大小是否处于充电座101的预设发射光强范围，是则确定当前的所述回充候选位置存在真正的座子位置，否则到达相应位置后忽略对应的激光引导信号的影响，避免伪座子信号干扰。

步骤S109、控制所述移动机器人从遍历结束的回充候选位置移动到第二预设位置，然后进入步骤S110。其中，第二预设位置是在预设搜索范围内，距离遍历结束的回充候选位置最近的一个充电座的正前方预设间距处。在本实施例中，所述移动机器人会根据当前位置与所述回充候选位置的距离关系进行标记和排序，根据所述激光引导信号优先移动到标记距离最近的所述回充候选位置的正前方的预设间距的位置处。具体地，从遍历结束的回充候选位置移动到第二预设位置的过程中，需要判断所述移动机器人当前位置与所述距离遍历结束的回充候选位置最近的一个充电座的距离是否小于或等于所述预设间距，是则所述移动机器人已经到达充电座101所在位置，并且和充电座101足够靠近了，此时停止所述移动机器人的运动，为后续的第一充电极和第二充电极的对准预留足够的空间。

可以理解的是，所述移动机器人刚刚到达所述第二预设位置时，所述移动机器人的第一充电极的中心位置可以与充电座101的第二充电极中心位置对准，也可以是不对准的。所以需要预留一定的间隔进行对准，该间隔是所述预设间距。

步骤S110、在所述第二预设位置处调整所述移动机器人的姿态和方位，使得第二激光接收器105接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，而第一激光接收器104和第三激光接收器106都接收到第二预设光强阈值范围的激光引导信号，其中，第一预设光强阈值范围的数值远大于第二预设光强阈值范围的数值。

由于激光的具有单向性和方向性俱佳的特点，属于平面波，所以激光引导信号的散射比较小，其形成的激光光束接近平行光。因此，如图2左侧对正前的装置所示，当充电座101位于所述移动机器人左边的激光接受范围108时，第三激光接收器106才能接收到激光光束103，第三激光接收器106接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，同时，第二激光接收器105和第一激光接收器104都接收到第二预设光强阈值范围的激光引导信号，第二预设光强阈值范围的数值接近0；如图3左侧对正前的装置所示，当充电座101位于所述移动机器人右边的激光接受范围107时，第一激光接收器104才能接收到激光光束103，第一激光接收器104接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，同时，第二激光接收器105和第三激光接收器106都接收到第二预设光强阈值范围的激光引导信号，第二预设光强阈值范围的数值接近0。

调整所述移动机器人的姿态和方位的过程如下：

如图2所示，箭头S1指示方向为所述移动机器人刚刚到达所述第二预设位置的运动方向，充电座101位于所述移动机器人左边的激光接受范围108，第三激光接收器106接收到激光光束103，第三激光接收器106接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，然后控制所述移动机器人转向所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号的方向，如图2的右侧所示，控制所述移动机器人向左转，直至第二激光接收器105接收到充电座101发射的第一预设光强阈值范围的激光引导信号，即充电座101发射的激光光束103对准所述移动机器人的第一充电极的中心位置，然后控制所述移动机器人停止转动，从所述第二预设位置开始朝着激光光束103的方向，移动靠近充电座101，直到所述移动机器人的第一充电极与充电座的中心位置的第二充电极准确对接。

如图3所示，箭头S2指示方向为所述移动机器人刚刚到达所述第二预设位置的运动方向，充电座101位于所述移动机器人右边的激光接受范围107，第一激光接收器104接收到激光光束103，第一激光接收器104接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，然后控制所述移动机器人转向所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号的方向，如图3的右侧所示，控制所述移动机器人向右转，直至第二激光接收器105接收到充电座101发射的第一预设光强阈值范围的激光引导信号，即充电座101发射的激光光束103对准所述移动机器人的第一充电极的中心位置，然后控制所述移动机器人停止转动，从所述第二预设位置开始朝着激光光束103的方向，移动靠近充电座101，直到所述移动机器人的第一充电极与充电座的中心位置的第二充电极准确对接。

上述实施例中，所述移动机器人通过不断调整的自身姿态和运动方位进行准确对正，增大激光发射器102 和激光接收器105 之间的定位效率和定位准确度，增大所述移动机器人和充电座101的定位精度，使所述移动机器人和充电座101 进行快速地准确对正，提高了所述移动机器人和充电座101的一次对接成功率，保证第一充电极与第二充电极两者之间的搭接，也就是保证所述移动机器人和充电座101两者之间的搭接和装配稳定性。

一种芯片，该芯片用于存储所述激光引导回充方法，所述芯片控制所述移动机器人在预识别后接受激光引导回座，从而减小光线的发散程度，并提高激光对准的精度。与现有技术相比，在所述芯片在机器人和充电座相距较远时，通过控制激光接收器快速识别充电座位置，其分辨率高，可以有效消除墙壁及孤岛障碍物的影响；在机器人和充电座靠近时，排除候选回充位置消除偏差，实现在多充电座环境或伪座子信号的环境下也能不受影响正常工作，其具有远程回充迅速、对准精度高以及环境适应性强的优点。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

Claims (4)

1.一种移动机器人的激光引导回充方法，移动机器人的机体的对称轴装设有激光接收器，激光接收器包括第一激光接收器、第二激光接收器和第三激光接收器，第二激光接收器装设在移动机器人的第一充电极的中心位置处，第一激光接收器和第三激光接收器分别并排地设置在第一充电极的中心位置的两侧；所述激光引导回充方法包括：

步骤1、当所述移动机器人接收到回充指令时，控制所述移动机器人按照预先规划的路径到达第一预设位置，再控制激光接收器获取发射自充电座的激光引导信号；

步骤2、基于有效激光帧的光强分布规律符合充电座的编码方式的激光引导信号在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置；其中，光强分布规律不包括对光强大小的检测判断；预设搜索范围是以第一预设位置为中心，同一个充电座产生的充电信号的有效距离范围；

步骤3、控制所述移动机器人在预设搜索范围内遍历预设数量的回充候选位置，并在遍历的每个回充候选位置上，判断第二激光接收器接受的激光引导信号光强大小是否处于充电座的预设发射光强范围，是则确定当前的回充候选位置存在充电座，否则确定当前的回充候选位置存在伪座子信号，然后继续遍历下一个所述回充候选位置；其中，伪座子信号不是充电座的激光引导源直接发射的激光束；

步骤4、控制所述移动机器人从步骤3遍历结束的回充候选位置移动到第二预设位置，其中，第二预设位置是在预设搜索范围内，距离遍历结束的回充候选位置最近的一个充电座的正前方预设间距处；

步骤5、在第二预设位置处调整所述移动机器人的姿态和方位，使得第二激光接收器接收到第一预设光强阈值范围的激光引导信号，而第一激光接收器和第三激光接收器都接收到第二预设光强阈值范围的激光引导信号，然后控制所述移动机器人的第一充电极与充电座的中心位置的第二充电极对接充电，其中，第一预设光强阈值范围的数值远大于第二预设光强阈值范围的数值；

所述步骤2中，所述在预设搜索范围内确定预设数量的回充候选位置的方法，包括：从所述激光接收器获取光强分布规律符合充电座的编码方式的有效激光帧中筛选出符合条件的激光点，计算出所述预设数量的所述回充候选位置的坐标；

所述步骤3，根据所述预设数量的回充候选位置的坐标，所述移动机器人会根据当前位置坐标与所述回充候选位置的坐标的距离关系进行排序，优先遍历距离近的所述回充候选位置。

2.根据权利要求1所述激光引导回充方法，其特征在于，所述回充候选位置是所述移动机器人在激光SLAM地图上确定的充电座候选位置。

3.根据权利要求1所述激光引导回充方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：

当所述第一激光接收器或所述第三激光接收器接收到所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号时，控制所述移动机器人转向所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号的方向，使得所述第二激光接收器接收到所述第一预设光强阈值范围的激光引导信号，而所述第一激光接收器和所述第三激光接收器都接收到所述第二预设光强阈值范围的激光引导信号；

然后控制所述移动机器人停止转动，从所述第二预设位置开始朝着当前方向行走所述预设间距，直到所述第一充电极与所述第二充电极对接充电。

4.一种芯片，其特征在于，该芯片用于存储权利要求1至3任一项所述激光引导回充方法。

Images