CN110277818A - 自动回充的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自动回充的方法及装置。该申请的方法包括基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。本申请解决相关的机器人回充失败概率较高的问题。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种自动回充的方法及装置。
背景技术
随着机器人技术的发展，机器人已经广泛应用在生活的各个方面，餐厅服务机器人属于服务机器人的一个种类，它主要是为现代化的餐厅提供送餐、点餐等功能。由于劳动力成本的提高，餐厅服务人员的人力成本支出越来越高，使用机器人代替部分服务员为顾客服务，如点菜、送餐，不但能提高服务效率，减少服务人员的数量，更能建立餐厅特色，打造餐厅品牌，进而降低劳动力成本。
机器人自动回充是保证机器人无人工干预运行服务的必要条件，目前相关的机器人自动回充的方式为机器人基于红外对充电桩进行定位并进行自动回充，但是在实际应用中发明人发现机器人在基于红外回充的方案中，不能确定充电桩的精准位置，回充失败的概率较高。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种自动回充的方法及装置，以解决相关的机器人回充失败概率较高的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的第一方面，提供了一种自动回充的方法。
根据本申请的自动回充的方法包括：
基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；
根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；
根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；
根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。
进一步的，所述基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点包括：
基于道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理，识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
进一步的，所述根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置包括：
根据识别的参考端点和参考角点，通过最小二乘直线拟合确定三角凹槽角点的准确位置。
进一步的，根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数，包括：
获取三角凹槽角点的准确位置以及机器人实时位置；
根据三角凹槽角点的准确位置确定充电桩前方预设位置，所述预设位置为距离三角凹槽角点准确位置预设距离的位置；
根据所述预设位置以及机器人实时位置，计算机器人移动的加速度、角速度、线速度。
进一步的，根据运动参数移动到准确的充电位置包括：
根据运动参数移动到充电桩前方预设位置；
控制机器人旋转，以使充电头对正所述充电弹片。
进一步的，在基于机器人对充电桩的激光扫描结果之前，所述方法还包括：
根据导航定位的充电桩的地理位置，控制机器人向充电桩方向移动；
当机器人可以识别到充电桩时，停止移动；
获取对充点桩的激光扫描结果。
进一步的，在根据运动参数移动到准确的充电位置之后，所述方法还包括：
判断是否可以接收到充电桩的红外信号；
若接收到，则进行充电头与充电弹片的对接进行充电。为了实现上述目的，根据本申请的第二方面，提供了一种自动回充的装置。
根据本申请的自动回充的装置包括：
识别单元，用于基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；
确定单元，用于根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；
设置单元，用于根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；
移动单元，用于根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。
进一步的，所述识别单元用于：
基于道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理，识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
进一步的，所述确定单元用于：
根据识别的参考端点和参考角点，通过最小二乘直线拟合确定三角凹槽角点的准确位置。
进一步的，设置单元包括：
获取模块，用于获取三角凹槽角点的准确位置以及机器人实时位置；
确定模块，用于根据三角凹槽角点的准确位置确定充电桩前方预设位置，所述预设位置为距离三角凹槽角点准确位置预设距离的位置；
计算模块，用于根据所述预设位置以及机器人实时位置，计算机器人移动的加速度、角速度、线速度。
进一步的，所述移动单元包括：
移动模块，用于根据运动参数移动到充电桩前方预设位置；
旋转模块，用于控制机器人旋转，以使充电头对正所述充电弹片。
进一步的，所述装置还包括：
控制单元，用于在基于机器人对充电桩的激光扫描结果之前，根据导航定位的充电桩的地理位置，控制机器人向充电桩方向移动；
停止单元，用于当机器人可以识别到充电桩时，停止移动；
获取单元，用于获取对充点桩的激光扫描结果。
进一步的，所述装置还包括：
判断单元，用于在根据运动参数移动到准确的充电位置之后，判断是否可以接收到充电桩的红外信号；
对接单元，用于若接收到，则进行充电头与充电弹片的对接进行充电。
为了实现上述目的，根据本申请的第三方面，提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述第一方面中任一项所述的自动回充的方法。
在本申请实施例中，自动回充的方法和装置能够首先基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；然后根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；再根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；最后，根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。可以看到，本申请中通过基于激光进充电桩的定位，激光的的抗干扰性强，扫描特点较多，因此比红外定位更准确。另外，还以充电桩上的三角凹槽作为定位参考，进一步保证了定位的高效性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的一种自动回充的方法流程图；
图2是根据本申请实施例提供的另一种自动回充的方法流程图；
图3是根据本申请实施例提供的一种自动回充的装置的组成框图；
图4是根据本申请实施例提供的另一种自动回充的装置的组成框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
根据本申请实施例，提供了一种自动回充的方法，如图1所示，该方法包括如下的步骤S101至步骤S104：
S101.基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
其中，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方。如果能够准确识别三角凹槽的位置就可以较准确到达充电位置，使充电头与充电弹片准确对接。因此，首先需要确定三角凹槽的位置，本实施例中是基于激光扫描来确定三角凹槽的位置。三角凹槽的纵切面是一个三角形，有一个角点和两个端点，如果能够确定一个角点和两个端点的位置，就可以确定三角凹槽的位置。由于激光扫描是按照一定的角度间隔的光束进行扫描，因此无法保证根据激光扫描的结果直接准确的确定三角凹槽的角点和端点，本步骤识别出的点先确定为角点的参考点和端点的参考点，参考点不是准确的点是最接近实际角点和端点的点。具体的根据激光扫描结果识别参考端点和参考角点是根据能够识别曲线的特定算法实现的。
S102.根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置。
本实施例中三角凹槽的角点相比于三角凹槽的端点作为弹片的特征参考点更可靠，因此确定三角凹槽的角点的准确位置是帮助机器人准确进行充电的基础。具体的确定三角凹槽的角点的准确位置的过程为：根据前述步骤中的确定的参考端点以及参考角点就可以确定三角凹槽角点与端点之间的构成三角凹槽的边缘线(端点与角点的连线)对应的扫描点的范围，然后根据确定的扫描点的范围通过直线拟合的方法就可以拟合出三角凹槽准确的边缘线，然后根据两边缘线的交点确定三角凹槽角点的准确位置。
S103.根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数。
确定三角凹槽角点位置相当于确定了充电弹片的位置，然后就可以控制机器人按照特定的运动参数向充电桩方向移动。运动参数的确定需要根据三角凹槽角点的准确位置以及机器人当前位置进行计算确定，在想充电桩方向移动的过程中，由于机器人的位置是动态变化的，而且存在机器人移动有偏差的情况，因此需要根据机器人实时位置的变化调整运动参数。
S104.根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。
根据步骤S103确定的运动参数可以使机器人移动到准确的充电位置，准确的充电位置为充电三角凹槽角点的正前方，也是充电弹片的正前方。到达充电弹片的正前方后使充电头与充电弹片进行对接，对机器人进行充电，实现机器人的自动回充。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例中自动回充的方法能够首先基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；然后根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；再根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；最后，根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。可以看到，本申请中通过基于激光进充电桩的定位，激光的的抗干扰性强，扫描特点较多，因此比红外定位更准确。另外，还以充电桩上的三角凹槽作为定位参考，进一步保证了定位的高效性。
根据本申请实施例，提供了另一种自动回充的方法，如图2所示，该方法包括：
S201.根据导航定位的充电桩的地理位置，控制机器人向充电桩方向移动。
在获取到充电桩的激光扫描结果之前，首先需要机器人移动过到能够识别到充电桩的位置。因此需要通过导航定位确定充电桩的地址位置，然后控制机器人向充电桩附近移动，具体的移动的方向和速度可以根据机器人当前位置以及充电桩的地理位置来规划。
S202.当机器人可以识别到充电桩时，停止移动并获取对充点桩的激光扫描结果。
当机器人向充电桩移动的过程中，会实时进行识别，机器人内部存储有充电桩的识别特征，当根据识别特征识别到充电桩时，停止移动，以当前位置为机器人进一步精确定位充电桩的起始位置。机器人停止移动后，获取当前位置下扫描得到的充电桩的激光扫描结果，并以此作为后续定位分析的基础。
S203.基于道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理，识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
本实施例中充电桩有三角凹槽的设计，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方。如果能够准确识别三角凹槽的位置就可以较准确到达充电位置，使充电头与充电弹片准确对接。因此，首先需要确定三角凹槽的位置，本实施例中是基于激光扫描来确定三角凹槽的位置。三角凹槽的纵切面是一个三角形，有一个角点和两个端点，如果能够确定一个角点和两个端点的位置，就可以确定三角凹槽的位置。由于激光扫描是按照一定的角度间隔的光束进行扫描，因此无法保证根据激光扫描的结果直接准确的确定三角凹槽的角点和端点，本步骤识别出的点先确定为角点的参考点和端点的参考点，参考点不是准确的点是最接近实际角点和端点的点。具体的本实施例使用道格拉斯角度分段算法识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。道格拉斯角度分段算法可以有效地保留住曲率变化特征点，在本实施例中，曲率变化的特征点为三角凹槽的角点和端点，因此利用道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理可以识别出充电三角凹槽的参考端点和参考角点。
关于道格拉斯角度分段算法的计算思路进行说明：主要分为两大步，第一步是测定角度和距离，取出特征点；第二步是利用所得到的特征点将曲线分段，对每段曲线单独使用道格拉斯算法进行化简。根据最终化简得到的曲线确定角点参考点和端点参考点。
S204.根据识别的参考端点和参考角点，通过最小二乘直线拟合确定三角凹槽角点的准确位置。
本实施例中三角凹槽的角点相比于三角凹槽的端点作为弹片的特征参考点更可靠，因此确定三角凹槽的角点的准确位置是帮助机器人准确进行充电的基础。具体的确定三角凹槽的角点的准确位置的过程为：根据上述识别出的参考端点和参考角点以及化简得到的曲线的端点，进行最小二乘直线拟合，得到两条拟合直线，两条拟合直线即为三角凹槽对应的直线(即图1中的边缘线)，拟合直线的交点的位置即为三角凹槽角点的准确位置。最小二乘法拟合直线的原理为：根据给定的点，求出它的函数y＝f(x)，当然求得准确的函数是不太可能的，最小二乘法拟合直线是求出它的近似曲线y＝φ(x)，y＝φ(x)是与y＝f(x)的平方偏差和最小的曲线。
S205.获取三角凹槽角点的准确位置以及机器人实时位置。
S206.根据三角凹槽角点的准确位置确定充电桩前方预设位置。
其中，预设位置为距离三角凹槽角点准确位置预设距离的位置。考虑到实际操作中的误差，通常先使机器人移动距离准确充电位置正前方预设距离的位置，本实施例中定义预设距离为机器人外壳到三角凹槽角点的距离，该距离为第一距离(三角凹槽角点到充电弹片所在的充电桩的平面的距离)与第二距离(充电桩弹片所在充电桩的平面与机器人外壳之间的距离)之和，由于第一距离是定值，因此需要设定的是第二距离的值，优选的本实施例中设定第二距离的值为20cm或者30cm。在实际应用中第二距离的值可以根据实际的需求调整。
S207.根据预设位置以及机器人实时位置，计算机器人移动的加速度、角速度、线速度。
需要说明的是，本实施例中在机器人再次向充电桩移动前设置一个加速度、线速度、角速度，在移动的过程中，由于可能存在机器人移动位置偏移的问题，所以需要动态的调整运动参数(加速度、线速度、角速度)。在实际的应用中，具体的调整哪几个运动参数可以根据实际情况灵活确定。比如可以保持加速度不变，只调整线速度和角速度；或者，加速度、线速度、角速度都调整；等等。
S208.根据运动参数移动到充电桩前方预设位置。
S209.控制机器人旋转，以使充电头对正充电弹片。
通常机器人到达充电桩前方预设位置时，充电头没有正对充电弹片，因此还需要控制机器人进行旋转，直到充电头正对充电弹片为止。
S210.判断是否可以接收到充电桩的红外信号。
本步骤中判断是否可以接收到充电桩的红外信号是为了进一步确保机器人识别到的是机器人进行充电的充电桩，避免机器人误将与充电桩类似的其他物体当做充电桩。
S211.若接收到，则进行充电头与充电弹片的对接进行充电。
如果能够接收到充电桩的红外信号，则确定是充电桩，然后控制机器人进行缓慢的移动完成充电头与充电弹片的良好对接，对接完成后进行机器人充电。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
根据本申请实施例，还提供了一种用于实施上述图1和图2所述方法的自动回充的装置，如图3所示，该装置包括：
识别单元31，用于基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；
确定单元32，用于根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；
设置单元33，用于根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；
移动单元34，用于根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。
从以上的描述中，可以看出，本申请实施例中自动回充的装置能够首先基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；然后根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；再根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；最后，根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。可以看到，本申请中通过基于激光进充电桩的定位，激光的的抗干扰性强，扫描特点较多，因此比红外定位更准确。另外，还以充电桩上的三角凹槽作为定位参考，进一步保证了定位的高效性。
进一步的，所述识别单元31用于：
基于道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理，识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
进一步的，所述确定单元32用于：
根据识别的参考端点和参考角点，通过最小二乘直线拟合确定三角凹槽角点的准确位置。
进一步的，如图4所示，设置单元33包括：
获取模块331，用于获取三角凹槽角点的准确位置以及机器人实时位置；
确定模块332，用于根据三角凹槽角点的准确位置确定充电桩前方预设位置，所述预设位置为距离三角凹槽角点准确位置预设距离的位置；
计算模块333，用于根据所述预设位置以及机器人实时位置，计算机器人移动的加速度、角速度、线速度。
进一步的，如图4所示，所述移动单元34包括：
移动模块341，用于根据运动参数移动到充电桩前方预设位置；
旋转模块342，用于控制机器人旋转，以使充电头对正所述充电弹片。
进一步的，如图4所示，所述装置还包括：
控制单元35，用于在基于机器人对充电桩的激光扫描结果之前，根据导航定位的充电桩的地理位置，控制机器人向充电桩方向移动；
停止单元36，用于当机器人可以识别到充电桩时，停止移动；
获取单元37，用于获取对充点桩的激光扫描结果。
进一步的，如图4所示，所述装置还包括：
判断单元38，用于在根据运动参数移动到准确的充电位置之后，判断是否可以接收到充电桩的红外信号；
对接单元39，用于若接收到，则进行充电头与充电弹片的对接进行充电。
具体的，本申请实施例的装置中各模块实现其功能的具体过程可参见方法实施例中的相关描述，此处不再赘述。
根据本申请实施例，还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行图1或图2所述的自动回充的方法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动回充的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；
根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；
根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；
根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。
2.根据权利要求1所述的自动回充的方法，其特征在于，所述基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点包括：
基于道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理，识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
3.根据权利要求1或2所述的自动回充的方法，其特征在于，所述根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置包括：
根据识别的参考端点和参考角点，通过最小二乘直线拟合确定三角凹槽的准确位置。
4.根据权利要求3所述的自动回充的方法，其特征在于，根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数，包括：
获取三角凹槽角点的准确位置以及机器人实时位置；
根据三角凹槽角点的准确位置确定充电桩前方预设位置，所述预设位置为距离三角凹槽角点准确位置预设距离的位置；
根据所述预设位置以及机器人实时位置，计算机器人移动的加速度、角速度、线速度。
5.根据权利要求4中所述的自动回充的方法，其特征在于，根据运动参数移动到准确的充电位置包括：
根据运动参数移动到充电桩前方预设位置；
控制机器人旋转，以使充电头对正所述充电弹片。
6.根据权利要求1所述的自动回充的方法，其特征在于，在基于机器人对充电桩的激光扫描结果之前，所述方法还包括：
根据导航定位的充电桩的地理位置，控制机器人向充电桩方向移动；
当机器人可以识别到充电桩时，停止移动；
获取对充点桩的激光扫描结果。
7.根据权利要求1中所述的自动回充的方法，其特征在于，在根据运动参数移动到准确的充电位置之后，所述方法还包括：
判断是否可以接收到充电桩的红外信号；
若接收到，则进行充电头与充电弹片的对接进行充电。
8.一种自动回充的装置，其特征在于，所述装置包括：
识别单元，用于基于机器人对充电桩的激光扫描结果，识别充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点，充电弹片位于充电桩三角凹槽下方；
确定单元，用于根据识别的参考端点和参考角点，通过预设算法确定三角凹槽角点的准确位置；
设置单元，用于根据三角凹槽角点的准确位置设置机器人的运动参数；
移动单元，用于根据运动参数移动到准确的充电位置，以与充电弹片对接进行自动充电。
9.根据权利要求8所述的自动回充的装置，其特征在于，所述识别单元用于：
基于道格拉斯角度分段算法对激光扫描结果进行处理，识别出充电桩三角凹槽的参考端点和参考角点。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1至权利要求6中任一项所述的自动回充的方法。
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