CN110733048A - 一种对位补给机器人及其对位方法 - Google Patents

Abstract

本申请一种对位补给机器人及其对位方法，所述补给机器人包括至少两个激光发射器和至少两个摄像头，所述激光发射器用于向作业机器人具有识别口的一侧发射激光，所述作业机器人具有识别口的一侧设有与所述激光发射器数量对应的激光接收器；所述摄像头用于拍摄所述作业机器人识别口的图像；通过补给机器人上安装的激光发射器和摄像头获取作业机器人上的识别口的图像，通过激光线夹角、合成在不同方位拍摄获得的图像、与存储图像进行几何分析，由激光和视觉信息分析来准确计算两个机器人的位置、形态、距离等，使得机器人能更快速准确地达到理想位置，机器人可自主调整自身的姿态、运行速度、方向等来实现定位和对接。

Description

一种对位补给机器人及其对位方法

技术领域

本发明属于机器人定位领域，具体涉及一种对位补给机器人及其对位方法。

背景技术

随着科学技术的发展进步，机器人的应用已经深入到各个领域。应用在建筑工地上的机器人也越来越多，作业机器人的驱动电源也需不时的充电更换。而建筑工地情况复杂，不确定因素多，因而不定点不定位地更换机器人电池更适用建筑工地场合，而对两个需要对接的机器人之间的空间定位尤其重要。

目前对于机器人更换电池时定位方法有两种，一是通过自动导航运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)定点定位对接更换；二是使机器人自行走到电池更换区域的指定位置，由自动装配机器完成电池更换。但是这两种电池更换定位方法都不适用于建筑工地，原因一：作业机器人所在的三维空间位置不确定，机器人可能各个楼层都有，在未完工的大楼内每层都设有AGV或电池更换区域并不现实，而且成本也相当高；原因二：机器人电池充电需要提供稳定、可靠的电源，而建筑工地不确定因素多，充电设备断电、损坏的危险性比较大。

因此提供一种能对在不稳定工作环境下的机器人进行定位对接的方法对机器人在建筑智能化等领域的推广应用有着重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种对位补给机器人及其对位方法，用于解决现有技术难以对在建筑环境下工作的机器人定点定位对接的问题。

本发明提供一种对位补给机器人，

所述补给机器人包括至少两个激光发射器和至少两个摄像头，所述激光发射器用于向作业机器人具有识别口的一侧发射激光，所述作业机器人具有识别口的一侧设有与所述激光发射器数量对应的激光接收器；

所述摄像头用于拍摄所述作业机器人识别口的图像。

优选地，在所述补给机器人与所述作业机器人处于正对状态时，所述补给机器人上激光发射器之间的连线与所述作业机器人上激光接收器之间的连线平行。

优选地，在所述补给机器人与所述作业机器人处于正对状态时，所述补给机器人上激光发射器之间的连线与所述作业机器人上激光接收器之间的连线处于同一高度。

优选地，至少一条激光接收器之间的连线上设有识别标记。

优选地，所述激光发射器至少有三个不在同一条直线上。

优选地，所述激光发射器设置在所述识别口的顶点处。

本发明还提供一种多线激光对位方法，利用上述对位补给机器人实现，包括以下步骤：

获取所述至少两个摄像头在不同方位拍摄的识别口图像，并将所述拍摄的识别口图像合成为当前位置识别图像；

对比当前位置识别图像与预置识别图像以得到补给机器人与作业机器人在前进方向的间距，所述预置识别图像为所述补给机器人与所述作业机器人在前后正对的预设位置时拍摄的识别口图像；

控制所述激光发射器向所述激光接收器发射激光信号，在激光接收器反馈接收信号时，获取所述激光发射器发出的激光线与所述补给机器人之间的第一夹角；

根据所述激光发射器之间的间距，所述激光接收器之间的间距，补给机器人与作业机器人在前进方向的间距，以及所述第一夹角计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角；

根据所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角将所述补给机器人调整至与所述作业机器人平行。

优选地，当补给机器人安装有多个摄像头时，不同摄像头由于所处位置不同拍摄的图像有所区别，需要对不同摄像头拍摄的图像进行合成方可得到识别口在激光发射器所组成平面上的投影图像，根据所述摄像头之间的位置关系对所述摄像头在不同方位获取的图像进行合成得到当前位置识别图像。

优选地，根据所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角将所述补给机器人调整至与所述作业机器人平行之后包括：

控制所述激光发射器向所述激光接收器发射激光信号；

在激光接收器反馈接收信号时，获取激光发射器发出的激光线与补给机器人之间的第二夹角；

根据所述补给机器人与作业机器人在前进方向的间距和所述激光线与补给机器人之间的第二夹角，计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的横向间距；

根据所述横向间距将所述补给机器人与所述作业机器人调整至前进方向正对。

优选地，在激光接收装置反馈接收信号时，所述第一夹角或第二夹角的获取包括；

控制激光发射器转动，以向作业机器人的识别口发射激光线；

当激光接收装置反馈接收信号时，获取激光发射器的转动角度作为激光线与补给机器人的第一夹角或第二夹角。

优选地，所述激光发射器有两个，计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角包括：

根据计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角γ，L表示所述补给机器人与作业机器人在前进方向的间距，y表示两个激光接收器间距的1/2，x表示两个激光发射器间距的1/2，b表示第一夹角。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明一种对位补给机器人及其对位方法，通过补给机器人上安装的激光发射器和摄像头获取作业机器人上的识别口的图像，通过激光线夹角、合成在不同方位拍摄获得的图像、与存储图像进行几何分析，由激光和视觉信息分析来准确计算两个机器人的位置、形态、距离等，使得机器人能更快速准确地达到理想位置，机器人可自主调整自身的姿态、运行速度、方向等来实现定位和对接，解决了在复杂工作环境下机器人难以实现精准定点定位的技术问题；本发明方法中的运算分析步骤可通过编制软件程序完成，相比较于传统的定点定位方法更稳定可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为一种对位补给机器人定位原理图；

图2为一种对位补给机器人拍摄图像示意图；

图3为一种对位补给机器人合成图像示意图；

图4为一种对位补给机器人计算投影距离示意图；

图5为一种对位补给机器人计算相对角度示意图；

图6为一种对位补给机器人与作业机器人反向倾斜时相对角度计算示意图；

图7为一种对位补给机器人计算横向间距示意图

图8为一种对位补给机器人状态调整示意图；

图9为一种对位补给机器人对位原理图；

图中：1-作业机器人；2-识别口；3-第一摄像头；4-第一激光发射器；5-第二激光发射器；6-第三激光发射器；7-第四激光发射器；8-第二摄像头；9-补给机器人；10-第一图像；20-第二图像；30-合成图像；11-实际图像；12-储存图像。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

请参阅图1，本实施例提供一种适用于建筑环境下多线激光定位机器人，用于与需要更换驱动电池的作业机器人定位对接。

该系统包括：作业机器人(1)、补给机器人(9)、识别口、第一摄像头(3)、第二摄像头(8)、激光发射器(4、5、6、7)组成。

需要说明的是，识别口的形状可以是其余的多边形如三角形、五边形等，也可以是圆形等封闭型的图形，识别口形状的改变不构成对本申请技术方案的限定。

补给机器人(9)上装有激光发射器(4、5、6、7)组成一个四边形，四边形的四个角A'、B'、C'、D'分别与作业机器人(1)上的识别口的四个角A、B、C、D相对应，四边形ABCD全等于四边形A'B'C'D',作业机器人(1)上的识别口的其中一条边BD上设置识别标记，该识别标记可以为如图1所述的缺口2，以便于在后续合成图像时找到基准，也便于后续移动横向间距时给补给机器人往左移还是往右移提供参考。

其中激光发射器的数量可以与识别口的顶点数量一一对应，也可以多于顶点数量或少于顶点数量，如当识别口为四边形时，激光发射器可以对应四个顶点安装四个，也可以安装两个或三个，当安装两个时则安装在四边形的对角线上；如识别口为五边形时，激光发射器可以为两个或三个或四个或五个或以上，激光发射器的数量变化不构成对本申请技术方案的限定。

补给机器人(9)上装有两个摄像头：第一摄像头(3)、第二摄像头(8)。两个摄像头安装在B'C'连线的延长线上，第一摄像头(3)至点B'的距离、与第二摄像头(8)至C'的距离相等，以此提供不同位置的影像资源。

需要说明的是，摄像头的数量不限于两个，也不限于安装在对角线的延长线上，摄像头的数量与识别口顶点数量一一对应或者多于两个且少于顶点数量的情况都属于本申请技术方案包括的范围，摄像头还可以安装在补给机器人的正中心，以放射状的拍摄方式获取图像，摄像头的安装位置改变不构成对本申请技术方案的限定。

本实施例中，如图2-9所示，补给机器人的工作过程如下：

参考图2，补给机器人(9)主动行驶到需要更换电池的作业机器人(1)附近，作业机器人(1)停止不动，由补给机器人(9)主动靠近对位。此时安装在补给机器人(9)身上的激光发射器与摄像头同时工作。激光发射器(4、5、6、7)将激光分别投射到作业机器人(1)身上特殊形状识别口的四个角A、B、C、D上，对应的激光接收器接收激光并反馈信号，第一摄像头(3)和第二摄像头(8)分别拍摄到形状不等的第一图像(10)和第二图像(20)。

参考图3-4，将第一摄像头(3)和第二摄像头(8)拍摄到的两个不同图像(10、20)合成，得到呈现在由四边形A'B'C'D'组成的平面上的第三图像(30)。

控制电脑将第一摄像头(3)和第二摄像头(8)拍摄到的图像合成并摆正，将所得电脑合成并摆正后的图像(13)放在识别口的实际图像(11)与电脑储存的图像(12)后面，电脑储存的图像(12)为在设定好的投影距离时补给机器人(9)的激光发射器射向作业机器人(1)的识别口后摄像头得到的正确位置的合成图像，此时图像(11)与图像(12)的距离为L1。使合成图像(13)的四个角顶点与前面两个图像(11、12)的对应顶点连线的延长线上的点重合，得出此时的距离L2，L2即为当前作业机器人(1)与补给机器人(9)中点连线距离。

参考图5，此图是图3通过电脑简化而成的几何图形。增加AH和EF两根辅助线，AH与A'B'平行，EF是线段AB与A'B'中点的连线，L表示作业机器人与补给机器人在前进方向的间距，此时L即是上述计算得到的中点连线距离L2-L1；y表示两个激光接收器间距的1/2，x表示两个激光发射器间距的1/2，b表示补给机器人的第一夹角。根据此几何图形得出计算公式:

通过以上公式，电脑计算出此时作业机器人(1)相对于补给机器人(9)的角度γ，并根据角度γ生成第一指令使补给机器人(9)移动至与作业机器人(1)平行。

需要说明的是，如果两个机器人是反向倾斜，如图6所示，则相应作与A'B'平行的辅助线BH，此时取的夹角为a，利用公式

同样可得两个机器人的相对角度γ。

当补给机器人运动到作业机器人附近时，激光发射器不断的转动，直到收到激光接收器反馈的接收信号，此时记录激光发射器的转动角度，就可以得到激光光线与补给机器人的夹角a和b，即前述机器人的第一夹角和第二夹角。每个激光发射器发射的激光参数不一样，以便于激光接收器分辨接收到的是哪一个激光发射器发出的激光。

参考图7，调整完第一夹角后作业机器人(1)与补给机器人(9)在同一水平上，则根据第二夹角δ计算此时两者的横向间距J，补给机器人(9)在横向方向上移动距离J，使两个机器人正对。

当两个机器人处于正对状态时，激光发射器的连线与激光接收器的连线平行，并处于同一高度。

参考图8，控制电脑将以上分析的结果对补给机器人(9)发出指令，使其调整位置。

参考图9，补给机器人(9)不断重复以上步骤，直至计算得到的作业机器人(1)与补给机器人(9)的角度与在设定投影距离下测得的角度相同，此时电脑合成的图像(13)与电脑储存的图像(12)重合，即L1＝L2，电池更换机器人(9)完成了与作业机器人(1)电池更换的定位对接工作。

本实施例提供的多线激光定位机器人还适用于其他需要依靠机器人定位对接的应用场合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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。

Claims (10)

1.一种对位补给机器人，其特征在于，

所述补给机器人包括至少两个激光发射器和至少两个摄像头，所述激光发射器用于向作业机器人具有识别口的一侧发射激光，所述作业机器人具有识别口的一侧设有与所述激光发射器数量对应的激光接收器；

所述摄像头用于拍摄所述作业机器人识别口的图像。

2.根据权利要求1所述的对位补给机器人，其特征在于，在所述补给机器人与所述作业机器人处于正对状态时，所述补给机器人上激光发射器之间的连线与所述作业机器人上激光接收器之间的连线平行。

3.根据权利要求2所述的对位补给机器人，其特征在于，在所述补给机器人与所述作业机器人处于正对状态时，所述补给机器人上激光发射器之间的连线与所述作业机器人上激光接收器之间的连线处于同一高度。

4.根据权利要求1所述的对位补给机器人，其特征在于，至少一条激光接收器之间的连线上设有识别标记。

5.根据权利要求1所述的对位补给机器人，其特征在于，所述激光发射器至少有三个不在同一条直线上。

6.根据权利要求1所述的对位补给机器人，其特征在于，所述激光接收器设置在所述识别口的顶点处。

7.一种对位方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的对位补给机器人实现，包括以下步骤：

获取所述至少两个摄像头在不同方位拍摄的识别口图像，并将所述拍摄的识别口图像合成为当前位置识别图像；

对比当前位置识别图像与预置识别图像以得到补给机器人与作业机器人在前进方向的间距，所述预置识别图像为所述补给机器人与所述作业机器人在前后正对的预设位置时拍摄的识别口图像；

控制所述激光发射器向所述激光接收器发射激光信号，在激光接收器反馈接收信号时，获取所述激光发射器发出的激光线与所述补给机器人之间的第一夹角；

根据所述激光发射器之间的间距，所述激光接收器之间的间距，补给机器人与作业机器人在前进方向的间距，以及所述第一夹角计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角；

根据所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角将所述补给机器人调整至与所述作业机器人平行。

8.根据权利要求7所述的对位方法，其特征在于，根据所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角将所述补给机器人调整至与所述作业机器人平行之后包括：

控制所述激光发射器向所述激光接收器发射激光信号；

在激光接收器反馈接收信号时，获取激光发射器发出的激光线与补给机器人之间的第二夹角；

根据所述补给机器人与作业机器人在前进方向的间距和所述激光线与补给机器人之间的第二夹角，计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的横向间距；

根据所述横向间距将所述补给机器人与所述作业机器人调整至前进方向正对。

9.根据权利要求7或8所述的对位方法，其特征在于，在激光接收器反馈接收信号时，所述第一夹角或第二夹角的获取包括；

控制激光发射器转动，向作业机器人的识别口发射激光线；

当收到激光接收器反馈的接收信号时，获取激光发射器的转动角度作为激光线与补给机器人的第一夹角或第二夹角。

10.根据权利要求7所述的对位方法，其特征在于，所述激光发射器有两个，所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角的计算包括：

根据

计算所述补给机器人与所述作业机器人之间的夹角γ，L表示所述补给机器人与作业机器人在前进方向的间距，y表示两个激光接收器间距的1/2，x表示两个激光发射器间距的1/2，b表示所述第一夹角。

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