CN111880524B - 一种充电座、回充对接系统及激光对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种充电座、回充对接系统及激光对接方法，该充电座适用于配置有激光雷达的移动机器人，充电座开设有内凹的限光孔位,限光孔位安装有接收传感器,用于接收限光孔位的前方的移动机器人的激光雷达发射的激光光线，以使得移动机器人确定充电座相对于移动机器人的方向特征。该技术方案在充电座上开模一个用于接收激光雷达的具体发射点出射的激光光线的孔位并在相应位置配置接收传感器，以辅助机器人判断机器人位于充电座前方的具体方向，与现有技术相比，充电座减少了对反射标识结构的设计，也不需利用大量的激光扫描点的数据，移动机器人也不需要增加额外的传感器组合装置，降低制造成本。

Description

一种充电座、回充对接系统及激光对接方法

技术领域

本发明涉及移动机器人自主充电的技术领域，尤其涉及一种充电座、回充对接系统及激光对接方法。

背景技术

在移动机器人自主回座充电过程中，移动机器人上的接收器通过接收发射自充电桩的回充引导信号，来与充电座完成对接，实现自主充电，采用这种方式实现自主充电，能要为充电座设置电路板、信号发射器等其他电子元器件，增加制造成本。

在现有技术中，利用移动机器人的激光雷达扫描的数据与充电座对接回充时，需要在充电座上安装设置用于反射激光光线的装置，这对充电座的反射标识物的模具设计要求较高，且处理的激光扫描数据量较大，增大移动机器人识别充电座的具体方位的运算量，使之不容易对接成功。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明公开一种充电座、回充对接系统及激光对接方法，通过对充电座的模具进行改进，来获取激光光线的发射时间，并基于这个发射时间识别充电座的相对位置特征，有利于移动机器人的位姿调整，以便完成准确对接充电。具体的技术方案如下：

一种充电座，该充电座适用于配置有激光雷达的移动机器人，充电座开设有内凹的限光孔位, 限光孔位安装有接收传感器,用于接收限光孔位的前方的移动机器人的激光雷达发射的激光光线，以使得移动机器人确定充电座相对于移动机器人的方向特征。该技术方案在充电座上开模一个用于接收激光雷达的具体发射时间出射的激光光线的孔位并在相应位置配置接收传感器，以辅助机器人判断机器人位于充电座前方的具体方向，与现有技术相比，充电座减少了对反射标识结构的设计，也不需利用大量的激光扫描点的数据，移动机器人也不需要增加额外的传感器组合装置，降低制造成本。

进一步地，所述充电座还配置有无线通信装置，所述充电座用于在所述接收传感器接收到激光光线时，将该激光光线的激光响应信号通过无线通信装置发送给限光孔位的前方的移动机器人。该技术方案实现及时向移动机器人反馈响应信号。

进一步地，所述限光孔位是内凹于所述充电座的纵深结构，所述接收传感器安装在所述限光孔位的底部，用于接收所述激光雷达发射的平行于所述限光孔位的纵深方向的激光光线。提高所述接收传感器对激光光线的接收效果，减少外界环境因素带来的干扰。

进一步地，所述限光孔位包括中间限光孔位，中间限光孔位设置在所述充电座的中轴线处，用于在其底部安装的所述接收传感器接收到激光光线并由所述充电座的所述无线通信装置向移动机器人发送该激光光线的激光响应信号后，引导移动机器人移动至所述充电座开设的引导面的正前方后进行对接充电；其中，所述中间限光孔位的纵深方向和所述充电座的中轴线都垂直于所述引导面；所述引导面被配置为移动机器人与所述充电座对接充电时，所述充电座正对移动机器人的表面。

进一步地，所述限光孔位还包括侧面限光孔位，侧面限光孔位的纵深方向与所述充电座的中轴线成夹角设置，并与所述引导面成夹角设置，所述侧面限光孔位的底部安装的所述接收传感器用于接收所述充电座对应侧面方向上的移动机器人的激光雷达发射的激光光线，并交由所述充电座的所述无线通信装置发送该激光光线的激光响应信号后，引导移动机器人移动至所述引导面的正前方进行对接充电。

一种回充对接系统，包括配置有激光雷达的移动机器人和所述的充电座；移动机器人被配置为控制激光雷达的旋转激光头进行360度旋转，使得激光雷达发出的激光光线在一个入射时间射入所述充电座的限光孔位，并触发所述充电座给移动机器人发送激光响应信号；移动机器人被配置为接收到所述激光响应信号时，根据移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与接收延时误差，计算获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度；然后基于前述旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，再按照这个角度调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电；其中，接收延时误差是预先配置的从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位开始至移动机器人接收到所述激光响应信号的延时时间；其中，所述入射时间是激光雷达从开始启动旋转至发出的激光光线射入所述限光孔位所记录的时间，并与激光雷达的旋转角度存在固定的角度换算关系。在该技术方案中，整个回充对接系统结构简单，直接用激光的发射时间及其角度方向特征，来实现机器人对接上座，减少了充电座对模具结构要求，机器人不需要额外的结构设计。

一种基于所述回充对接系统的激光对接方法，该激光对接方法适用于控制配置有激光雷达的移动机器人，包括：控制激光雷达的旋转激光头进行360度旋转，使得激光雷达发出的激光光线在一个入射时间射入所述充电座的限光孔位，并触发所述充电座给移动机器人发送激光响应信号；当移动机器人接收到所述激光响应信号时，根据移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与接收延时误差，计算获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度；其中，接收延时误差是预先配置的从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位开始至移动机器人接收到所述激光响应信号的延时时间；然后基于前述旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，再按照这个角度调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电；其中，所述入射时间是激光雷达从开始启动旋转至发出的激光光线射入所述限光孔位的时间，并与激光雷达的旋转角度存在固定的角度换算关系。与现有技术相比，在该技术方案中，利用机器人接收到激光响应信号的时间来反推回激光光雷达在发射时间下的旋转角度，从而识别出充电座相对于移动机器人的方向，以使得移动机器人移动至所述充电座正前方并与之对接充电，不需处理大量的激光扫描点数据；本技术方案充分利用激光导航机器人的激光雷达完成充电座的定位识别和引导回充，具体确定出移动机器人位于充电座的前方的具体方位，减少了对模具结构要求，机器不需要额外的结构设计。

进一步地，当移动机器人接收到来自所述中间限光孔位的接收传感器所接收的激光光线对应的激光响应信号时，将移动机器人在接收这个激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述中间限光孔位对应的旋转角度；然后基于前述旋转角度确定射入所述中间限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定所述中间限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，再在这个偏转角度的基础上朝着相应的偏转方向去调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。该技术方案对环境要求低，计算复杂度低，加快移动机器人对接上座。

进一步地，当移动机器人接收到来自所述侧面限光孔位的接收传感器所接收的激光光线对应的激光响应信号时，将移动机器人在接收这个激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述侧面限光孔位对应的旋转角度；然后基于前述旋转角度确定射入所述侧面限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定所述侧面限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，再在这个偏转角度的基础上朝着相应的偏转方向调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至让所述中间限光孔的接收传感器接收到激光光线的位置处，再重复上述来自所述中间限光孔位的接收传感器的激光响应信号的处理技术方案，实现移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。该技术方案利用充电座所包含的多个角度的接收激光光线的模具特征，使得移动机器人在充电座的不同侧面方位时都可以判断出来移动机器人的位置，从而增强机器人回充上座的环境适应性，实现更快速的引导机器人上座。

进一步地，所述基于前述的旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度的方法包括：将所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位的对应的旋转角度设置在以所述旋转激光头的中心为极点、移动机器人当前的前进方向为极轴方向的极坐标系上，同时设置该极坐标上的角度取顺时针为正，将所述旋转角度换算为射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向在0至360度以内的角度，其中，移动机器人当前的前进方向定义为0度极轴；其中，移动机器人当前的前进方向和距离从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位到移动机器人接收到基于该激光光线的激光响应信号的时间内是不变的。实现更精简的角度计算和方位识别。

附图说明

图1是移动机器人的机体101正前方对准充电座104的中间限光孔位105的应用场景示意图，其中，移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的中间限光孔位105，并被充电座104的接收传感器106接收。

图2是T1时刻的移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的中间限光孔位105，并被其底部的接收传感器106接收的应用场景示意图，在T1时刻下，代表移动机器人的前进方向的Y轴正方向与移动机器人的旋转激光头102的出射方向成b1夹角。

图3是T2时刻的移动机器人的无线通信装置107接收到充电座104的无线通信装置108在T1时刻记录的入射时间的应用场景示意图，在T2时刻下，移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103不穿过中间限光孔位105。

图4是移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的左侧面的侧面限光孔位109，并被左侧面的侧面限光孔位109底部的接收传感器110接收的应用场景示意图，在该时刻下，代表移动机器人的前进方向的Y轴正方向与移动机器人的旋转激光头102的出射方向成b3夹角，但移动机器人的前进方向偏离充电座104。

图5是一种实施例公开的基于一种回充对接系统的激光对接方法的流程图。

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详细描述。为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

在本发明专利中，需要理解的是术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本发明实施和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明专利的限制。

一种充电座，该充电座适用于配置有激光雷达的移动机器人，激光雷达进行360度旋转扫描，激光雷达内部的旋转激光头在旋转过程中发射出激光光线，移动机器人可以利用旋转发射激光光线的时间确定角度方向信息，也可以利用激光在被测物体上的扫描点成像信息确定位置坐标信息，进而实现激光雷达对充电座的识别和定位。移动机器人可以是家用清洁机器人、陪护机提人、送餐机器人、自动割草机器人等。充电座开设有内凹的限光孔位, 充电座的桩体表面开设有内凹的限光孔位，这个限光孔位可以位于充电座的中轴线处，也可以成夹角地设置于中轴线的两侧；限光孔位安装有接收传感器,用于接收限光孔位的正前方的移动机器人的激光雷达发射的激光光线，只有激光雷达射出的激光光线无阻碍地穿过限光孔位，才能被所述接收传感器接收到，从而让移动机器人知道自己在充电座的前方，但不知具体的方向，所以，还需要获取到入射的激光光线的时间以及该时间下的激光雷达发射该激光光线时的旋转角度，从而移动机器人可以根据这个时间对应的激光雷达的旋转角度信息，确定充电座相对于移动机器人的方向特征；当然，移动机器人通过激光slam技术回充，比如利用现有技术的三角测距原理确切知道充电座子的方向和距离，就可以找到充电座，但是这样需要利用激光扫描点进行计算，比较复杂，不如直接使用时间对应换算的角度信息简单，比如，按照激光雷达配置的性能参数可知，旋转激光头每秒钟转4圈，那么旋转一圈则花费250ms，使得旋转激光头每旋转1ms则对应的旋转角度为1.44度。因此，本实施例在充电座上开模一个用于接收激光雷达的具体发射时间出射的激光光线的孔位并在相应位置配置接收传感器，以辅助机器人判断机器人位于充电座前方的具体方向，与现有技术相比，充电座减少了对反射标识结构的设计以及其他模具结构要求，移动机器人也不需要增加额外的传感器组合装置，降低制造成本。

需要说明的是，本实施例的充电座在底座设有充电触点，充电触点被配置成为移动机器人充电，移动机器人的机体前方底部（或后侧）上可以相适配地设有金属触片，当移动机器人移动至充电触点并在充电座的中轴线上与之对接时，金属触片与充电触点接触，实现充电座对接移动机器人充电；在其他可选实施例中，充电座在充电桩体的表面设有充电弹片，充电弹片被配置成为移动机器人充电，移动机器人的机体前方（或后侧）上可以相适配地设有金属触片，当移动机器人移动至与充电弹片接触时， 金属触片与充电弹片接触，实现充电座对接移动机器人充电。本实施例选择在移动机器人的前方设置相应的金属触片。

在前述实施例的基础上，所述充电座还配置有无线通信装置，在所述接收传感器接收到激光光线时，所述充电座在接收到这个入射的激光光线后生成对应的激光响应信号，并把这个激光响应信号发送给所述移动机器人，移动机器人上也配置有无线通信装置用于接收这个激光响应信号，移动机器人在接收到这个激光响应信号时记录下接收时间，再根据这个接收时间运算推出这个激光光线被所述接收传感器接收的入射时间以及该这个入射时间下激光雷达发射角度信息，以使所述限光孔位的前方的移动机器人获取所述入射时间对应的激光雷达的发射方向相对于移动机器人的前进方向的角度。本实施例中，从所述旋转激光头发出激光光线射入所述限光孔位到移动机器人的无线通信装置接收所述激光响应信号的这一段时间内，认为移动机器人的前进方向和距离是不发生变化的，从而保证移动机器人在接收到反馈响应信号时没有发生位移变化，所以本实施例公开的接收响应信号为移动机器人提供识别充电座方向的准确时机。

如图1至图2所示，所述限光孔位是内凹于所述充电座104的纵深结构，所述接收传感器安装在所述限光孔位的底部，用于接收所述激光雷达发射的平行于所述限光孔位的纵深方向的激光光线。当所述激光雷达的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的限光孔位105后，被充电座104的接收传感器接收，使得移动机器人可以确定自身是位于充电座104的前方。本实施例的模具结构提高所述接收传感器对激光光线的接收效果，减少外界环境因素带来的干扰。

如图1至图3所示，所述限光孔位包括中间限光孔位105，中间限光孔位105设置在所述充电座104的中轴线处，除了让其孔位底部安装的接收传感器106接收所述激光雷达的旋转激光头102发射的平行于所述中间限光孔位105的纵深方向的激光光线103，还用于在其孔位底部安装的所述接收传感器106接收到激光光线103后，所述充电座104就生成相应的激光响应信号，再由所述无线通信装置108向移动机器人的机体101内部的无线通信装置107发送这个激光响应信号，用以引导移动机器人移动至所述充电座104开设的引导面的正前方后进行对接充电，所述充电座104的中轴线垂直于所述引导面，中间限光孔位105的纵深方向垂直于所述引导面；所述引导面被配置为移动机器人与所述充电座104对接充电时，所述充电座104正对移动机器人的表面，包括移动机器人的机体101前方（或后侧），相应底部或正面位置上可以相适配地设有用于对接充电的金属触片。此外，在本实施例中，所述接收传感器106接收到激光光线103的时间，等于所述激光雷达的旋转激光头102发射的平行于所述中间限光孔位105的纵深方向的激光光线103的时间，因为充电座从旋转激光头102朝所述中间限光孔位105的纵深方向发射激光光线103至接收到激光光线103的信号这一过程视为几乎没有延时。

如图4所示，所述限光孔位还包括侧面限光孔位，侧面限光孔位109的纵深方向与所述充电座104的中轴线成夹角设置，即侧面限光孔位109的纵深方向以一定的夹角偏向中间限光孔位105的纵深方向的左侧，侧面限光孔位109的纵深方向与所述引导面成夹角设置，所述侧面限光孔位109的底部安装的所述接收传感器110用于接收所述充电座104对应方向上的激光雷达的旋转激光头102发射的激光光线103，在所述接收传感器110接收到激光光线103时，所述充电座104就生成激光光线103的激光响应信号，再由所述无线通信装置108向移动机器人的机体101内部的无线通信装置107发送这个激光响应信号，移动机器人根据这个激光响应信号的接收时间推算出所述接收传感器110接收到激光光线103的时间，再换算出所述入射时间对应的激光雷达的发射方向相对于移动机器人当前的前进方向的角度，用以引导移动机器人从侧面限光孔位109正前方转向移动至所述充电座104的前方，再通过前述实施例的方法进一步地引导移动机器人至所述充电座104开设的中间限光孔位105的正前方，进行对接充电。

本发明实施例公开了一种回充对接系统，包括配置有激光雷达的移动机器人和前述实施例的充电座；移动机器人被配置为控制激光雷达的旋转激光头进行360度旋转，使得激光雷达发出的激光光线在一个入射时间射入所述充电座的限光孔位，并触发所述充电座给移动机器人发送激光响应信号；移动机器人被配置为接收到所述激光响应信号时，根据移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与接收延时误差，计算获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度；然后基于前述旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，再按照这个角度调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电；其中，接收延时误差是预先配置的从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位开始至移动机器人接收到所述激光响应信号的延时时间；其中，所述入射时间是激光雷达从开始启动旋转至发出的激光光线射入所述限光孔位所记录的时间，并与激光雷达的旋转角度存在固定的角度换算关系。在该实施例中，整个回充对接系统结构简单，直接用激光的发射时间及其角度方向特征，来实现机器人对接上座，减少了充电座对模具结构要求，机器人不需要额外的结构设计，也提高移动机器人定位的实时性。

如图5所示，本发明实施例还公开一种基于前述回充对接系统的充电座的激光对接方法，该激光对接方法适用于配置有激光雷达的移动机器人，包括：

步骤S1、控制激光雷达的旋转激光头进行360度旋转，使得激光雷达发出的激光光线在一个入射时间射入所述充电座的限光孔位，并触发所述充电座给移动机器人发送激光响应信号，然后进入步骤S2。

对比图2和图3可知，图2所示的实施例是T1时刻的移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的中间限光孔位105，并被其底部的接收传感器106接收，同时充电座104产生激光响应信号，毕竟旋转激光头102在一个所述入射时间下发射的激光光线103至接收传感器106的延时是可以忽略的，其中，在T1时刻下，代表移动机器人的前进方向的Y轴正方向与移动机器人的旋转激光头102的出射方向成b1夹角。图3所示的实施例中，T2时刻的移动机器人的无线通信装置107接收到充电座104的无线通信装置108的激光响应信号，在T2时刻下，移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103不穿过中间限光孔位105，说明旋转激光头102在T1至T2这段时间内发生旋转，虽然T1时刻的移动机器人的旋转激光头102从发射激光光线103到接收传感器106接收激光光线103可视为不产生延时，但是所述充电座104从接收传感器106接收到激光光线103至充电座104的无线通信装置108将所述激光响应信号发送给移动机器人的无线通信装置107这一过程已经产生延时误差，在这一延时时间内，旋转激光头102发生一定角度的转动，所以，移动机器人的无线通信装置107接收到无线通信装置108的响应信号时记录的时间不同于所述入射时间。

步骤S2、当移动机器人接收到所述激光响应信号时，根据移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与接收延时误差，计算获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度，然后进入步骤S3。其中，所述接收延时误差是预先配置的从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位开始至移动机器人接收到所述激光响应信号的延时时间，因此，当移动机器人接收到来自所述中间限光孔位的接收传感器或所述侧面限光孔位的接收传感器所接收的激光光线对应的激光响应信号时，将移动机器人在接收这个激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间。其中，所述入射时间是激光雷达从开始启动旋转至激光雷达发出的激光光线射入所述限光孔位一刻所经历的时间，并与激光雷达的旋转角度存在固定的角度换算关系，所述入射时间可以被充电座记录，但无法被所述激光响应信号携带而传送给移动机器人。

优选地，激光雷达发出的激光光线射入所述限光孔位的时间包括125毫秒、135毫秒； 125毫秒这一刻激光雷达已经旋转五分之一圈， 125毫秒这一刻的激光雷达的旋转角度达到72 度； 325毫秒这一刻激光雷达已经旋转一圈， 325毫秒这一刻激光雷达的旋转角度达到360 度，因此本实施例中激光雷达每旋转一圈需要40ms，旋转激光头每旋转1ms则对应的旋转角度为1.44度，基于这一角度换算关系所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度，可以是从所述旋转激光头启动旋转工作时开始记录。其中，移动机器人的无线通信装置在接收到充电座的响应信号时会记录下相应的时间。

步骤S3、基于步骤S2所述的旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，并确定所述限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，然后进入步骤S4。优选地，为了简化角度计算和方位识别，所述基于前述的旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度的方法包括：将所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位的时间下对应的旋转角度设置在以旋转激光头102的中心O为极点、移动机器人当前的前进方向为极轴方向的极坐标系上，同时设置该极坐标上的角度取顺时针为正，将所述旋转角度换算为射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向在0至360度以内的角度，其中，移动机器人当前的前进方向定义为0度极轴。在本实施例中，移动机器人当前的前进方向为移动机器人的正前方，移动机器人当前的前进方向作为极轴方向可以定义为0度或360度，考虑到便于根据射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度调整移动机器人对接充电座的所述引导面的问题，所以选择将移动机器人当前的前进方向定义为0度极轴。

如图1至图4所示，为了方便确定前述的偏转方法和调整移动机器人的位姿，以实现移动至所述引导面的正前方实现对接充电，在本发明实施例中建立平面直角坐标系XOY，该平面直角坐标系XOY是以旋转激光头102的中心O为原点，可以定义移动机器人的左右侧方向为X轴，定义移动机器人的前后侧方向为Y轴，即Y轴正方向在本实施例是移动机器人的前进方向。

通过执行前述步骤S1至步骤S3可知：具体地，图2的实施场景中，T1时刻的移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的中间限光孔位105，并被其底部的接收传感器106接收；然后在图3的应用场景示意图中，T2时刻的移动机器人的无线通信装置107接收到充电座104的无线通信装置108在T1时刻产生的激光响应信号，移动机器人根据其在接收到所述激光响应信号所记录的时间（相当于T2）与前述的接收延时误差计算获取所述入射时间（相当于T1）, 再基于T1这个入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度，进而确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，即对应于T1时刻下，代表移动机器人的前进方向的Y轴正方向与移动机器人的旋转激光头102的出射方向成b1夹角，即确定射入中间限光孔位105的激光光线103与移动机器人当前的前进方向（Y轴正方向）形成夹角b1，也确定T1时刻下所述中间限光孔位105所在的充电座位于移动机器人当前的前进方向顺时针偏转角度b1的方向上。如图3所示，移动机器人的旋转激光头102由T1时刻的位置（带箭头的虚线）开始作逆时针旋转至T2时刻的位置（激光光线103所指向的方位上），在T2时刻下，移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103不穿过中间限光孔位105，移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103的出射方向与代表移动机器人的前进方向的Y轴正方向成b2夹角，其中，b2小于b1。

步骤S4、在步骤S3确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度的基础上，朝着所述步骤S3确定的偏转方向调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。与现有技术相比，前述步骤所示的实施例利用移动机器人接收到充电座的响应时间来反推回激光光雷达在激光光线发射时间下的旋转角度，从而识别出充电座相对于移动机器人的方向，确定出移动机器人位于充电座的前方的具体方位，以使得移动机器人移动至所述充电座正前方并与之对接充电，也提高实时性，同时充分利用激光导航机器人的激光雷达完成充电座的定位识别和引导回充，减少了对模具结构要求，机器不需要额外的结构设计。

值得注意的是，前述实施例中，从所述旋转激光头发出激光光线射入所述限光孔位至移动机器人的无线通信装置接收所述激光响应信号的这一段时间内，移动机器人的前进方向和距离是视为不发生变化的，则前述的移动机器人当前的前进方向和距离在这一段时间内是不变的。

作为一种优选例，结合图1至图3可知，当移动机器人的无线通信装置107接收到来自于所述中间限光孔105的接收传感器106接收激光光线103而产生激光响应信号时，按照前述步骤S2至步骤S3所述的实施例，移动机器人根据所述入射时间，按照每旋转一圈需要40ms的旋转角度换算关系，得出图1和图2所述旋转激光头102在其发出的激光光线103射入所述中间限光孔位105的时间下对应的旋转角度，然后根据这个旋转角度确定射入所述中间限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定所述中间限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，即确定所述中间限光孔位相对于移动机器人的分布方位，再在这个偏转角度的基础上朝着相应的偏转方向去调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。从而得到：

图1的所述旋转激光头102在其发出的激光光线103射入所述中间限光孔位105的时间下的对应的旋转角度为0度，然后根据这个旋转角度确定射入所述中间限光孔位105的激光光线103与代表移动机器人当前的前进方向的Y轴正方向重合，并确定所述中间限光孔位105的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向没有发生偏转，即图1的移动机器人的机体101正前方对准充电座104的中间限光孔位105，则按照移动机器人当前的前进方向移动至所述引导面的正前方实现对接充电。值得注意的是，图1中，从所述旋转激光头102发出激光光线103射入所述中间限光孔位105到激光无线通信装置107接收到充电座发送的基于激光光线103的激光响应信号，所经过的延时时间是很短的，估计在10毫秒左右，移动机器人在这段延时期间才移动了1mm，移动机器人的速度按照100mm/s 来计算；所以，移动机器人在这段延时期间的前进方向和距离变化不大，可视为不变，即移动机器人当前的前进方向和距离从激光光线103射入所述中间限光孔位105到激光无线通信装置107接收到来自于充电座记录的所述入射时间的这一段时间内是被认为不发生变化的。

图2的所述旋转激光头102在其发出的激光光线103射入所述中间限光孔位105的时间下的对应的旋转角度为b1度，然后根据这个旋转角度确定射入所述中间限光孔位105的激光光线103与代表移动机器人当前的前进方向的Y轴正方向成b1度的夹角，并确定所述中间限光孔位105的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向顺时针偏转b1度，即图2充电座104的中间限光孔位105位于移动机器人当前的前进方向的右侧，然而实际上，如图3所示，移动机器人的无线通信装置107接收到来自于图2场景下的充电座104发送的激光响应信号时，所述旋转激光头102已经发生逆时针的旋转，所述旋转激光头102发射的激光光线103与代表移动机器人当前的前进方向的Y轴正方向成b2度的夹角，同时也被移动机器人记录下相对应的时间及其匹配的旋转角度b2，但是调整移动机器人当前的前进方向顺时针偏转b1角度，再控制机器人按照调整后的Y轴正方向移动至所述引导面的正前方，如图1的实施例所示的运动状态，实现与所述充电座104对接充电。

作为另一种优选例，当移动机器人接收到来自所述侧面限光孔位的接收传感器所接收的激光光线对应的激光响应信号时，将移动机器人在接收这个激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述侧面限光孔位对应的旋转角度；然后基于前述旋转角度确定射入所述侧面限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定所述侧面限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，再在这个偏转角度的基础上朝着相应的偏转方向调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至让所述中间限光孔的接收传感器接收到激光光线的位置处，再重复前述优选例的激光对接方法，实现移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。本实施例利用充电座所包含的多个角度的接收激光光线的模具特征，当移动机器人在充电座前方的不同侧面方位时，移动机器人都可以判断出充电座相对于其前进方向的方位，从而增强机器人识别充电座的能力和环境适应性，实现更快速的引导机器人上座。

如图4所示，移动机器人的旋转激光头102发射的激光光线103穿过充电座104的左侧面的侧面限光孔位109，并被左侧面的侧面限光孔位109底部的左接收传感器110接收，所述充电座104产生激光响应信号，其中，在同一时刻下，代表移动机器人的前进方向的Y轴正方向与移动机器人的旋转激光头102的出射方向成b3夹角，但移动机器人的前进方向偏离充电座104。当移动机器人接收到所述充电座104发送的基于左接收传感器110接收激光光线103产生的激光响应信号时，根据所述激光响应信号确定图4所述旋转激光头102在其发出的激光光线103射入侧面限光孔位109的时间下对应的旋转角度为b3度，然后根据这个旋转角度确定射入所述侧面限光孔位109的激光光线103与代表移动机器人当前的前进方向的Y轴正方向成b3度的夹角，并确定射入所述侧面限光孔位109的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向（Y轴正方向）逆时针偏转b3度，即图4的移动机器人的机体101的前进方向偏向充电座104的左侧面的侧面限光孔位109的左侧，表明移动机器人正往充电座104的左侧作偏离充电座104的运动，则需要调整移动机器人当前的前进方向朝侧面限光孔位109的纵深方向逆时针偏转大于或等于b3角度，让移动机器人的前进方向偏向充电座104的右侧，增加移动机器人移动至所述中间限光孔位105的前方的机会，在移动机器人接收到基于所述接收传感器106接收激光光线的激光响应信号后，可能会检测到射入所述中间限光孔位105的激光光线103与代表移动机器人当前的前进方向的Y轴正方向成b1度的夹角，然后依次重复图2和图1的实施例的方法步骤，实现对接充电；其中，左接收传感器110是所述充电座104的中轴线的左侧成夹角设置的所述侧面限光孔位的底部安装的接收传感器。

当移动机器人接收到所述充电座发送的基于右接收传感器接收的激光光线的所述激光响应信号时，将移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述侧面限光孔位对应的旋转角度；然后根据这个旋转角度计算射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定所述充电座的中轴线的右侧成夹角设置的所述限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，再朝着这个偏转方向调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述充电座的中轴线处的所述限光孔位的正前方实现对接充电；其中，右接收传感器是所述充电座的中轴线的右侧成夹角设置的所述限光孔位的底部安装的接收传感器。具体的实施方式与图4所述实施方式中相应的偏转方向以及机器人前进方向的调整方向相反。在此不再赘述。本实施例利用充电座所包含的多个角度的接收激光光线的模具特征，使得移动机器人在充电座的不同侧面方位上都可以判断出来充电座的相对位置，从而增强机器人回充上座的环境适应性和充电座的识别能力，实现更快速的引导机器人上座。

显然，上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，各个实施例之间的技术方案可以相互结合。此外，如果实施例中出现“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等术语，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果实施例中出现“第一”、“第二”、“第三”等术语，是为了便于相关特征的区分，不能理解为指示或暗示其相对重要性、次序的先后或者技术特征的数量。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。这些程序可以存储于计算机可读取存储介质（比如ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质）中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部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各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种回充对接系统，其特征在于，包括配置有激光雷达的移动机器人和充电座；

移动机器人被配置为控制激光雷达的旋转激光头进行360度旋转，使得激光雷达发出的激光光线在一个入射时间射入所述充电座的限光孔位，并触发所述充电座给移动机器人发送激光响应信号；

移动机器人被配置为接收到所述激光响应信号时，根据移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与接收延时误差，计算获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度；然后基于前述旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，再按照这个角度调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至引导面的正前方实现对接充电；

其中，接收延时误差是预先配置的从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位开始至移动机器人接收到所述激光响应信号的延时时间；

其中，所述入射时间是激光雷达从开始启动旋转至发出的激光光线射入所述限光孔位所记录的时间，并与激光雷达的旋转角度存在固定的角度换算关系；

充电座适用于配置有激光雷达的移动机器人，充电座开设有内凹的限光孔位,限光孔位安装有接收传感器,用于接收限光孔位的前方的移动机器人的激光雷达发射的激光光线，以使得移动机器人确定充电座相对于移动机器人的方向特征。

2.根据权利要求1所述回充对接系统，其特征在于，所述充电座还配置有无线通信装置，所述充电座用于在所述接收传感器接收到激光光线时，将该激光光线的激光响应信号通过无线通信装置发送给限光孔位的前方的移动机器人。

3.根据权利要求2所述回充对接系统，其特征在于，所述限光孔位是内凹于所述充电座的纵深结构，所述接收传感器安装在所述限光孔位的底部，用于接收所述激光雷达发射的平行于所述限光孔位的纵深方向的激光光线。

4.根据权利要求3所述回充对接系统，其特征在于，所述限光孔位包括中间限光孔位，中间限光孔位设置在所述充电座的中轴线处，用于在其底部安装的所述接收传感器接收到激光光线并由所述充电座的所述无线通信装置向移动机器人发送该激光光线的激光响应信号后，引导移动机器人移动至所述充电座开设的引导面的正前方后进行对接充电；

其中，所述中间限光孔位的纵深方向和所述充电座的中轴线都垂直于所述引导面；所述引导面被配置为移动机器人与所述充电座对接充电时，所述充电座正对移动机器人的表面。

5.根据权利要求4所述回充对接系统，其特征在于，所述限光孔位还包括侧面限光孔位，侧面限光孔位的纵深方向与所述充电座的中轴线成夹角设置，并与所述引导面成夹角设置，所述侧面限光孔位的底部安装的所述接收传感器用于接收所述充电座对应侧面方向上的移动机器人的激光雷达发射的激光光线，并交由所述充电座的所述无线通信装置发送该激光光线的激光响应信号后，引导移动机器人移动至所述引导面的正前方进行对接充电。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的回充对接系统的激光对接方法，该激光对接方法适用于控制配置有激光雷达的移动机器人，其特征在于，包括：

控制激光雷达的旋转激光头进行360度旋转，使得旋转激光头发出的激光光线在一个入射时间射入所述充电座的限光孔位，并触发所述充电座给移动机器人发送激光响应信号；

当移动机器人接收到来自所述充电座所发送的激光响应信号时，根据移动机器人在接收所述激光响应信号时记录的时间与接收延时误差，计算获取入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位对应的旋转角度；其中，接收延时误差是预先配置的从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位开始至移动机器人接收到所述激光响应信号的延时时间；

然后基于前述旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度，再按照这个角度调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电；

其中，所述入射时间是激光雷达从开始启动旋转至发出的激光光线射入所述限光孔位的时间，并与激光雷达的旋转角度存在固定的角度换算关系。

7.根据权利要求6所述激光对接方法，其特征在于，当移动机器人接收到来自中间限光孔位的接收传感器所接收的激光光线对应的激光响应信号时，将移动机器人在接收这个激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入中间限光孔位对应的旋转角度；

然后基于前述旋转角度确定射入中间限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定中间限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，再在这个偏转角度的基础上朝着相应的偏转方向去调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。

8.根据权利要求7所述激光对接方法，其特征在于，当移动机器人接收到来自侧面限光孔位的接收传感器所接收的激光光线对应的激光响应信号时，将移动机器人在接收这个激光响应信号时记录的时间与所述接收延时误差作差以获取所述入射时间，再基于所述入射时间换算出所述旋转激光头在其发出的激光光线射入侧面限光孔位对应的旋转角度；

然后基于前述旋转角度确定射入侧面限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的偏转角度，并确定侧面限光孔位的纵深方向相对于移动机器人当前的前进方向的偏转方向，再在这个偏转角度的基础上朝着相应的偏转方向调整移动机器人的位姿，使得移动机器人移动至让中间限光孔位的接收传感器接收到激光光线的位置处，再重复执行所述激光对接方法，实现移动机器人移动至所述引导面的正前方实现对接充电。

9.根据权利要求7所述激光对接方法，其特征在于，所述基于前述的旋转角度确定射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向的角度的方法包括：

将所述旋转激光头在其发出的激光光线射入所述限光孔位的对应的旋转角度设置在以所述旋转激光头的中心为极点、移动机器人当前的前进方向为极轴方向的极坐标系上，同时设置该极坐标上的角度取顺时针为正，将所述旋转角度换算为射入所述限光孔位的激光光线相对于移动机器人当前的前进方向在0至360度以内的角度，其中，移动机器人当前的前进方向定义为0度极轴；

其中，移动机器人当前的前进方向和距离从所述旋转激光头发出的激光光线射入所述限光孔位至移动机器人接收到基于该激光光线的激光响应信号的时间内是不变的。