CN112792820A - 机器人自动回充方法、装置及机器人系统 - Google Patents

机器人自动回充方法、装置及机器人系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及机器人自动回充技术领域，提供了一种机器人自动回充方法、装置及机器人系统。机器人自动回充方法包括：在机器人满足回充条件时，通过搭载在机器人上的激光雷达发射激光信号；根据反射的激光信号确定目标位置，控制机器人移动到目标位置；在目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；控制机器人沿与充电座相平行的方向平移，在平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与充电座相垂直的方向平移预设距离，使机器人回充成功。本申请在保证机器人自主回充准确率的同时，提高了充电安全性与便利性。

Description

机器人自动回充方法、装置及机器人系统
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人自动回充方法、装置及机器人系统。
背景技术
随着科学技术的不断进步，具有较强智能的机器人开始在人们的生活中越来越多地扮演重要的角色。如家庭清洁类机器人将人类从繁琐的扫地、拖地的家务中解放出来，巡检机器人在恶劣的环境中也给人类提供准确有效的安全检查服务等等。这些机器人一般采用可充电的电池提供动力，然而由于容量限制，电池可提供的连续供电时间较短，一般机器人运行一定时间后，就需要进行充电，这就势必要求机器人具有自动充电的功能。
现有机器人的自动回充方式，往往需要在充电座和机器人底盘配置额外的感知与通信模块，且机器人与充电座大多采用暴力对准，无法精准控制机器人运动误差，常常因延时与系统误差使机器人与充电座发生碰撞，导致充电座的外观被损坏。
发明内容
本申请提供一种机器人自动回充方法、装置及机器人系统，以解决机器人与充电座对准时误差较大，使机器人与充电座容易发生碰撞，导致充电座损坏的问题。
为解决上述问题，本申请采用如下技术方案：
本申请提供一种机器人自动回充方法，包括如下步骤：
在机器人满足回充条件时，通过搭载在所述机器人上的激光雷达发射激光信号；
根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置；所述目标位置为与充电座在预设相对位置关系的位置；
在所述目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；
控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，并判断所述机器人是否成功充电，若是，则所述机器人回充成功。
优选地，所述第一ICP匹配、第二ICP匹配具体包括：
通过所述激光雷达在预设位置收集所述充电座的所有点云数据，得到当前周期的第一帧数据作为参考点云；
控制所述机器人调整姿态，利用激光雷达再次收集所述充电座的所有点云数据，得到第二帧数据作为目标点云；其中，所述第一帧数据和第二帧数据包括点云数据的强度信息或深度信息；
将所述参考点云与目标点云进行比较，确定点云数据变化关系，并根据获取的最佳匹配参数确定所述机器人姿态调整前后的相互变换关系。
进一步地，所述根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值的步骤之后，还包括：
当根据第一ICP匹配结果计算误差函数不小于第一阈值时，重新返回至所述根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置的步骤，重新确定目标位置后，重复计算误差函数是否小于第一阈值；
当计算误差函数的次数大于预设值时，则确定机器人回充异常，并在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧；其中，所述参考点云关键帧通过激光雷达扫描充电座的标识部后得到；
根据所述多个参考点云关键帧进行第三ICP匹配，根据第三ICP匹配结果计算误差函数是否小于第三阈值，若是，则继续执行获取最佳匹配参数的步骤。
优选地，所述在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧的步骤，包括：
从所述充电座的参考点云关键帧中选取出关键帧点集；
以所述关键帧点集为中心位置，在所述中心位置的左右两侧各复制一个相同的所述关键帧点集，得到所述多个参考点云关键帧。
进一步地，所述判断机器人是否成功充电的步骤之后，还包括：
当所述机器人未成功充电时，控制所述机器人沿与所述充电座相垂直的方向远离所述预设距离，重新返回至所述控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移的步骤。
优选地，在所述机器人满足以下条件中的至少一种时，则判定所述机器人满足回充条件：
所述机器人的电池电量低于预设电量值；
所述机器人执行完所有当前任务后；
所述机器人接收到回充指令；
所述机器人的充电过程被动中断。
本申请提供的一种机器人自动回充装置，包括：
发射模块，用于在机器人满足回充条件时，通过搭载在所述机器人上的激光雷达发射激光信号；
控制模块，用于根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置；所述目标位置为与充电座在预设相对位置关系的位置；
第一ICP匹配模块，用于在所述目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；
第二ICP匹配模块，用于控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，判断所述机器人是否成功充电，若是，则所述机器人回充成功。
本申请提供的一种机器人系统，包括充电座和机器人，所述机器人包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述的机器人自动回充方法的步骤。
优选地，所述充电座内部设置有无线充电发射盘，所述机器人底部设置有无线充电接收盘，所述机器人在充电时，所述无线充电发射盘与所述无线充电接收盘保持平行，且间距在预设距离内。
优选地，所述充电座设置有标识部，所述标识部为凹凸结构或由若干强反射区与若干弱反射区构成的薄膜贴纸，所述标识部竖直设置于所述充电座上，且与所述无线充电发射盘垂直。
进一步地，所述充电座包括与位于墙体中踢脚线相匹配的凹陷结构。
本申请提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上任一项所述的机器人自动回充方法。
相对于现有技术，本申请的技术方案至少具备如下优点：
本申请提供的机器人自动回充方法、装置及机器人系统，在机器人满足回充条件时，通过搭载在机器人上的激光雷达发射激光信号；根据反射的激光信号确定目标位置，控制机器人移动到目标位置；在目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；控制机器人沿与充电座相平行的方向平移，在平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与充电座相垂直的方向平移预设距离，并判断机器人是否成功充电，若是，则机器人回充成功。本申请多次应用ICP匹配算法（帧间匹配优化算法），逐渐调整机器人至最佳充电位置，在保证机器人自主回充准确率、减少碰撞对充电座造成的损坏的同时，提高了充电安全性与便利性。此外，本申请在原充电机器人的激光雷达的基础上即可实现，减少了充电座额外的通信模块的安装，节省成本和空间。
附图说明
图1为本申请机器人自动回充方法一种实施例流程框图；
图2为本申请目标位置与充电座的关系示意图；
图3为通过复制充电座的方式的效果示意图；
图4为本申请机器人自动回充装置一种实施例模块框图；
图5为本申请充电座一种实施例的结构示意图；
图6为本申请充电座另一种实施例的结构示意图；
图7为本申请机器人一种实施例的结构示意图；
图8为本申请机器人另一种实施例的结构示意图；
图9为本申请一个实施例中机器人的内部结构框图。
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。
在本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如S11、S12等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
本领域普通技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本领域普通技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请所提供的一种机器人自动回充方法，其中一种实施方式中，该机器人自动回充方法包括如下步骤：
本申请提供一种机器人自动回充方法，包括如下步骤：
S21、在机器人满足回充条件时，通过搭载在所述机器人上的激光雷达发射激光信号；
S22、根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置；所述目标位置为与充电座在预设相对位置关系的位置；
S23、在所述目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值；
S24、若是，获取最佳匹配参数；
S25、控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值；
S26、若是，则控制机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离；
S27、判断所述机器人是否成功充电；
S28、若是，则所述机器人回充成功。
如步骤S21所述，当机器人在电量不足等情况下需要进行回充以保证能够持续工作时，可以认为机器人满足回充条件。
优选地，在所述机器人满足以下条件中的至少一种时，则判定所述机器人满足回充条件：
所述机器人的电池电量低于预设电量值；
所述机器人执行完所有当前任务后；
所述机器人接收到回充指令；
所述机器人的充电过程被动中断。
如步骤S22所述，在确定目标位置时，可以是机器人上的激光雷达首先向充电座发射一束激光，当激光入射到充电座表面时，被所述充电座表面上的标识部反射回到所述激光雷达，此时经过信号处理即可获得与该充电座一定位置关系的目标位置，如距离充电座正前方五厘米的位置。
在识别充电座时，可通过获取一物体反射的激光帧，判断激光帧的光强分布是否符合充电座的编码方式，若是，则判定所述物体为充电座。
当确定目标位置时，可以通过机器人上的执行机构来控制机器人的运动，使所述机器人能够沿预先计算出的路径移动到所述目标位置。需要说明的是，由于激光雷达本身具有较高的物体分辨能力，通过激光雷达识别充电座位置后计算出的路径，可以有效避免墙壁和障碍物的影响，使机器人能够安全无碰撞的到达目标位置。
如步骤S23所述，在机器人到达目标位置后，在所述目标位置进行第一ICP匹配，ICP匹配算法，也叫迭代最近点算法，是一种点云匹配算法。 假设我们通过激光雷达得到了第一组点云 ，激光雷达经过位姿变换（旋转加平移）后又得到了第二组点云 ,我们可通过相关算法筛选和调整了点云存储的顺序，使得 两组点云 中的点一一对应。此外，本申请在计算第一ICP匹配算法后，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，以确定当前目标位置与充电座的误差。
如步骤S24所述，当第一ICP匹配结果计算得到的误差函数小于第一阈值时，则执行步骤S25。
在步骤S25中，可控制执行结构驱动所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移一定距离，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，以进一步确定当前目标位置与充电座的误差。
如步骤S26-S28所述，当第二ICP匹配结果计算得到的误差函数小于第二阈值时，则控制执行结构驱动机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，并在平移后判断机器人是否可进行无线或有线充电，若是，则机器人回充成功，从而不断调整机器人以及ICP匹配算法运算，使机器人在多次微调整后处于最佳位置进行充电，同时减少碰撞导致的充电座损坏。
本申请提供的机器人自动回充方法，在机器人满足回充条件时，通过搭载在机器人上的激光雷达发射激光信号；根据反射的激光信号确定目标位置，控制机器人移动到目标位置；在目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；控制机器人沿与充电座相平行的方向平移，在平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与充电座相垂直的方向平移预设距离，并判断机器人是否成功充电，若是，则机器人回充成功。本申请多次应用ICP匹配算法（帧间匹配优化算法），逐渐调整机器人至最佳充电位置，在保证机器人自主回充准确率、减少碰撞对充电座造成的损坏的同时，提高了充电安全性与便利性。此外，本申请在原充电机器人的激光雷达的基础上即可实现，减少了充电座额外的通信模块的安装，节省成本和空间。
优选地，所述第一ICP匹配、第二ICP匹配可具体包括：
通过所述激光雷达在预设位置收集所述充电座的所有点云数据，得到当前周期的第一帧数据作为参考点云；
控制所述机器人调整姿态，利用激光雷达再次收集所述充电座的所有点云数据，得到第二帧数据作为目标点云；其中，所述第一帧数据和第二帧数据包括点云数据的强度信息或深度信息；
将所述参考点云与目标点云进行比较，确定点云数据变化关系，并根据获取的最佳匹配参数确定所述机器人姿态调整前后的相互变换关系。
在本实施例中，该预设位置可以是充电座前方，机器人自主导航到充电座前方后，其面向充电座一侧的激光雷达发出激光信号，机器人读取该激光雷达扫描到的实时点云数据，组成第一帧数据，将第一帧数据作为参考点云，该参考点云可以包括激光雷达发出的激光信号遇到充电座的薄膜贴纸后，反射回激光雷达的激光接收器的光子强度信息。在机器人调整姿态后，激光雷达再次发出激光信号，利用激光雷达再次收集所述充电座的所有点云数据，得到第二帧数据，将第二帧数据作为目标点云，通过将参考点云与目标点云进行比较，确定点云数据变化关系，并根据获取的最佳匹配参数确定机器人姿态调整前后的相互变换关系，实现ICP匹配。
ICP匹配算法包括激光强度信息帧间匹配算法和激光深度信息帧间匹配算法：
激光强度信息帧间匹配算法：激光强度信息表示不可见光波段光子从激光发生器发射至物体表面反射回激光接收器的光子强度，通过激光雷达以一定角度分辨率或时间收集到的所有点云数据作为当前周期的一帧数据。随着机器人运动，环境发生微小离散变化，再利用激光雷达每一帧实时强度信息数据作为感知识别此时的环境，通过比较匹配两帧激光强度点云的变化，得到相互变换关系，即为激光强度信息帧间匹配算法。其中，充电座激光强度关键帧为简单的薄膜贴纸，置于无线充电模组发射端上方墙面即可，同时可根据不同环境的复杂度，可选择不同规格的关键帧贴纸，且薄膜贴纸可方便地贴敷在充电座上，因此操作方式简单，成本低廉。
激光深度信息帧间匹配算法：激光深度信息与上述激光强度信息原理一致，不同的是激光深度信息为光子从发射到接收的飞行时长通过光速换算得到的距离信息。相对于激光强度信息而言，其帧间环境特征明显，匹配效果更佳，场景适用性更好。
进一步地，所述根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值的步骤之后，还可包括：
当根据第一ICP匹配结果计算误差函数不小于第一阈值时，重新返回至所述根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置的步骤，重新确定目标位置后，重复计算误差函数是否小于第一阈值；
当计算误差函数的次数大于预设值时，则确定机器人回充异常，并在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧；其中，所述参考点云关键帧通过激光雷达扫描充电座的标识部后得到；
根据所述多个参考点云关键帧进行第三ICP匹配，根据第三ICP匹配结果计算误差函数是否小于第三阈值，若是，则继续执行获取最佳匹配参数的步骤。
可参考图2所示，在实际工程应用中，机器人常常因为定位误差大或充电座大范围被移动等各种因素导致机器人无法正常回充。本实施例的自动回充技术方案使得机器人在回充时可以适应定位异常或充电座较大范围移动而不受干扰回充成功。其中，定位异常可以是指机器人导航回充目标点作为目标位置时，其误差大于或等于r厘米（该误差为导航算法普遍的定位精度，其大小并非特征值，值越小表明一次定位精度越高回充算法越简单，在本申请中仅仅表示回充异常情况的判定条件）；其中充电座大范围移动指将充电座从原先目标充电位置向其他位置移动距离大于或者等于r厘米。
在本实施例中，假设充电座尺寸确定，则标识部的关键帧区域宽度w确定，激光雷达点云分辨率也确定；此时选定回充导航目标点A点作为目标位置，其距离关键帧的距离为a值（实际工程中该值在w和激光固有特性确定后，根据ICP算法原理可知，目标点云法向上对误差函数影响较小，通过简单调试即可确定），其一次定位误差为以A点为圆心，r为半径的圆；在上述各值确定之后，设定目标点云与参考点云ICP匹配时的极限偏差为（
Figure 849263DEST_PATH_IMAGE001
）,其含义为角度偏差大于
Figure 550198DEST_PATH_IMAGE002
和y方向偏差大于
Figure 426887DEST_PATH_IMAGE003
的所有位置ICP算法失效，误差函数无法收敛范围内目标点云无法匹配。
因此，在实际工程中，常常因为某些原因使得机器人导航算法失效造成较大的定位偏差或充电座的大范围移动，致使机器人判定已到达回充导航目标点时，位置在ICP匹配算法极限偏差（
Figure 62399DEST_PATH_IMAGE001
）之外而无法进行进一步回充操作。为解决该问题，本实施例提出一种通过复制关键帧参考点集扩大ICP算法配准范围，通过在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧，以扩大配准范围，使得机器人回充异常时也能精准配准参考点云与目标点云，最终实现回充成功。
优选地，所述在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧的步骤，可具体包括：
从所述充电座的参考点云关键帧中选取出关键帧点集；
以所述关键帧点集为中心位置，在所述中心位置的左右两侧各复制一个相同的所述关键帧点集，得到所述多个参考点云关键帧。
在本实施例中，如图3所示，为扩大ICP算法在异常情况的适应性，本实施例将ICP参考点云
Figure 657328DEST_PATH_IMAGE004
中截取关键帧点集
Figure 902234DEST_PATH_IMAGE005
，以该点集
Figure 899008DEST_PATH_IMAGE006
中心位置左右并列各复制一个相同关键帧点集
Figure 33318DEST_PATH_IMAGE006
，如虚拟充电座（左）和虚拟充电座（右），从而扩大ICP关键帧点集ICP算法匹配范围，大范围消除ICP算法极限偏差外的回充导航目标点无法配准的情况。
进一步地，所述判断机器人是否成功充电的步骤之后，还可包括：
当所述机器人未成功充电时，控制所述机器人沿与所述充电座相垂直的方向远离所述预设距离，重新返回至所述控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移的步骤。
在本实施例中，当机器人未成功充电时，则继续通过执行机构调整机器人，即可通过执行机构控制所述机器人沿与所述充电座相垂直的方向远离所述预设距离，然后重新返回至所述控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移的步骤，继续第二ICP匹配，以进一步提高回充准确性。其中，所述预设距离可通过算法或调试进行设定。
请参考图4，本申请的实施例还提供一种机器人自动回充装置，其中，
发射模块111，用于在机器人满足回充条件时，通过搭载在所述机器人上的激光雷达发射激光信号；
控制模块112，用于根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置；所述目标位置为与充电座在预设相对位置关系的位置；
第一ICP匹配模块113，用于在所述目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；
第二ICP匹配模块114，用于控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，判断所述机器人是否成功充电，若是，则所述机器人回充成功。
在本实施例中，当机器人在电量不足等情况下需要进行回充以保证能够持续工作时，可以认为机器人满足回充条件。
优选地，在所述机器人满足以下条件中的至少一种时，则判定所述机器人满足回充条件：
所述机器人的电池电量低于预设电量值；
所述机器人执行完所有当前任务后；
所述机器人接收到回充指令；
所述机器人的充电过程被动中断。
在确定目标位置时，可以是机器人上的激光雷达首先向充电座发射一束激光，当激光入射到充电座表面时，被所述充电座表面上的标识部反射回到所述激光雷达，此时经过信号处理即可获得与该充电座一定位置关系的目标位置，如距离充电座正前方五厘米的位置。
在识别充电座时，可通过获取一物体反射的激光帧，判断激光帧的光强分布是否符合充电座的编码方式，若是，则判定所述物体为充电座。
当确定目标位置时，可以通过机器人上的执行机构来控制机器人的运动，使所述机器人能够沿预先计算出的路径移动到所述目标位置。需要说明的是，由于激光雷达本身具有较高的物体分辨能力，通过激光雷达识别充电座位置后计算出的路径，可以有效避免墙壁和障碍物的影响，使机器人能够安全无碰撞的到达目标位置。
在机器人到达目标位置后，在所述目标位置进行第一ICP匹配，ICP匹配算法，也叫迭代最近点算法，是一种点云匹配算法。 假设我们通过激光雷达得到了第一组点云 ，激光雷达经过位姿变换（旋转加平移）后又得到了第二组点云 ,我们可通过相关算法筛选和调整了点云存储的顺序，使得 两组点云 中的点一一对应。此外，本申请在计算第一ICP匹配算法后，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，以确定当前目标位置与充电座的误差。
当第一ICP匹配结果计算得到的误差函数小于第一阈值时，则可控制执行结构驱动所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移一定距离，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，以进一步确定当前目标位置与充电座的误差。
当第二ICP匹配结果计算得到的误差函数小于第二阈值时，则控制执行结构驱动机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，并在平移后判断机器人是否可进行无线或有线充电，若是，则机器人回充成功，从而不断调整机器人以及ICP匹配算法运算，使机器人在多次微调整后处于最佳位置进行充电，同时减少碰撞导致的充电座损坏。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
参考图5-8所示，本申请提供的一种机器人系统，包括充电座1和机器人2，所述机器人2包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述的机器人2自动回充方法的步骤。
一般机器人2采用接触式充电和有线充电。接触式充电安全性受限，裸露的金属极片存在较大安全隐患；有线充电需要人为充电，无法实现自主回充，任务闲暇时段无法及时充电而降低机器人2复用效率。由于充电座1与机器人2底盘需要额外通信模块，致使激光关键帧识别区域的结构过于复杂而庞大，整体体积占用面积过大。而本申请的机器人2可选用大功率无线充电模组作为机器人2自动回充的主要充电方式，应用帧间匹配优化算法保证机器人2自主回充准确率的同时，提高了其安全性与便利性。此外，机器人2与充电座1的协同设计，减少了充电座1的通信模块、简化了关键帧设计，节省成本和空间。
优选地，所述充电座1内部设置有无线充电发射盘11，所述机器人2底部设置有无线充电接收盘21，所述机器人2在充电时，所述无线充电发射盘11与所述无线充电接收盘21保持平行，且间距在预设距离内，该预设距离可通过调节机构进行调整，使无线充电发射盘11与所述无线充电接收盘21保持最佳充电距离。
优选地，所述充电座1设置有标识部12，所述标识部12为凹凸结构或由若干强反射区与若干弱反射区构成的薄膜贴纸，所述标识部12竖直设置于所述充电座1上，且与所述无线充电发射盘11垂直。
本实施例中充电座1的关键帧设计有两种模式：如图5所示，其一为选用简单的薄膜贴纸，其中薄膜贴纸为强反射区的镜面和弱反射区的白色胶条相互间隔，由于薄膜贴纸可方便地贴敷在充电座上，因此操作方式简单，成本低廉。如图6所示，其二为在激光雷达处于同一平面内的充电座1高度上，通过设计凹凸结构以获取不同的深度信息作为激光点云关键帧。
进一步地，所述充电座1包括与位于墙体中踢脚线相匹配的凹陷结构13。
此外，考虑到机器人2充电座1均立于墙角，为了增加充电座1的稳定性，在充电座1背后设计考虑与踢脚线相匹配的凹陷结构，能提高充电座1稳定性且增加充电座1安装灵活性。
在一实施例中，如图9所示。所述机器人包括处理器402、存储器403、输入单元404以及显示单元405等器件。本领域技术人员可以理解，图9示出的设备结构器件并不构成对所有设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件。存储器403可用于存储计算机程序401以及各功能模块，处理器402运行存储在存储器403的计算机程序401，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理。存储器可以是内存储器或外存储器，或者包括内存储器和外存储器两者。内存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦写可编程ROM(EEPROM)、快闪存储器、或者随机存储器。外存储器可以包括硬盘、软盘、ZIP盘、U盘、磁带等。本申请所公开的存储器包括但不限于这些类型的存储器。本申请所公开的存储器只作为例子而非作为限定。
输入单元404用于接收信号的输入，以及接收用户输入的关键字。输入单元404可包括触控面板以及其它输入设备。触控面板可收集用户在其上或附近的触摸操作（比如用户使用手指、触笔等任何适合的物体或附件在触控面板上或在触控面板附近的操作），并根据预先设定的程序驱动相应的连接装置；其它输入设备可以包括但不限于物理键盘、功能键（比如播放控制按键、开关按键等）、轨迹球、鼠标、操作杆等中的一种或多种。显示单元405可用于显示用户输入的信息或提供给用户的信息以及计算机设备的各种菜单。显示单元405可采用液晶显示器、有机发光二极管等形式。处理器402是计算机设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电脑的各个部分，通过运行或执行存储在存储器402内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行各种功能和处理数据。
作为一个实施例，所述机器人包括：一个或多个处理器402，存储器403，一个或多个计算机程序401，其中所述一个或多个计算机程序401被存储在存储器403中并被配置为由所述一个或多个处理器402执行，所述一个或多个计算机程序401配置用于执行以上实施例所述的机器人自动回充方法。
在一个实施例中，本申请还提出了一种存储有计算机可读指令的存储介质，该计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述机器人自动回充方法。例如，所述存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，前述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）等非易失性存储介质，或随机存储记忆体（RandomAccess Memory，RAM）等。
综合上述实施例可知，本申请最大的有益效果在于：
本申请提供的机器人自动回充方法、装置及机器人系统，在机器人满足回充条件时，通过搭载在机器人上的激光雷达发射激光信号；根据反射的激光信号确定目标位置，控制机器人移动到目标位置；在目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；控制机器人沿与充电座相平行的方向平移，在平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与充电座相垂直的方向平移预设距离，并判断机器人是否成功充电，若是，则机器人回充成功。本申请多次应用ICP匹配算法（帧间匹配优化算法），逐渐调整机器人至最佳充电位置，在保证机器人自主回充准确率、减少碰撞对充电座造成的损坏的同时，提高了充电安全性与便利性。此外，本申请在原充电机器人的激光雷达的基础上即可实现，减少了充电座额外的通信模块的安装，节省成本和空间。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人自动回充方法，其特征在于，包括：
在机器人满足回充条件时，通过搭载在所述机器人上的激光雷达发射激光信号；
根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置；所述目标位置为与充电座在预设相对位置关系的位置；
在所述目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；
控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，并判断所述机器人是否成功充电，若是，则所述机器人回充成功。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一ICP匹配、第二ICP匹配具体包括：
通过所述激光雷达在预设位置收集所述充电座的所有点云数据，得到当前周期的第一帧数据作为参考点云；
控制所述机器人调整姿态，利用激光雷达再次收集所述充电座的所有点云数据，得到第二帧数据作为目标点云；其中，所述第一帧数据和第二帧数据包括点云数据的强度信息或深度信息；
将所述参考点云与目标点云进行比较，确定点云数据变化关系，并根据获取的最佳匹配参数确定所述机器人姿态调整前后的相互变换关系。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值的步骤之后，还包括：
当根据第一ICP匹配结果计算误差函数不小于第一阈值时，重新返回至所述根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置的步骤，重新确定目标位置后，重复计算误差函数是否小于第一阈值；
当计算误差函数的次数大于预设值时，则确定机器人回充异常，并在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧；其中，所述参考点云关键帧通过激光雷达扫描充电座的标识部后得到；
根据所述多个参考点云关键帧进行第三ICP匹配，根据第三ICP匹配结果计算误差函数是否小于第三阈值，若是，则继续执行获取最佳匹配参数的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述充电座的参考点云关键帧的基础上复制多个参考点云关键帧的步骤，包括：
从所述充电座的参考点云关键帧中选取出关键帧点集；
以所述关键帧点集为中心位置，在所述中心位置的左右两侧各复制一个相同的所述关键帧点集，得到所述多个参考点云关键帧。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断机器人是否成功充电的步骤之后，还包括：
当所述机器人未成功充电时，控制所述机器人沿与所述充电座相垂直的方向远离所述预设距离，重新返回至所述控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述机器人满足以下条件中的至少一种时，则判定所述机器人满足回充条件：
所述机器人的电池电量低于预设电量值；
所述机器人执行完所有当前任务后；
所述机器人接收到回充指令；
所述机器人的充电过程被动中断。
7.一种机器人自动回充装置，其特征在于，包括：
发射模块，用于在机器人满足回充条件时，通过搭载在所述机器人上的激光雷达发射激光信号；
控制模块，用于根据反射的激光信号确定目标位置，控制所述机器人移动到所述目标位置；所述目标位置为与充电座在预设相对位置关系的位置；
第一ICP匹配模块，用于在所述目标位置进行第一ICP匹配，根据第一ICP匹配结果计算误差函数是否小于第一阈值，若是，获取最佳匹配参数；
第二ICP匹配模块，用于控制所述机器人沿与所述充电座相平行的方向平移，在所述平移后的位置进行第二ICP匹配，根据第二ICP匹配结果计算误差函数是否小于第二阈值，若是，则控制机器人沿与所述充电座相垂直的方向平移预设距离，判断所述机器人是否成功充电，若是，则所述机器人回充成功。
8.一种机器人系统，包括充电座和机器人，其特征在于，所述机器人包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至6中任一项所述的机器人自动回充方法的步骤。
9.根据权利要求8所述的机器人系统，其特征在于，所述充电座内部设置有无线充电发射盘，所述机器人底部设置有无线充电接收盘，所述机器人在充电时，所述无线充电发射盘与所述无线充电接收盘保持平行，且间距在预设距离内。
10.根据权利要求9所述的机器人系统，其特征在于，所述充电座设置有标识部，所述标识部为凹凸结构或由若干强反射区与若干弱反射区构成的薄膜贴纸，所述标识部竖直设置于所述充电座上，且与所述无线充电发射盘垂直。
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