CN115903837A - 一种车载光伏机器人自动充电方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载光伏机器人自动充电方法和系统，其中方法包括当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述机器人返回到充电车库；当机器人返回充电车库后，通过机器人上设置的视觉相机，采集充电车库的环境图像；基于环境图像识别目标空闲充电车位，并驱动机器人驶入所述目标空闲充电车位；基于机器人视觉相机获取机器人的当前位姿，并确定目标充电车位的充电口的目标位姿；基于目标位姿，控制机器人移动，以实时调整机器人的当前位姿，直至对准插入充电车位的充电口实现自动充电。通过本发明，将返回车库的过程分为三个阶段，相对简单的实现了车载光伏机器人自动返回车库并自动充电。

Description

一种车载光伏机器人自动充电方法和系统

技术领域

本发明涉及自动充电领域，具体而言，涉及一种车载光伏机器人自动充电方法和系统。

背景技术

车载光伏机器人作为一种高效便捷的辅助手段替代了原有工具服务于各行业的日常工作中，其具有成本低，效费比好、机动性能好、使用方便等优势，并且可降低人工操作的风险，提高任务执行的安全性和可操控性。

目前，车载光伏机器人的主要应用领域包括：户外清扫、电力巡检、机械制造、资源测绘、农业林业、物流运输、气象监测等。随着车载光伏机器人技术水平的不断提升，各行各业对车载光伏机器人应用需求也在不断提升。

车载机器人的优势：1.对工作环境要求低，可持续作业机器人能够在相对恶劣的工作环境下工作，可以持续作业，另外改善工人的劳动条件，大幅减少了工人的工作强度，提高了生产线的实际产能。2.作业质量稳定，效率高，方便技术人员及时了解作业现场实际情况，控制作业质量，极大的减少人为的操作失误造成作业损失。

车载光伏清洁机器人在清洁工作完成后，需要对蓄电池进行充电，特别是在一些大型作业的情况下，大量的车载光伏机器人全部返回车库并充电的工作量巨大，无法依靠人工驾驶方式进行，并且且容易在返回车库的过程中出现碰撞、交通堵塞、秩序混乱、找不到空闲车位等情况。

通用大型工业机器人返回车库方法是采用激光测距，同时配合定位系统，利用算法进行线路规划和导航，尤其在机器人入库方面实现较为复杂，还容易出现导航失误的问题。

还有一种自动停车系统，是人为的将车辆驶入车库附近，之后实现自动停车，不适用于车载机器人的作业场景，尤其是大型作业的情况下，并且没有结合机器人双目视觉相机进行充电位姿调整以实现自动充电的功能。

发明内容

为了解决上述车载光伏机器人自动返回车库并自动充电较为困难的问题，本发明提供一种车载光伏机器人自动充电方法和系统，将返回过程分为三个阶段，第一阶段初步定位，返回到车库附近；第二阶段寻找空闲车库，并驶入车库中；第三阶段为精确定位实现自动充电，更加贴合车载光伏机器人返回车库并充电的需求。

具体的，本发明的技术方案如下：

第一方面，本发明公开一种车载光伏机器人自动充电方法，包括以下步骤：

当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述车载光伏机器人返回到充电车库；

当所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人上设置的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像；

基于所述环境图像识别目标空闲充电车位，并驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位；

基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿；

基于所述目标位姿，控制所述车载光伏机器人移动，以实时调整所述车载光伏机器人的当前位姿，直至对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。

在一些实施方式中，所述的基于所述环境图像识别目标空闲充电车位，还包括以下步骤：

识别所述环境图像中的引导线及充电车位的指示灯；所述引导线包括行驶引导线和入库引导线；

控制所述车载光伏机器人沿识别到的所述行驶引导线行驶；并实时判断识别到的所述充电车位的指示灯是否亮起；

当识别到所述充电车位的指示灯亮起时，则锁定所述充电车位为目标空闲充电车位。

在一些实施方式中，所述的驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位，包括以下步骤：

基于所述环境图像，识别所述目标空闲充电车位对应的入库引导线；

控制所述车载光伏机器人沿所述入库引导线驶入所述目标空闲充电车位；

控制所述目标空闲充电车位对应的指示灯熄灭。

在一些实施方式中，所述基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿，包括以下步骤：

通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像；

提取所述车载光伏机器人的局部环境图像的边缘特征，并通过最小二乘法拟合图像直线段，与全局地图进行匹配，得到所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿；

将所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿与IMU测量数据进行位姿融合，得到所述车载光伏机器人的融合位姿；

根据所述车载光伏机器人的轮速计测量数据与IMU测量数据，确定所述车载光伏机器人的位置；

将所述融合位姿和所述车载光伏机器人的位置输入到自适应卡尔曼滤波，得到所述车载光伏机器人的当前位姿。

在一些实施方式中，在所述车载光伏机器人接收到充电指令之前，还包括以下步骤：

获取所述车载光伏机器人的当前电量；

判断所述车载光伏机器人当前电量是否低于预设的第一电量；若是，则判断所述车载光伏机器人当前任务是否已经完成；

当判定所述车载光伏机器人当前任务已完成时，则下达所述车载光伏机器人的充电指令；

当判定所述车载光伏机器人当前任务未完成时，预测所述车载光伏机器人完成当前任务后剩余的电量是否低于预设的第二电量；所述第二电量低于所述第一电量；

若预测的所述剩余的电量低于预设的第二电量，则中止当前任务，下达所述车载光伏机器人的充电指令；若预测的所述剩余的电量不低于预设的第二电量，则在所述车载光伏机器人完成当前任务后，再下达所述车载光伏机器人的充电指令。

第二方面，本发明还公开一种车载光伏机器人自动充电系统，包括：

控制驾驶模块，用于当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述车载光伏机器人返回到充电车库；

图像采集模块，用于当所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人上设置的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像；

目标识别模块，用于基于所述环境图像识别目标空闲充电车位；

所述控制驾驶模块，还用于驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位；

位姿获取模块，用于基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿；

所述控制驾驶模块，还用于基于所述目标位姿，控制所述车载光伏机器人移动，以实时调整所述车载光伏机器人的当前位姿，直至对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。

在一些实施方式中，其中所述目标识别模块包括：

引导线识别子模块，用于识别所述环境图像中的引导线；所述引导线包括行驶引导线和入库引导线；以便所述控制驾驶模块控制所述车载光伏机器人沿识别到的所述行驶引导线行驶；

指示灯识别子模块，用于识别所述环境图像中充电车位的指示灯；并实时判断识别到的所述充电车位的指示灯是否亮起；

目标锁定子模块，用于当识别到所述充电车位的指示灯亮起时，则锁定所述充电车位为目标空闲充电车位。

在一些实施方式中，还包括车辆检测模块，其中：

所述引导线识别子模块，还用于在锁定所述目标空闲充电车位后，基于所述环境图像识别所述目标空闲充电车位对应的所述入库引导线；

所述控制驾驶模块，还用于控制所述车载光伏机器人沿所述入库引导线驶入所述目标空闲充电车位；

所述车辆检测模块，用于检测到所述车载光伏机器人行驶至所述目标空闲充电车位后，控制所述目标空闲充电车位对应的指示灯熄灭。

在一些实施方式中，其中所述位姿获取模块包括：

图像获取子模块，用于通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像；

特征提取子模块，用于提取所述车载光伏机器人的局部环境图像的边缘特征，并通过最小二乘法拟合图像直线段，与全局地图进行匹配，得到所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿；

位姿融合子模块，用于将所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿与IMU测量数据进行位姿融合，得到所述车载光伏机器人的融合位姿；

位置确定子模块，用于根据所述车载光伏机器人的轮速计测量数据与IMU测量数据，确定所述车载光伏机器人的位置；

卡尔曼滤波子模块，用于将所述融合位姿和所述车载光伏机器人位置输入到自适应卡尔曼滤波，得到所述车载光伏机器人的当前位姿。

在一些实施方式中，还包括充电判断模块，具体包括：

电量判断子模块，用于获取所述车载光伏机器人的当前电量，并判断所述车载光伏机器人当前电量是否低于预设的第一电量；

任务判断子模块，用于当所述车载光伏机器人当前电量低于预设的第一电量时，判断所述车载光伏机器人当前任务是否已经完成；

指令下发子模块，用于当判定所述车载光伏机器人当前任务已完成时，则下达所述车载光伏机器人的充电指令；

所述电量判断子模块，还用于当判定所述车载光伏机器人当前任务未完成时，预测所述车载光伏机器人完成当前任务后剩余的电量是否低于预设的第二电量；所述第二电量低于所述第一电量；

所述指令下发子模块，还用于若预测的所述剩余的电量低于预设的第二电量，则中止当前任务，下达所述车载光伏机器人的充电指令；若预测的所述剩余的电量不低于预设的第二电量，则在所述车载光伏机器人完成当前任务后，再下达所述车载光伏机器人的充电指令。

与现有技术相比，本发明至少具有以下一项有益效果：

1、将车载光伏机器人返回车库的过程分为三个阶段，第一阶段初步返回，返回到充电车库；第二阶段寻找空闲车位，并驶入车位中；第三阶段为精确调整位姿实现自动充电，更加贴合车载光伏机器人返回车库并充电的需求，同样适用于大型作业的情况下，在大量车载光伏机器人同时返回充电车库时也能维持稳定的秩序，快速完成返回，而且方案的整体实现过程也更简单，成本更低。

2、充电车位的行驶通道上铺设有引导线，引导线采用特殊涂料，便于摄像头识别；指示灯预埋在引导线上，每个车位对应一个指示灯，充电车位空置时指示灯亮起；车辆检测器，预埋在充电车位转向分支线(入库引导线)路上，检测车载光伏机器人是否通过，每个车位指示灯对应一个；需要入库的车辆即可通过识别引导线上指示灯判断对应的车位是否为空闲车位，车辆进入对应车位后，会经过对应车位的车辆检测器，检测到车载光伏机器人通过时，立即熄灭对应指示灯，防止后面的车辆跟入对应车位。

3、当判定所述车载光伏机器人到达所述充电车位后，通过视觉相机实时识别所述环境图像中的引导线及充电车位的指示灯，所述引导线包括行驶引导线和入库引导线；摄像头检测到引导线后，控制车载光伏清洁机器人沿行驶引导线按逆时针方向低速行驶，这样可以最大效率的以简单的路径快速寻找空闲车位。

4、使用提取图像边缘特征与全局地图进行匹配，生成基于相机的相机位姿；将相机位姿与IMU融合生成融合位姿，将融合位姿与机器人位置结合，生成更加精准的当前位姿；通过当前的准确位姿和目标充电位姿，再结合车载光伏机器人相邻时刻位姿图像形成的运动轨迹，调整并实时更新当前的准确位姿，直至与目标充电位姿重合，对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。这样的位姿锁定和调整的方法可以在位姿调整的过程中实时监测机器人的位姿变化，更加准确的帮助车载光伏机器人对准充电口。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本发明一种车载光伏机器人自动充电方法的一个实施例的流程图；

图2为本发明一种车载光伏机器人自动充电方法的另一个实施例的流程图；

图3为本发明一种车载光伏机器人自动充电装置的一个实施例的结构框图；

图4为本发明一种车载光伏机器人自动充电装置的另一个实施例的结构框图；

图5为本发明一种车载光伏机器人自动充电装置的另一个实施例的结构框图；

图6为本发明一种车载光伏机器人自动充电装置的车库布局示意图。

附图标号说明：

车载光伏机器人10，行驶引导线20，入库引导线21，车辆检测器30，指示灯40，充电车位50，车库定位点60。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

具体实现中，本申请实施例中描述的终端设备包括但不限于诸如具有触摸敏感表面(例如，触摸屏显示器和/或触摸板)的移动电话、膝上型计算机、家教机或平板计算机之类的其他便携式设备。还应当理解的是，在某些实施例中，所述终端设备并非便携式通信设备，而是具有触摸敏感表面(例如：触摸屏显示器和/或触摸板)的台式计算机。

另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

在本发明提供的一种车载光伏机器人自动充电方法一个实施例中，参考说明书附图1，步骤如下，

S100,当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述车载光伏机器人返回到充电车库。

具体的，当车载光伏机器人接收到充电指令时，获取所述车载光伏机器人的初步定位。可以通过GPS全球定位系统、北斗定位器或其他现有的定位器，来获取当前机器人所在的初步定位。根据所述初步定位，确定出发点与终点，进行导航，规划出所述车载光伏机器人返回充电车库的最优路径。

S200，当所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人上设置的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像。

具体的，当定位装置监测到机器人返回充电车库后，或车库附近的地面，开启机器人携带的双目视觉相机，采集周围环境的图片。

S300，基于所述环境图像识别目标空闲充电车位，并驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位。

具体的，控制车载光伏机器人沿引导线以一定方向行驶，在这个过程中，若监测到指示灯亮起，即表示可以锁定该充电车库为目标空闲充电车位。

S400，基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿。

具体的，车载光伏机器人的当前位姿是借助视觉SLAM、IMU和轮速计(也称里程计)进行处理。车载光伏机器人的双目视觉相机采集的图像经过视觉里程计提取边缘特征和最小二乘法拟合直线段，与全局地图进行匹配，计算得到光伏机器人基于两侧双目视觉红外相机的两个位姿后，再与IMU进行位姿融合，另一方面利用轮速计计算光伏机器人位置，输入到自适应卡尔曼滤波得到最终的位姿。

车载光伏机器人的目标位姿，是对准目标充电车库的充电口，可以充电的位姿。在充电口安装位置无误的情况下，车载光伏机器人的目标位姿是一致的，使用时只需要从数据库中调取，或是直接储存在机器人控制驾驶模块中。

S500，基于所述目标位姿，控制所述车载光伏机器人移动，以实时调整所述车载光伏机器人的当前位姿，直至对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。

具体的，把车载光伏机器人当前位姿以相邻时刻的运动串起来，构成了机器人的运动轨迹，进而得到精度更高的位姿，然后通过控制车载光伏机器人微调位姿，定位到充电接口上实现自动充电。

本发明一种车载光伏机器人自动充电方法的另一实施例，如说明书附图2所示，本实施例在上述实施例的基础上，所述步骤S300，基于所述环境图像识别目标空闲充电车位；包括如下步骤：

S310，识别所述环境图像中的引导线及充电车位的指示灯；所述引导线包括行驶引导线和入库引导线。

具体的，所述充电车库的行驶道上设置有引导线，每个充电车位设置有对应的指示灯，用于指示当前车位的状态。从采集到的图片信息中识别车库引导线和充电车位的指示灯，以便后续控制车载清洁机器人沿引导线方向低速行驶。引导线可采用白色路面标线涂料，内含玻璃珠，在弱光下依旧有明显的反射效果，便于摄像头识别充电车库指示灯采用蓝色LED灯，预埋在引导线上，每个充电车库对应一个指示灯，充电车库指示灯亮起，即表示该充电车库为可用状态。

S320，控制所述车载光伏机器人沿识别到的所述行驶引导线行驶；并实时判断识别到的所述充电车位的指示灯是否亮起。

具体的，提前设置车载光伏机器人沿引导线行驶的速度，一般情况下沿引导线行驶的速度小于车载光伏机器人返回充电车库的速度。开启机器人携带的双目视觉相机，采集周围环境的图片，从采集到的图片信息中识别车库引导线，并控制车载清洁机器人沿行驶引导线以一定的方向行驶。行驶引导线为头尾相连的连续引导线，控制车载光伏机器人以逆时针或顺时针方向行驶，可以最大效率的以简单的路径快速寻找空闲车位，也可以防止机器人堵塞道路。

S330，当识别到所述充电车位的指示灯亮起时，则锁定所述充电车位为目标空闲充电车位。

具体的，充电车位空置时指示灯亮起，若在行驶过程中监测到有充电车位的指示灯是亮起的状态，则判断该车库为可充电状态，则可锁定所述充电车位为目标空闲充电车位。以便车载光伏机器人控制驾驶模块控制车辆在指示灯所在的入库引导线分支处转向。

本发明提供的另一种实施方式，在上述实施例的基础上，还包括以下步骤：

S340，基于所述环境图像，识别所述目标空闲充电车位对应的入库引导线。

S350，控制所述车载光伏机器人沿所述入库引导线驶入所述目标空闲充电车位。

S360，控制所述目标空闲充电车位对应的指示灯熄灭。

具体的，引导线上还设置有车辆检测器，用来检测车辆是否通过，每个车库指示灯对应一个，预埋在充电车库转向分支线路上，如说明书附图6所示，检测到车辆通过时，熄灭对应的指示灯，可以防止后车跟入，保证一车一位进行自动充电。

本发明提供的另一实施例，在上述任一实施例的基础上，所述步骤S400基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿，包括以下步骤：

通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像；

提取所述车载光伏机器人的局部环境图像的边缘特征，并通过最小二乘法拟合图像直线段，与全局地图进行匹配，得到所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿；

将所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿与IMU测量数据进行位姿融合，得到所述车载光伏机器人的融合位姿；

根据所述车载光伏机器人的轮速计测量数据与IMU测量数据，确定所述车载光伏机器人的位置；

将所述融合位姿和所述车载光伏机器人的位置输入到自适应卡尔曼滤波，得到所述车载光伏机器人的当前位姿。

具体的，车载清扫机器人视觉SLAM、IMU和里程计进行处理，图像经过视觉里程计提取边缘特征和最小二乘法拟合直线段，与全局地图进行匹配，计算得到光伏机器人基于两侧红外相机的两个位姿后，再与IMU进行位姿融合，另一方面利用轮速计计算光伏机器人位置，输入到自适应卡尔曼滤波得到最终的位姿，把相邻时刻的运动串起来，构成了机器人的运动轨迹，进而得到精度更高的位姿，然后通过微调，定位到充电接口上实现自动充电。

本申请的最后一个方法实施例，在上述任一实施例的基础上，所述车载光伏机器人接收到充电指令之前，还包括以下步骤：

获取所述车载光伏机器人的当前电量；

判断所述车载光伏机器人当前电量是否低于预设的第一电量；若是，则判断所述车载光伏机器人当前任务是否已经完成；

当判定所述车载光伏机器人当前任务已完成时，则下达所述车载光伏机器人的充电指令；

当判定所述车载光伏机器人当前任务未完成时，预测所述车载光伏机器人完成当前任务后剩余的电量是否低于预设的第二电量；所述第二电量低于所述第一电量；

若预测的所述剩余的电量低于预设的第二电量，则中止当前任务，下达所述车载光伏机器人的充电指令；若预测的所述剩余的电量不低于预设的第二电量，则在所述车载光伏机器人完成当前任务后，再下达所述车载光伏机器人的充电指令。

本实施例中，并不是单纯根据当前电量来判定是否前往充电，还需要根据当前执行任务情况来进一步判断，从而更好的平衡电量和执行任务的关系。

基于相同的技术构思，本发明还公开了一种车载光伏机器人自动充电系统，该装置可采用上述任一一种车载光伏机器人自动充电方法实施例来实现车载光伏机器人自动充电，具体的，本申请的一种车载光伏机器人自动充电系统的一个实施例，如图3所示，包括：

控制驾驶模块10，用于当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述车载光伏机器人返回到充电车库；

具体的，控制驾驶模块10通过GPS全球定位系统、北斗定位器或其他现有的定位器，来获取当前机器人所在的初步定位。根据所述初步定位，规划出所述车载光伏机器人返回充电车库的最优路径，并控制车载机器人行驶，返回到充电车库。

图像采集模块20，用于当所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人上设置的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像；

具体的，所述充电车库的行驶道上设有引导线，每个充电车位设置有对应的指示灯，用于指示当前车位的状态。引导线采用白色路面标线涂料，内含玻璃珠，在弱光下依旧有明显的反射效果，便于摄像头识别充电车库指示灯采用蓝色LED灯，预埋在引导线上，每个充电车库对应一个指示灯，充电车库指示灯亮起，即表示该充电车库为可用状态。

所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像，并基于所述环境图像识别所述充电车库的引导线和充电车位的指示灯。

目标识别模块30，用于基于所述环境图像识别目标空闲充电车位。

具体的，在行驶过程中，监测到充电车库指示灯亮起，即表示该充电车库为可用状态，可以锁定该车位为目标空闲充电车位。

引导线上还设置有车辆检测器，用来检测车辆是否通过，每个车库指示灯对应一个，预埋在充电车库转向分支线路上，检测到车辆通过时，熄灭对应的指示灯。

所述控制驾驶模块10，还用于驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位。

具体的，控制车辆在所述目标空闲充电车位的入库引导线分支处转向。直至行驶至引导线尽头，表明车辆已完全进入该车库。

位姿获取模块40，用于基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿。

具体的，车载光伏机器人的当前位姿是借助视觉SLAM、IMU和轮速计(也称里程计)进行处理。车载光伏机器人的双目视觉相机采集的图像经过视觉里程计提取边缘特征和最小二乘法拟合直线段，与全局地图进行匹配，计算得到光伏机器人基于两侧双目视觉红外相机的两个位姿后，再与IMU进行位姿融合，另一方面利用轮速计计算光伏机器人位置，输入到自适应卡尔曼滤波得到最终的位姿。

车载光伏机器人的目标位姿，是对准目标充电车库的充电口，可以充电的位姿。在充电口安装位置无误的情况下，车载光伏机器人的目标位姿是一致的，使用时只需要从数据库中调取，或是直接储存在机器人控制驾驶模块中。

所述控制驾驶模块10，还用于基于所述目标位姿，控制所述车载光伏机器人移动，以实时调整所述车载光伏机器人的当前位姿，直至对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。

具体的，把车载光伏机器人当前位姿以相邻时刻的运动串起来，构成了机器人的运动轨迹，进而得到精度更高的位姿，然后通过控制车载光伏机器人微调位姿，定位到充电接口上实现自动充电。

本发明提供的一种车载光伏机器人自动充电系统的另一个实施例，如说明书附图4所示，在上述装置的一个实施例的位姿获取模块40基础上，还包括：

图像获取子模块41，用于通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像。

具体的，在车载光伏机器人行驶至引导线尽头时，即车载光伏机器人完全进入该充电车位后，通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像。

特征提取子模块42，用于提取所述车载光伏机器人的局部环境图像的边缘特征，并通过最小二乘法拟合图像直线段，与全局地图进行匹配，得到所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿。

具体的，分别分析每个相机采集的图像数据，基于每个相机获取的数据分析得到对应的视觉相机位姿，也就是初步位姿。

位姿融合子模块43，用于将所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿与IMU测量数据进行位姿融合，得到所述车载光伏机器人的融合位姿。

具体的，将基于视觉相机的两个视觉相机位姿，与IMU测量数据进行位姿融合，融合得到一个车载光伏机器人整体的的进一步位姿。

位置确定子模块44，用于根据所述车载光伏机器人的轮速计测量数据与IMU测量数据，确定所述车载光伏机器人的位置。

卡尔曼滤波子模块45，用于将所述融合位姿和所述车载光伏机器人位置输入到自适应卡尔曼滤波，得到所述车载光伏机器人的当前位姿。

具体的，通过卡尔曼滤波子模块45，输出更加精准的车载光伏机器人的当前位姿。

本发明提供的一种车载光伏机器人自动充电系统的另一实施例，如说明书附图5所示，在上述装置的一个实施例的基础上，还包括充电判断模块，具体包括：

电量判断子模块01，用于获取所述车载光伏机器人的当前电量，并判断所述车载光伏机器人当前电量是否低于预设的第一电量。

具体的，提前设置一个车载光伏机器人的第一电量为预警电量，若电量低于该第一电量则表示车载光伏机器人的电量状态不好，并发出预警。

任务判断子模块02，用于当所述车载光伏机器人当前电量低于预设的第一电量时，判断所述车载光伏机器人当前任务是否已经完成。

具体的，若机器人当前电量大于第一电量时，则继续执行当前任务或接受新的任务。若机器人当前电量小于第一电量时，则需要根据机器人当前任务，考虑何时下发充电指令。

指令下发子模块03，用于当判定所述车载光伏机器人当前任务已完成时，则下达所述车载光伏机器人的充电指令。

具体的，当机器人当前电量小于第一电量时，并且判定所述车载光伏机器人当前任务已完成，则立即下发充电指令，不再接收新的任务。

所述电量判断子模块01，还用于当判定所述车载光伏机器人当前任务未完成时，预测所述车载光伏机器人完成当前任务后剩余的电量是否低于预设的第二电量。所述第二电量低于所述第一电量。

具体的，第二电量为车载光伏机器人从当前地点返回充电车库充电过程中需要的最大电量，防止车载光伏机器人在返回过程中电量耗尽，第二电量也为警戒电量。

所述指令下发子模块03，还用于若预测的所述剩余的电量低于预设的第二电量，则中止当前任务，下达所述车载光伏机器人的充电指令。若预测的所述剩余的电量不低于预设的第二电量，则在所述车载光伏机器人完成当前任务后，再下达所述车载光伏机器人的充电指令。

具体的，若预测当前任务完成后的电量大于预设的第二电量，即表明当前任务结束后还有充足的电量支持该车载光伏机器人返回车库进行充电。则在当前任务结束后再执行返回充电车库进行充电。若预测当前任务完成后的电量小于预设的第二电量，则标记并汇报当前任务完成进度，以便充电结束后继续完成未完成的任务，或由其他机器人继续完成未完成的任务，并且在标记任务进度后下发充电指令，执行返回充电车库进行充电。

本发明的一种车载光伏机器人自动充电方法和系统设备具有相同的技术构思，三者的实施例的技术细节可相互适用，为减少重复，此次不再赘述。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种车载光伏机器人自动充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述车载光伏机器人返回到充电车库；

当所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人上设置的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像；

基于所述环境图像识别目标空闲充电车位，并驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位；

基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿；

基于所述目标位姿，控制所述车载光伏机器人移动，以实时调整所述车载光伏机器人的当前位姿，直至对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。

2.如权利要求1所述的一种车载光伏机器人的自动充电方法，其特征在于，所述充电车库的行驶道上设置有引导线，每个充电车位设置有对应的指示灯，用于指示当前车位的状态；所述的基于所述环境图像识别目标空闲充电车位；具体包括：

识别所述环境图像中的引导线及充电车位的指示灯；所述引导线包括行驶引导线和入库引导线；

控制所述车载光伏机器人沿识别到的所述行驶引导线行驶；并实时判断识别到的所述充电车位的指示灯是否亮起；

当识别到所述充电车位的指示灯亮起时，则锁定所述充电车位为目标空闲充电车位。

3.如权利要求2所述的一种车载光伏机器人自动充电方法，其特征在于，所述的驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位；具体包括：

基于所述环境图像，识别所述目标空闲充电车位对应的入库引导线；

控制所述车载光伏机器人沿所述入库引导线驶入所述目标空闲充电车位；

控制所述目标空闲充电车位对应的指示灯熄灭。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种车载光伏机器人自动充电方法，其特征在于，所述基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿，包括以下步骤：

通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像；

提取所述车载光伏机器人的局部环境图像的边缘特征，并通过最小二乘法拟合图像直线段，与全局地图进行匹配，得到所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿；

将所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿与IMU测量数据进行位姿融合，得到所述车载光伏机器人的融合位姿；

根据所述车载光伏机器人的轮速计测量数据与IMU测量数据，确定所述车载光伏机器人的位置；

将所述融合位姿和所述车载光伏机器人的位置输入到自适应卡尔曼滤波，得到所述车载光伏机器人的当前位姿。

5.如权利要求1所述的一种车载光伏机器人自动充电方法，其特征在于，在所述车载光伏机器人接收到充电指令之前，还包括以下步骤：

获取所述车载光伏机器人的当前电量；

判断所述车载光伏机器人当前电量是否低于预设的第一电量；若是，则判断所述车载光伏机器人当前任务是否已经完成；

当判定所述车载光伏机器人当前任务已完成时，则下达所述车载光伏机器人的充电指令；

当判定所述车载光伏机器人当前任务未完成时，预测所述车载光伏机器人完成当前任务后剩余的电量是否低于预设的第二电量；所述第二电量低于所述第一电量；

若预测的所述剩余的电量低于预设的第二电量，则中止当前任务，下达所述车载光伏机器人的充电指令；若预测的所述剩余的电量不低于预设的第二电量，则在所述车载光伏机器人完成当前任务后，再下达所述车载光伏机器人的充电指令。

6.一种车载光伏机器人自动充电系统，其特征在于，包括：

控制驾驶模块，用于当车载光伏机器人接收到充电指令时，控制所述车载光伏机器人返回到充电车库；

图像采集模块，用于当所述车载光伏机器人返回充电车库后，通过所述车载光伏机器人上设置的视觉相机，采集所述充电车库的环境图像；

目标识别模块，用于基于所述环境图像识别目标空闲充电车位；

所述控制驾驶模块，还用于驱动所述车载光伏机器人驶入所述目标空闲充电车位；

位姿获取模块，用于基于所述车载光伏机器人视觉相机获取所述车载光伏机器人的当前位姿，并确定所述目标充电车位的充电口的目标位姿；

所述控制驾驶模块，还用于基于所述目标位姿，控制所述车载光伏机器人移动，以实时调整所述车载光伏机器人的当前位姿，直至对准插入所述充电车位的充电口实现自动充电。

7.如权利要求6所述的一种车载光伏机器人自动充电系统，其特征在于，所述充电车库的行驶道上设置有引导线，每个充电车位设置有对应的指示灯，用于指示当前车位的状态；所述目标识别模块包括：

引导线识别子模块，用于识别所述环境图像中的引导线；所述引导线包括行驶引导线和入库引导线；以便所述控制驾驶模块控制所述车载光伏机器人沿识别到的所述行驶引导线行驶；

指示灯识别子模块，用于识别所述环境图像中充电车位的指示灯；并实时判断识别到的所述充电车位的指示灯是否亮起；

目标锁定子模块，用于当识别到所述充电车位的指示灯亮起时，则锁定所述充电车位为目标空闲充电车位。

8.如权利要求7所述的一种车载光伏机器人自动充电系统，其特征在于，还包括车辆检测模块，其中：

所述引导线识别子模块，还用于在锁定所述目标空闲充电车位后，基于所述环境图像识别所述目标空闲充电车位对应的所述入库引导线；

所述控制驾驶模块，还用于控制所述车载光伏机器人沿所述入库引导线驶入所述目标空闲充电车位；

所述车辆检测模块，用于检测到所述车载光伏机器人行驶至所述目标空闲充电车位后，控制所述目标空闲充电车位对应的指示灯熄灭。

9.如权利要求6-8任一项所述的一种车载光伏机器人自动充电系统，其特征在于，所述位姿获取模块包括：

图像获取子模块，用于通过所述车载光伏机器人两侧设置的视觉相机实时采集所述车载光伏机器人所处的局部环境图像；

特征提取子模块，用于提取所述车载光伏机器人的局部环境图像的边缘特征，并通过最小二乘法拟合图像直线段，与全局地图进行匹配，得到所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿；

位姿融合子模块，用于将所述车载光伏机器人的两个视觉相机位姿与IMU测量数据进行位姿融合，得到所述车载光伏机器人的融合位姿；

位置确定子模块，用于根据所述车载光伏机器人的轮速计测量数据与IMU测量数据，确定所述车载光伏机器人的位置；

卡尔曼滤波子模块，用于将所述融合位姿和所述车载光伏机器人位置输入到自适应卡尔曼滤波，得到所述车载光伏机器人的当前位姿。

10.如权利要求6所述的一种车载光伏机器人自动充电系统，其特征在于，还包括，充电判断模块，具体包括：

电量判断子模块，用于获取所述车载光伏机器人的当前电量，并判断所述车载光伏机器人当前电量是否低于预设的第一电量；

任务判断子模块，用于当所述车载光伏机器人当前电量低于预设的第一电量时，判断所述车载光伏机器人当前任务是否已经完成；

指令下发子模块，用于当判定所述车载光伏机器人当前任务已完成时，则下达所述车载光伏机器人的充电指令；

所述电量判断子模块，还用于当判定所述车载光伏机器人当前任务未完成时，预测所述车载光伏机器人完成当前任务后剩余的电量是否低于预设的第二电量；所述第二电量低于所述第一电量；

所述指令下发子模块，还用于若预测的所述剩余的电量低于预设的第二电量，则中止当前任务，下达所述车载光伏机器人的充电指令；若预测的所述剩余的电量不低于预设的第二电量，则在所述车载光伏机器人完成当前任务后，再下达所述车载光伏机器人的充电指令。

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