WO2019062119A1 - 一种自主移动机器人及其自动对接的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种自主移动机器人及其自动对接的控制方法和装置，该方法包括：当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台（S101）；控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器（S102）；根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线（S103）；根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台（S104）。该控制方法和装置可实现自主移动机器人和机器人服务台的准确对接。

Description

一种自主移动机器人及其自动对接的控制方法和装置 技术领域

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种自主移动机器人及其自动对接的控制方法和装置。

背景技术

随着移动机器人技术的发展，移动机器人已经开始慢慢走进应用。目前几乎所有移动机器人均为电动力，故充电是移动机器人的必要操作。而对于自主移动机器人，自动充电功能则是其中非常重要且必要功能，只有实现自动充电功能，才能实现真正意义上自主移动，即无需人的干预可实现连续的正常工作。目前最为常见的则是市面上的小型扫地机，基本上均具备自动充电功能。

实际上自动充电技术最后映射的是移动机器人与充电桩自动对接功能。而对接功能却不仅仅应用于自动充电。例如对于自主清洗机器人，不仅应具备自动充电能力，同时应具备自动加清水和自动排污水功能。因此对自主移动机器人自动对接能力要求更高。

目前常用的自动充电技术主要包括根据红外引导和图像识别两种方案，对于家庭服务、酒店服务或小型扫地机均可使用，共同特点是这些机器人移动灵活性较强，其主要为双轮差速驱动，因此在充电桩很近处就能灵活调节方向进行正确对接。

但对于自主清洗机器人，自动对接不仅是自动充电，还包括自动加水和排水功能。目前常用的对接方案不足处有以下几点：

自主移动机器人均有定位和自主导航能力，目前具备自主移动能力的机器人，激光雷达必不可少。当需要充电时机器人会自动移动至充电桩前方附近（一定距离内），然后启动自动对接功能。因此红外传感器和摄像头设备是专为自动充电提供的额外设备。然而，大型移动机器人，如汽车驱动结构，其中驱动和转向分离，近距离调节能力差，因此必须在距充电桩远处必须开始进行引导，而红外传感器和图像识别受距离限制。红外传感器近似为直线引导，但实际上为扇形，扇形越大，对接精度越差。而扇形越小，则搜索充电桩范围小，难以对接。图像识别适应性强，但是大型机器人对接不仅要求对接时偏移准确，同时要求对接时角度精准；而图像对充电桩倾斜检测精度差。最终对接成功判断标准，目前均是检测是否充电成功，而并不能从根本上检测对接准确。而对于加水、排水等其他对接，则无法保证其准确性。

技术问题

解决采用红外传感器和图像识别技术进行对接，准确性较差的问题。

技术解决方案

第一方面，本发明提供了一种自主移动机器人自动对接的控制方法，所述方法包括：

当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；

控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器；

根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线；

根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台。

第二方面，本发明提供了一种自主移动机器人自动对接的控制装置，所述装置包括：

控制模块，用于当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；

识别模块，用于控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器；

路线计算模块，用于根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线；

引导模块，用于根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台。

第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的自主移动机器人自动对接的控制方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种自主移动机器人，包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的自主移动机器人自动对接的控制方法的步骤。

有益效果

在本发明中，由于自主移动机器人自主导航至机器人服务台前方的预设距离处时，自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线。因此可实现自主移动机器人和机器人服务台的准确对接，精度高。使自主移动机器人具备定位、自主导航能力，适应性强，在无人干预情况下可实现自动加清水和排污水、自动充电、自动清洗等功能，不受机器人驱动结构限制；无需增加额外设备或传感器，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的自主移动机器人自动对接的控制方法流程图。

图2是自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台的示意图。

图3是激光扫描轮廓示意图。

图4是一块反光板安装位置示意图。

图5是两块反光板安装位置示意图。

图6是三块反光板安装位置示意图。

图7是具有预设形状的凹槽的机器人服务台的面的俯视图。

图8是凹槽的轮廓示意图。

图9是滤波后计算两反光板中垂线示意图。

图10是机器人服务台轮廓的角度示意图。

图11是本发明实施例二提供的自主移动机器人自动对接的控制装置的功能模块框图。

图12是本发明实施例四提供的自主移动机器人的具体结构框图。

本发明的实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

机器人本体为前轮转向，后轮驱动结构，类似汽车结构，此类机器人调整不灵活；机器人服务台可以为机器人充电、加清水，同时接收机器人排放的污水。但由于存在加清水和排污水，其对接精度要求甚高，左右偏移4cm以内；倾斜角度3度以内。

因为汽车结构调整灵活性差，需留有一定距离方可准确对接机器人服务台。激光定位准确度与电子地图精度有关，精度过高，运算量大，同时定位稳定性较差。目前地图精度为5cm,故定位精度为5cm。但是若需精准对接，必须知道机器人服务台的存在和其所在精确的位置和角度。虽然可根据固定的路线引导至机器人服务台，但定位精度易受环境影响，可靠性差；同时机器人服务台可能存在偏移。

因此本发明提供了一种自主移动机器人自动对接的控制方法，可实现准确对接。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图1，本发明实施例一提供的自主移动机器人自动对接的控制方法包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的自主移动机器人自动对接的控制方法并不以图1所示的流程顺序为限。

S101、当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处（例如2米处），并在停止时，控制自主移动机器人201中安装有激光扫描传感器的面2011朝向机器人服务台202（如图2所示）。

在本发明实施例一中，在S101之前，所述方法还包括以下步骤：

判断自主移动机器人是否需要自动对接至机器人服务台，如果需要，则执行S101。

判断自主移动机器人是否需要自动对接至机器人服务台具体可以为：

判断是否需自动充电或者清水是否为空或者污水是否已满等，但并不限于此。

所述自主导航至机器人服务台前方的预设距离处具体可以为：

预先创建电子地图，根据电子地图通过激光扫描传感器进行定位，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处。

S102、控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器。

在本发明实施例一中，S102具体可以为：

控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光强度识别安装在机器人服务台的反光板位置以间接识别机器人服务台（如图3所示，其中粗线条2021表示激光强度高区域），安装反光板的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器。

由于自主移动机器人本身自带激光扫描传感器，其检测距离和扫描范围均比图像识别所用摄像头和红外传感器大得多，同时激光直线性和距离更加精准。显然直接采用激光检测识别机器人服务台精确度更高。但由于激光扫描传感器为二维激光雷达，仅能扫描机器人服务台一条线，其特征点难以确信为机器人服务台。在本发明实施例一中，为增强可靠性和简化算法，在机器人服务台的一面安装反光板。反光板可增强激光雷达光束的反射强度。安装在机器人服务台的反光板可以有一块或多块，反光板的高度与激光扫描传感器的高度相等。当采用一块反光板时，反光板2022可以安装在机器人服务台其中一个面的中心（如图4所示），反光板的面积可以等于或小于安装在机器人服务台所在面的面积。当采用多块反光板时，反光板安装在机器人服务台的同一面。当采用两块反光板时，两块反光板2023、2024安装在机器人服务台的同一面的左右对称位置（如图5所示）。当采用三块反光板时，其中一块反光板2025可以安装在机器人服务台其中一个面的中心，另两块反光板2026、2027可以对称安装在位于中心的反光板的左右两侧（如图6）。

在本发明实施例一中，所述通过反射的激光强度识别安装在机器人服务台的反光板位置间接识别机器人服务台具体可以为：

对反射的激光强度进行滤波，保留激光强度高于预定阈值的距离值，根据距离值确定安装在机器人服务台的反光板位置间接识别机器人服务台。

在本发明实施例一中，S102具体也可以为：

控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设形状的凹槽轮廓以间接识别机器人服务台（如图8所示，其中粗线条4041表示凹槽的轮廓），具有预设形状的凹槽的机器人服务台的面（如图7所示，其中粗线条4040表示具有预设形状的凹槽的机器人服务台的面的俯视图）朝向激光扫描传感器。

预设形状的凹槽可以是多个连续的矩形凹槽，为保证识别准确度，矩形凹槽的数量最好是5个以上。

S103、根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线。

在本发明实施例一中，当机器人服务台的面安装反光板时，S103具体可以为：

根据反光板的位置计算机器人服务台的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。

当采用一块反光板时，反光板安装在机器人服务台其中一个面的中心时，S103具体可以包括以下步骤：

根据激光强度高于预定阈值的距离值再次滤波检测到反光板对应的一条线段；

判断所述线段的长度是否等于反光板长度，如果是，则计算所述线段的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。

当采用两块反光板，两块反光板安装在机器人服务台的同一面的左右对称位置时，S103具体可以包括以下步骤：

根据激光强度高于预定阈值的距离值再次滤波检测到两个反光板对应的两条线段；

根据所述两条线段计算中垂线30，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线（如图9所示）。

当采用三块反光板，其中一块反光板安装在机器人服务台其中一个面的中心，另两块反光板对称安装在位于中心的反光板的左右两侧时，S103具体可以包括以下步骤：

根据激光强度高于预定阈值的距离值再次滤波检测到位于中心的反光板对应的一条线段和左右两侧的反光板对应的两条线段；

判断所述位于中心的反光板对应的一条线段的长度是否等于位于中心的反光板长度，如果是，则计算所述位于中心的反光板对应的一条线段的第一中垂线，根据所述左右两侧的反光板对应的两条线段计算第二中垂线；

根据第一中垂线和第二中垂线得出正确的中垂线，将所述正确的中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。

在本发明实施例一中，当机器人服务台的面具有预设形状的凹槽时，S103具体可以为：

根据机器人服务台的预设形状的凹槽轮廓计算预设形状的凹槽轮廓的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。

S104、根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台。

在本发明实施例一中，在S104之后，所述方法还包括以下步骤：

控制自动充电、加水或排污水。

在本发明实施例一中，在S104之后，所述方法还可以包括以下步骤：

控制激光扫描传感器再次扫描机器人服务台，根据机器人服务台轮廓的位置和角度判断是否对接成功；

如果对接不成功，则返回S101；如果对接成功，则控制自动充电、加水或排污水。

请参阅图10，所述根据机器人服务台轮廓判断是否对接成功具体可以为：

通过判断a、d、x、L四项参数来判断判断是否对接成功，其中实黑线为机器人服务台轮廓，角度a为自主移动机器人与机器人服务台平行角度偏移量，d为自主移动机器人到机器人服务台中心距离，x为机器人服务台与自主移动机器人水平偏移量，L为机器人服务台轮廓长度；

当a小于第一预定阈值、d小于第二预定阈值、x小于第三预定阈值、且检测到L与实际机器人服务台轮廓长度相差小于第三预定阈值时，判断为对接成功。

实施例2

请参阅图11，本发明实施例二提供的自主移动机器人自动对接的控制装置包括：

控制模块11，用于当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；

识别模块12，用于控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器；

路线计算模块13，用于根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线；

引导模块14，用于根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台。

本发明实施例二提供的自主移动机器人自动对接的控制装置跟本发明实施例一提供的自主移动机器人自动对接的控制方法对应，在此不再详细描述。

实施例3

本发明实施例三还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的自主移动机器人自动对接的控制方法的步骤。

实施例4

图12示出了本发明实施例四提供的自主移动机器人的具体结构框图，一种自主移动机器人100，包括：

一个或多个处理器101；

存储器102；以及

一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器102中，并且被配置成由所述一个或多个处理器101执行，所述处理器101执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一提供的自主移动机器人自动对接的控制方法的步骤。

在本发明中，由于自主移动机器人自主导航至机器人服务台前方的预设距离处时，自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线。因此可实现自主移动机器人和机器人服务台的准确对接，精度高。使自主移动机器人具备定位、自主导航能力，适应性强，在无人干预情况下可实现自动加清水和排污水、自动充电、自动清洗等功能，不受机器人驱动结构限制；无需增加额外设备或传感器，成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1. 一种自主移动机器人自动对接的控制方法，其特征在于，所述方法包括：

   当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；

   控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器；

   根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线；

   根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器具体为：

   控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光强度识别安装在机器人服务台的反光板位置以间接识别机器人服务台，安装反光板的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线具体为：

   根据反光板的位置计算机器人服务台的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，安装在机器人服务台的反光板有一块或多块；

   当采用一块反光板，反光板安装在机器人服务台其中一个面的中心时，所述根据反光板的位置计算机器人服务台的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线具体包括：

   根据激光强度高于预定阈值的距离值再次滤波检测到反光板对应的一条线段；

   判断所述线段的长度是否等于反光板长度，如果是，则计算所述线段的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线；

   当采用两块反光板，两块反光板安装在机器人服务台的同一面的左右对称位置时，所述根据反光板的位置计算机器人服务台的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线具体包括：

   根据激光强度高于预定阈值的距离值再次滤波检测到两个反光板对应的两条线段；

   根据所述两条线段计算中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线；

   当采用三块反光板，其中一块反光板安装在机器人服务台其中一个面的中心，另两块反光板对称安装在位于中心的反光板的左右两侧时，所述根据反光板的位置计算机器人服务台的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线具体包括：

   根据激光强度高于预定阈值的距离值再次滤波检测到位于中心的反光板对应的一条线段和左右两侧的反光板对应的两条线段；

   判断所述位于中心的反光板对应的一条线段的长度是否等于位于中心的反光板长度，如果是，则计算所述位于中心的反光板对应的一条线段的第一中垂线，根据所述左右两侧的反光板对应的两条线段计算第二中垂线；

   根据第一中垂线和第二中垂线得出正确的中垂线，将所述正确的中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器具体为：

   控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设形状的凹槽轮廓以间接识别机器人服务台，具有预设形状的凹槽的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线具体为：

   根据机器人服务台的预设形状的凹槽轮廓计算预设形状的凹槽轮廓的中垂线，将所述中垂线作为自主移动机器人自动对接引导路线。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台之后，所述方法还包括：

   控制激光扫描传感器再次扫描机器人服务台，根据机器人服务台轮廓的位置和角度判断是否对接成功；

   如果对接不成功，则返回所述当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台的步骤；如果对接成功，则控制自动充电、加水或排污水。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据机器人服务台轮廓判断是否对接成功具体为：

   通过判断a、d、x、L四项参数来判断判断是否对接成功，其中，角度a为自主移动机器人与机器人服务台平行角度偏移量，d为自主移动机器人到机器人服务台中心距离，x为机器人服务台与自主移动机器人水平偏移量，L为机器人服务台轮廓长度；

   当a小于第一预定阈值、d小于第二预定阈值、x小于第三预定阈值、且检测到L与实际机器人服务台轮廓长度相差小于第三预定阈值时，判断为对接成功。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台之前，还包括：

   判断自主移动机器人是否需要自动对接至机器人服务台。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述判断自主移动机器人是否需要自动对接至机器人服务台具体为：

    判断是否需自动充电或者清水是否为空或者污水是否已满。
11. 如权利要求1、7或9所述的方法，其特征在于，所述自主导航至机器人服务台前方的预设距离处具体为：

    预先创建电子地图，根据电子地图通过激光扫描传感器进行定位，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处。
12. 一种自主移动机器人自动对接的控制装置，其特征在于，所述装置包括：

    控制模块，用于当需要自动对接时，自主导航至机器人服务台前方的预设距离处，并在停止时，控制自主移动机器人中安装有激光扫描传感器的面朝向机器人服务台；

    识别模块，用于控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设结构以间接识别机器人服务台，具有预设结构的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器；

    路线计算模块，用于根据预设结构的位置计算自主移动机器人到机器人服务台的自动对接引导路线；

    引导模块，用于根据自动对接引导路线将自主移动机器人引导至机器人服务台。
13. 如权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述识别模块具体用于：

    控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光强度识别安装在机器人服务台的反光板位置以间接识别机器人服务台，安装反光板的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器；或

    控制激光扫描传感器扫描机器人服务台，通过反射的激光识别机器人服务台的预设形状的凹槽轮廓以间接识别机器人服务台，具有预设形状的凹槽的机器人服务台的面朝向激光扫描传感器。
14. 一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至11任一项所述的自主移动机器人自动对接的控制方法的步骤。
15. 一种自主移动机器人，包括：

    一个或多个处理器；

    存储器；以及

    一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至11任一项所述的自主移动机器人自动对接的控制方法的步骤。