CN113370816A - 四足机器人充电桩及其精定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及四足机器人充电桩及其精定位方法，包括充电桩本体，所述充电桩本体顶部有电极区和至少一个二维码，电极区与二维码在同一平面内。所述二维码编码了该二维码的ID、该二维码与电极区的中心距离，以及该二维码的两条相互垂直边相对于该二维码中心到电极区中心连线的角度信息。当充电桩进入四足机器人腹部相机的视野范围内，腹部相机检测并识别充电桩并读取充电桩顶部二维码的相关信息，根据设置好的参数，可定位出充电桩在世界坐标系中的准确位置，利于机器人实现自主充电。

Description

四足机器人充电桩及其精定位方法
技术领域
本发明涉及移动机器人技术领域，尤其涉及四足机器人充电桩及其精定位方法。
背景技术
移动机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
移动机器人需要依靠自身携带的高容量电池，实现较长时间的无绳化运行。但是由于电池容量的限制，移动机器人依然需要频繁的返回充电。为真正实现移动机器人长期全自主的独立运行，必须解决移动机器人自主充电问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供四足机器人充电桩及其精定位方法。
本发明通过下述技术方案实现：
四足机器人充电桩，包括充电桩本体，所述充电桩本体顶部有电极区和至少一个二维码，电极区与二维码在同一平面内。
进一步的，二维码有至少两个。
进一步的，二维码围绕电极区沿圆周方向设置。
优选地，所述充电桩本体为圆柱形，所述电极区位于充电桩本体顶部中央。
进一步的，所述二维码编码了该二维码的ID、该二维码与电极区的中心距离，以及该二维码的两条相互垂直边相对于该二维码中心到电极区中心连线的角度信息。
上述四足机器人充电桩的精定位方法，包括：
S1，四足机器人的相机拍摄所述充电桩本体，相机视野中有至少一个二维码；
S2，获取视野中的一个二维码的三个角点在相机坐标系中的坐标，求得在相机坐标系中该二维码的中心坐标及边长；
S3，根据已知的二维码真实边长、二维码中心与电极区中心的真实距离以及S2获得的数据，计算出电极区中心到二维码中心的中心向量，根据所述中心向量求得电极区中心在相机坐标系中的坐标。
进一步的，所述S2中，获取视野中多个二维码中面积最大的二维码的三个角点坐标。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明充电桩顶部配有电极和经过编码的二维码。当充电桩进入四足机器人腹部相机的视野范围内，腹部相机检测并识别充电桩并读取充电桩顶部二维码的相关信息，根据设置好的参数，可定位出充电桩在世界坐标系中的准确位置，利于机器人实现自主充电。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
图1是实施例1中四足机器人充电桩的三维图；
图2是充电桩本体顶面的示意图；
图3是二维码所在圆与充电桩的位置示意图；
图4是腹部相机视野中图像的示意图；
图5是二维码的示意图；
图6是二维码的两条相互垂直边与该二维码中心到电极区中心连线的角度关系的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本发明公开的四足机器人充电桩，包括充电桩本体，所述充电桩本体顶部有电极区和至少一个二维码，电极区与二维码在同一平面内。
电极区内有对称分布的电极。二维码编码了该二维码的ID、该二维码与电极区的中心距离，以及该二维码的两条相互垂直边相对于该二维码中心到电极区中心连线的角度信息。
二维码的数量根据需要设置，理论上有一个就可满足，但为了提高定位的效率与准确性，二维码有至少两个。
本发明公开的四足机器人充电桩的精定位方法，包括：
S1，四足机器人的相机拍摄所述充电桩本体，相机视野中有至少一个二维码；
S2，获取视野中的一个二维码的三个角点在相机坐标系中的坐标，求得在相机坐标系中该二维码的中心坐标及边长；
S3，根据已知的二维码真实边长、二维码中心与电极区中心的真实距离以及S2获得的数据，计算出电极区中心到二维码中心的中心向量，根据所述中心向量求得电极区中心在相机坐标系中的坐标。
基于上述四足机器人充电桩，本发明提供一实施例。
实施例1
如图1、2所示，本实施例中充电桩本体10为圆柱形，所述电极区20位于充电桩本体10顶部中央。二维码围绕电极区20沿圆周方向设置。电极区20中心就是充电桩本体10中心，电极区内有对称分布的电极。
经过编码的二维码30编码了二维码序号、该二维码中心到充电桩中心距离以及二维码的两条垂直边相对于二维码中心到充电桩中心连线的角度信息。
如图2、3所示，二维码30中心均位于充电桩截面的同心圆上。同时，每两个相邻二维码之间的距离是已知的。假设充电桩半径为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，二维码中心所在圆的半径为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，二维码的边长为L。
二维码30数量有8个，可获取视野中面积最大的那个二维码来进行定位计算。8个二维码30分别编码了***数字1、2、3、4、5、6、7、8作为其序号。
当充电桩位于四足机器人的腹部相机视野范围内时，腹部相机的图像如图4所示。
此时，根据二维码的特点，可以获得角点坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，如图4所示。继而可以获得任意一个二维码30的中心坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，以及该二维码30的边长
Figure DEST_PATH_IMAGE006
。
于是，可以获得以下数值。
比值：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
由于二维码真实边长L和二维码中心所在圆的真实半径为
Figure 456829DEST_PATH_IMAGE002
确定，若若充电桩在相机坐标系中半径为r，二维码中心所在圆在相机坐标系中半径为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，于是可以得到
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，于是得到
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
。
假设相机坐标系中充电桩中心
Figure DEST_PATH_IMAGE012
的坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，则充电桩中心
Figure 327964DEST_PATH_IMAGE012
到二维码中心
Figure DEST_PATH_IMAGE014
的向量为
Figure DEST_PATH_IMAGE015
：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
。
根据A、B、C三点坐标，计算出二维码AB边的边向量
Figure DEST_PATH_IMAGE017
以及AC边的边向量
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
根据A、B、C三点坐标、二维码中心坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE019
以及
Figure 560232DEST_PATH_IMAGE017
、
Figure 689862DEST_PATH_IMAGE018
与
Figure 238655DEST_PATH_IMAGE015
的夹角可计算出充电桩中心到二维码中心的向量
Figure 156057DEST_PATH_IMAGE015
，根据
Figure 157511DEST_PATH_IMAGE015
可求得充电桩中心在相机坐标系中的坐标信息。结合图5，详细的计算过程如下：
首先，计算
Figure 949887DEST_PATH_IMAGE015
的方向：
采用公式（1）计算
Figure 87607DEST_PATH_IMAGE015
与
Figure 815392DEST_PATH_IMAGE017
的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，采用公式（2）计算
Figure 897617DEST_PATH_IMAGE015
与
Figure 228104DEST_PATH_IMAGE018
的夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE021
；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
（1）
Figure DEST_PATH_IMAGE023
（2）
又因充电桩中心和二维码中心连线与AB边的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE024
、与AC边的夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE025
已知，因此可通过求解公式（1）和公式（2）得到
Figure 112009DEST_PATH_IMAGE015
的方向。
然后，计算
Figure 276274DEST_PATH_IMAGE015
的大小：
确定中心坐标方向之后，可以根据充电桩中心和二维码中心连线长度
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，既有公式（3）：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
=
Figure DEST_PATH_IMAGE028
（3）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
。
联合公式（1）、公式（2）、公式（3），即可得出充电桩中心
Figure 642533DEST_PATH_IMAGE013
，然后，通过坐标变换即可得到充电桩在真实世界中的坐标。
当机器人得知充电桩的大小和中心点后，机器人可以调整身体姿势，跨过充电桩并趴下充电。
本发明充电桩顶部配有电极和经过编码的二维码。当充电桩进入四足机器人腹部相机的视野范围内，腹部相机检测并识别充电桩并读取充电桩顶部二维码的相关信息，根据设置好的参数，可定位出充电桩在世界坐标系中的准确位置，利于机器人实现自主充电。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.四足机器人充电桩，包括充电桩本体，其特征在于：所述充电桩本体顶部有电极区和至少一个二维码，电极区与二维码在同一平面内。
2.根据权利要求1所述的四足机器人充电桩，其特征在于：二维码有至少两个。
3.根据权利要求2所述的四足机器人充电桩，其特征在于：二维码围绕电极区沿圆周方向设置。
4.根据权利要求1所述的四足机器人充电桩，其特征在于：所述充电桩本体为圆柱形，所述电极区位于充电桩本体顶部中央。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的四足机器人充电桩，其特征在于：所述二维码编码了该二维码的ID、该二维码与电极区的中心距离，以及该二维码的两条相互垂直边相对于该二维码中心到电极区中心连线的角度信息。
6.如权利要求1-5中任一项所述的四足机器人充电桩的精定位方法，其特征在于：包括：
S1，四足机器人的相机拍摄所述充电桩本体，相机视野中有至少一个二维码；
S2，获取视野中的一个二维码的三个角点在相机坐标系中的坐标，求得在相机坐标系中该二维码的中心坐标及边长；
S3，根据已知的二维码真实边长、二维码中心与电极区中心的真实距离以及S2获得的数据，计算出电极区中心到二维码中心的中心向量，根据所述中心向量求得电极区中心在相机坐标系中的坐标。
7.根据权利要求6所述的精定位方法，其特征在于：所述S2中，获取视野中多个二维码中面积最大的二维码的三个角点坐标。
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