CN113589805A - 一种四足机器人的自主充电方法和*** - Google Patents

一种四足机器人的自主充电方法和*** Download PDF

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宋喆
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Abstract

本发明涉及一种四足机器人的自主充电方法和***，方法包括：将四足机器人与充电站一一匹配对应；生成四足机器人周边环境的三维环境模型，标定充电站和四足机器人的位置；在三维环境模型中规划前往充电站的路线；通过四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对；通过激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，对四足机器人和充电站进行精准校对；驱动四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电。与现有技术相比，本发明能使四足机器人能快速、安全、准确的对接充电站。

Description

一种四足机器人的自主充电方法和***
技术领域
本发明涉及机器人充电技术领域，尤其是涉及一种四足机器人的自主充电方法和***。
背景技术
目前自主充电实现方式主要有：激光导航、超声波探测、红测距技术、激光建模技术
激光导航进行自助充电，利用激光光束集中的特点，直线对准的准确性最高，但角度较小不适合大范围的引导，只适合近距离辅助对接校准。
超声波探测：技术较成熟，覆盖范围大，但精准度不够高，适合远距离大致方向的引导。
红外测距：一般采用红外接收结合姿态调整策略，但会导致机器人即使距离充电站较远也在不断调整姿态，无法快速确定充电站位置。
激光建模：在远距离时，机器人可快速锁定充电站位置，近距离精准校对，激光传感器存在视角盲区，可能会导致存在位置偏差。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在无法快速确定充电站位置的缺陷而提供一种四足机器人的自主充电方法和***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种四足机器人的自主充电方法，包括以下步骤：
将四足机器人与充电站一一匹配对应；
扫描四足机器人的周边环境并进行建模，生成三维环境模型，在该三维环境模型中标定与该四足机器人相对应的充电站的位置，并实时对四足机器人的自身位置进行标定记录；
当四足机器人需要充电时，在所述三维环境模型中确定充电站的方向，并规划前往充电站的路线；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第一距离时，在规划的所述前往充电站的路线的基础上，通过四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第二距离时，该第二距离小于所述第一距离，通过预设在四足机器人上的激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，从而对四足机器人和充电站进行精准校对；
当四足机器人与充电站精准校对完成后，驱动四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电。
进一步地，所述四足机器人根据规划的前往充电站的路线前进过程中，还通过预先设置在四足机器人上的红外测距传感器，实时对周边环境进行检测，并结合所述三维环境模型辅助识别周边障碍物，进行自动避障。
进一步地，所述自主充电方法还包括，对所述机器人的电量进行实时监测，当机器人的电量达到预设的第一电量时，采用涓流充电的方式进行充电。
进一步地，所述四足机器人通过扫描预设在充电站上的二维码，实现与充电站的匹配对应。
进一步地，通过SLAM方法生成所述三维环境模型。
进一步地，通过预设在四足机器人上的深度摄像头，扫描四足机器人的周边环境。
进一步地，所述第一充电接口为充电接触面，所述第二充电接口为充电触点。
进一步地，通过预设在四足机器人中的可见光摄像头采集环境图像，从而进行充电站识别。
本发明还提供一种四足机器人的自主充电***，包括四足机器人和充电站，所述自主充电***的控制过程包括以下步骤：
四足机器人通过扫描预设在充电站上的二维码，实现与充电站的匹配对应；
四足机器人扫描周边环境并进行建模，生成三维环境模型，在该三维环境模型中标定与该四足机器人相对应的充电站的位置，并实时对四足机器人的自身位置进行标定记录；
当四足机器人需要充电时，四足机器人在所述三维环境模型中确定充电站的方向，并规划前往充电站的路线；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第一距离时，在规划的所述前往充电站的路线的基础上，四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第二距离时，该第二距离小于所述第一距离，四足机器人通过预设的激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，从而对四足机器人和充电站进行精准校对；
当四足机器人与充电站精准校对完成后，四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电。
进一步地，充电时，所述充电站对所述机器人的电量进行实时监测，当机器人的电量达到预设的第一电量时，采用涓流充电的方式进行充电。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明首先让四足机器人扫描充电站上的二维码，实现机器人与充电站的一一对应。此时机器人会采用深度摄像头基于SLAM对周边环境进行建模生成三维环境模型，并在建立的地图中对充电站及自身位置进行标定记录。当机器人电量不足需要回充时，机器人利用所得的建模图得到充电站的大致方向，并自主规划路线，在行进过程中，调用红外测距传感器，实时对周边环境进行检测，同时借助利用深度摄像头生成的三维环境模型辅助识别周边障碍物，实现了自动避障；综上，本发明能使四足机器人能快速、安全、准确的对接充电站。
(2)本发明用深度摄像头基于SLAM对周边环境进行建模生成三维环境模型，结合红外测距技术，实现远程快速定位充电站的同时，自主规划路线规避障碍物。相比传统的远程定位方式(超声定位)，超声容易被障碍物阻挡，当充电站与机器人之间有障碍物时，无法快速定位。
(3)本发明采用可见光摄像头进行图像识别充电站为主，深度相机绘制的三维环境模型图为辅，实现机器人和充电站的初步校对，再利用激光导航传感器，实现近距离精准定位。近距离目前常采用红外线引导，一般红外发射角度为扇形，由于红外发射角度的变化和发射边缘信号波动的原因，致使近距离引导充电的成功率较低，需要多次尝试和校准，而红外测距根据接收到的回波相位测试距离但易受到外界干扰。
(4)充电至90以上采用涓流充电，保护机器人电池。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种四足机器人的自主充电方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例1
参考图1所示，本实施例提供一种四足机器人的自主充电方法，包括以下步骤：
将四足机器人与充电站一一匹配对应；
扫描四足机器人的周边环境并进行建模，生成三维环境模型，在该三维环境模型中标定与该四足机器人相对应的充电站的位置，并实时对四足机器人的自身位置进行标定记录；
当四足机器人需要充电时，在三维环境模型中确定充电站的方向，并规划前往充电站的路线；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第一距离时，在规划的前往充电站的路线的基础上，通过四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对，上述第一距离根据四足机器人能够识别供电站的最大距离设定；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第二距离时，该第二距离小于第一距离，通过预设在四足机器人上的激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，从而对四足机器人和充电站进行精准校对，上述第二距离根据四足机器人的激光导航传感器能够识别充电站上的可识别标志的最大距离设定；
当四足机器人与充电站精准校对完成后，驱动四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电；
对机器人的电量进行实时监测，当机器人的电量达到预设的第一电量时，采用涓流充电的方式进行充电，本实施例中，第一电量为90％。
四足机器人根据规划的前往充电站的路线前进过程中，还通过预先设置在四足机器人上的红外测距传感器，实时对周边环境进行检测，并结合三维环境模型辅助识别周边障碍物，进行自动避障。
具体实施过程中，上述自主充电方法包括以下步骤：
S1：四足机器人扫描充电站上的二维码，实现机器人与充电站相绑定，实现一一对应。
S2：机器人采用深度摄像头基于SLAM对周边环境进行建模生成三维环境模型，在建立的地图中对充电站及自身位置进行标定记录。
S3：当机器人电量不足需要回充时，机器人利用在行进过程中生产的三维环境模型，确定自身与充电桩的位置，并自主规划路线，在行进过程中，同时调用红外测距传感器，实时对周边环境进行检测，同时借助利用深度摄像头生成的三维环境模型辅助识别周边障碍物，实现了自动避障，使四足机器人能快速安全的到达充电站附近。
S4：可见光摄像头进行图像识别为主，深度相机绘制的三维环境模型图为辅，得到充电站与四足机器人之间的方位关系及角度误差，实现机器人和充电站的初步校对(机器人基本对准充电站)
S5：采用激光导航传感器，利用激光光束集中，直线对准的精准度最高的特点，实现近距离点对点精准对接，使机器人和充电站能够快速完成短距离的精准校对。
S6：机器人与充电站完成对接后，机器人腹部的充电端子，与充电站顶部的充电端子相接触，实现充电；优选地，本实施例中机器人与充电站采用面对点技术(机器人腹部为充电接触面，充电桩上为充电触点)，同时充电端子均与电路断开。一方面增加了误差容忍度，另一方面保证了电源***的安全性。
S7：充电站会对机器人电量进行实时监测，当电量达到90％以上之后采用涓流充电的方式，延长电池使用时间。
本实施例还提供一种四足机器人的自主充电***，包括四足机器人和充电站，自主充电***的控制过程包括以下步骤：
四足机器人通过扫描预设在充电站上的二维码，实现与充电站的匹配对应；
四足机器人扫描周边环境并进行建模，生成三维环境模型，在该三维环境模型中标定与该四足机器人相对应的充电站的位置，并实时对四足机器人的自身位置进行标定记录；
当四足机器人需要充电时，四足机器人在三维环境模型中确定充电站的方向，并规划前往充电站的路线；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第一距离时，在规划的前往充电站的路线的基础上，四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第二距离时，该第二距离小于第一距离，四足机器人通过预设的激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，从而对四足机器人和充电站进行精准校对；
当四足机器人与充电站精准校对完成后，四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电；
充电时，充电站对机器人的电量进行实时监测，当机器人的电量达到预设的第一电量时，采用涓流充电的方式进行充电。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
将四足机器人与充电站一一匹配对应；
扫描四足机器人的周边环境并进行建模，生成三维环境模型，在该三维环境模型中标定与该四足机器人相对应的充电站的位置，并实时对四足机器人的自身位置进行标定记录；
当四足机器人需要充电时，在所述三维环境模型中确定充电站的方向，并规划前往充电站的路线；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第一距离时，在规划的所述前往充电站的路线的基础上，通过四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第二距离时，该第二距离小于所述第一距离，通过预设在四足机器人上的激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，从而对四足机器人和充电站进行精准校对；
当四足机器人与充电站精准校对完成后，驱动四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电。
2.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，所述四足机器人根据规划的前往充电站的路线前进过程中，还通过预先设置在四足机器人上的红外测距传感器，实时对周边环境进行检测，并结合所述三维环境模型辅助识别周边障碍物，进行自动避障。
3.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，所述自主充电方法还包括，对所述机器人的电量进行实时监测，当机器人的电量达到预设的第一电量时，采用涓流充电的方式进行充电。
4.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，所述四足机器人通过扫描预设在充电站上的二维码，实现与充电站的匹配对应。
5.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，通过SLAM方法生成所述三维环境模型。
6.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，通过预设在四足机器人上的深度摄像头，扫描四足机器人的周边环境。
7.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，所述第一充电接口为充电接触面，所述第二充电接口为充电触点。
8.根据权利要求1所述的一种四足机器人的自主充电方法，其特征在于，通过预设在四足机器人中的可见光摄像头采集环境图像，从而进行充电站识别。
9.一种四足机器人的自主充电***，其特征在于，包括四足机器人和充电站，所述自主充电***的控制过程包括以下步骤：
四足机器人通过扫描预设在充电站上的二维码，实现与充电站的匹配对应；
四足机器人扫描周边环境并进行建模，生成三维环境模型，在该三维环境模型中标定与该四足机器人相对应的充电站的位置，并实时对四足机器人的自身位置进行标定记录；
当四足机器人需要充电时，四足机器人在所述三维环境模型中确定充电站的方向，并规划前往充电站的路线；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第一距离时，在规划的所述前往充电站的路线的基础上，四足机器人采集环境图像，并进行充电站识别，得到机器人与充电站的方位关系和角度误差，从而对四足机器人和充电站进行初步校对；
当四足机器人与充电站的距离小于预设的第二距离时，该第二距离小于所述第一距离，四足机器人通过预设的激光导航传感器，探测预设在充电站上的可识别标志，从而对四足机器人和充电站进行精准校对；
当四足机器人与充电站精准校对完成后，四足机器人与充电站对接，使得四足机器人上的第一充电接口与充电站上的第二充电接口接触，实现充电。
10.根据权利要求9所述的一种四足机器人的自主充电***，其特征在于，充电时，所述充电站对所述机器人的电量进行实时监测，当机器人的电量达到预设的第一电量时，采用涓流充电的方式进行充电。
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