一種機(jī)器人自主充電的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種機(jī)器人自主充電的方法及系統(tǒng)，涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：采用設(shè)置在機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電樁上的視覺定位標(biāo)識(shí)；當(dāng)探測(cè)到充電樁上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，根據(jù)視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算充電樁相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)方位信息引導(dǎo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到充電樁的正前方；當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到充電樁的正前方時(shí)，采用設(shè)置在機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)探測(cè)充電樁上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并根據(jù)視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使機(jī)器人保持直線向所述充電樁移動(dòng)，直至機(jī)器人底座上的充電插槽與充電樁上的充電觸點(diǎn)閉合。本發(fā)明能夠使機(jī)器人精確的定位充電樁的位置，保證機(jī)器人自主充電的順利進(jìn)行。
【專利說明】
一種機(jī)器人自主充電的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)器人及時(shí)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人自主充電的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 很多服務(wù)型移動(dòng)機(jī)器人的任務(wù)是在家庭和辦公室環(huán)境中執(zhí)行清掃、垃圾收集、包 裹遞送、做飯、配送飲料以及監(jiān)控等事務(wù)，它們能夠?qū)⑷祟悘姆敝氐膭趧?dòng)中解脫出來。這些 服務(wù)型移動(dòng)機(jī)器人通常都配置有自主充電系統(tǒng)，機(jī)器人通過自主充電系統(tǒng)能定期地自動(dòng)為 體內(nèi)電池充電，從而能完全自動(dòng)化的運(yùn)作而不需要人工介入?，F(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人的自主充 電系統(tǒng)主要由充電粧及安裝在機(jī)器人上的紅外傳感器或者聲吶傳感器構(gòu)成，其中，充電粧 固定在落地物上，充電時(shí)移動(dòng)機(jī)器人通過紅外傳感器或者聲吶傳感器尋找充電粧的具體位 置，以實(shí)現(xiàn)與充電粧的自動(dòng)對(duì)接，完成自主充電。然而，這種自主充電方式的充電效果很大 程度上受限于紅外傳感器或者聲吶傳感器的探測(cè)距離和精度，不能精確的標(biāo)記充電粧的方 位，每次充電時(shí)都需要多次嘗試尋找充電粧，并且很容易在機(jī)器人行進(jìn)的過程中丟失傳感 信號(hào)而造成充電失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種機(jī)器人自主充電的方法及系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有 的機(jī)器人自主充電方式不能精確的標(biāo)記充電粧的方位，每次充電時(shí)都需要多次嘗試尋找充 電粧，并且很容易在機(jī)器人行進(jìn)的過程中丟失傳感信號(hào)而造成充電失敗的問題。
[0004] 本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種機(jī)器人自主充電的方法，包括：
[0005] 采用設(shè)置在機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電粧上的視 覺定位標(biāo)識(shí)；
[0006] 當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算所述充電 粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧 的正前方；
[0007] 當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二 攝像機(jī)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人 的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插 槽與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合。
[0008] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所 述機(jī)器人的方位信息具體包括：
[0009] 基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、 偏航角度、俯仰角度以及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0010] 根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的 原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算得出所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述視覺定位標(biāo)識(shí)為長(zhǎng)方形多層嵌套性標(biāo)識(shí)。
[0012] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算 出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺 定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)具體包括： 廠π Γ^? 廠π X X
[0013] 根據(jù)單應(yīng)性矩陣：_)；=說[/'1，〃2，/^]^=.4/[/十/'2,〖]}^，利用所述視覺定位 0 1 1 標(biāo)識(shí)中任一層的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及第 一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0014] 其中，（x，y，l)表示視覺定位標(biāo)識(shí)中任一角點(diǎn)在第一攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中像素 坐標(biāo)的齊次坐標(biāo)，（X，Y，Z，1)表示所述角點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)，選取視覺 定位標(biāo)識(shí)平面為z = 0,則所述角點(diǎn)在所述視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)即簡(jiǎn)化為(X， ￥，〇，1)，8為引入的任意尺度比例參數(shù)1為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣^1^2^3分別表示視覺定 位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣中的三個(gè)列向量，t為平移向量。
[0015] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè) 置在所述機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并根據(jù)所述視覺定 位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至 所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合具體包括：
[0016] 當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二 攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并利用計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位 標(biāo)識(shí)中位于所述第二攝像機(jī)視場(chǎng)角內(nèi)的最外層嵌套性標(biāo)識(shí)中的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算所述充電粧 相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，然后根據(jù)所述方位信息校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所 述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧上 的充電觸點(diǎn)閉合。
[0017] 本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種機(jī)器人自主充電的系統(tǒng)，包括：
[0018] 設(shè)置在所述機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)，用于在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電粧上 的視覺定位標(biāo)識(shí)；
[0019] 第一引導(dǎo)模塊，用于當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，根據(jù)所述視覺定 位標(biāo)識(shí)計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所述機(jī)器 人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方；
[0020] 設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)，用于當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正 前方時(shí)，繼續(xù)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)；
[0021 ]第二引導(dǎo)模塊，用于根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使 所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧 上的充電觸點(diǎn)閉合。
[0022] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一引導(dǎo)模塊具體用于：
[0023] 基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、 偏航角度、俯仰角度以及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0024] 根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的 原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算得出所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息。
[0025] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述視覺定位標(biāo)識(shí)為長(zhǎng)方形多層嵌套性標(biāo)識(shí)。
[0026] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第一引導(dǎo)模塊具體用于： η ΓΧ] 「? χ X
[0027] 根據(jù)單應(yīng)性矩陣：7 ^ =.vM[H,r2,/] Κ，利用所述視覺定位 1 1 [l 標(biāo)識(shí)中任一層的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及第 一攝像機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0028] 其中，（x，y，l)表示視覺定位標(biāo)識(shí)中任一角點(diǎn)在第一攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中像素 坐標(biāo)的齊次坐標(biāo)，（X，Y，Z，1)表示所述角點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)，選取視覺 定位標(biāo)識(shí)平面為z = 0,則所述角點(diǎn)在所述視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)即簡(jiǎn)化為(X， ￥，〇，1)，8為引入的任意尺度比例參數(shù)1為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣^1^2^3分別表示視覺定 位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣中的三個(gè)列向量，t為平移向量。
[0029] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述第二引導(dǎo)模塊具體用于：
[0030] 當(dāng)所述第二攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，利用計(jì)算機(jī)視覺原 理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)中位于所述第二攝像機(jī)視場(chǎng)角內(nèi)的最外層嵌套性標(biāo)識(shí)中的四個(gè) 角點(diǎn)計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，然后根據(jù)所述方位信息校正所述機(jī)器 人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電 插槽與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合。
[0031] 實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的方法及系統(tǒng)具有以下有益效果：
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例由于首先采用設(shè)置在機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)在機(jī)器人的活動(dòng)范 圍內(nèi)探測(cè)充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)；當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，根據(jù)所述 視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所 述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方;然后在所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)， 再采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并根據(jù)所 述視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移 動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合，從而使機(jī)器人精 確的定位充電粧的位置，保證機(jī)器人自主充電的順利進(jìn)行。
【附圖說明】
[0033] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中充電粧的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的方法的具體實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0036] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中視覺定位標(biāo)識(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的方法中步驟S302的具體實(shí)現(xiàn)流 程圖；
[0038]圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)器人直線向充電粧移動(dòng)過程中第二攝像機(jī)的視場(chǎng)角 與視覺定位標(biāo)識(shí)之間相對(duì)位置關(guān)系的示意圖；
[0039] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0041] 圖1、圖2分別是本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)器人和充電粧的結(jié)構(gòu)示意圖。為了便于說明僅 僅不出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0042] 參見圖1、圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)器人包括分別設(shè)置在頭部和底部的第一攝 像機(jī)11和第二攝像機(jī)12,所述機(jī)器人的底部還設(shè)置有充電插槽13,所述充電粧的落地架的 正上方設(shè)置有與所述機(jī)器人上的充電插槽13相對(duì)應(yīng)的充電觸點(diǎn)22，所述，充電粧的正前方 粘貼有用于定位充電粧的視覺定位標(biāo)識(shí)21。
[0043] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的方法的具體實(shí)現(xiàn)流程圖。參見 圖3所示，本實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的方法，包括：
[0044] 在S301中，采用設(shè)置在機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)11在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充 電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21。
[0045] 在本實(shí)施例中，機(jī)器人的頭部可以轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人需要進(jìn)行自主充電時(shí)，可以在行 進(jìn)的過程中通過轉(zhuǎn)動(dòng)頭部使第一攝像機(jī)11拍攝不同方向上的物體，來達(dá)到探測(cè)充電粧上的 視覺定位標(biāo)識(shí)21的目的。其中，所述視覺定位標(biāo)識(shí)21為圖4所示的長(zhǎng)方形嵌套性定位標(biāo)識(shí)。 應(yīng)該理解的是，本實(shí)施例中的長(zhǎng)方行嵌套性定位標(biāo)識(shí)僅僅為本發(fā)明的一較佳實(shí)現(xiàn)示例，并 不用于限定本發(fā)明，在其他實(shí)現(xiàn)示例中也可以采用其他形狀的視覺定位標(biāo)識(shí)21。
[0046] 在S302中，當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21時(shí)，根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí) 21計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所述機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)到所述充電粧的正前方。
[0047]參見圖5所示，所述根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人 的方位信息具體包括：
[0048]在S501中，基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21計(jì)算出所述第一攝像機(jī) 11的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系 下的坐標(biāo)；
[0049] 在S502中，根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一攝像機(jī) 坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算得出所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的 方位信息。
[0050] 進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，步驟S201具體包括： γ· -, Γχ? r- ^ X X
[0051 ]根據(jù)單應(yīng)性矩陣：J =siki[rl,r2sr] Γ，利用所述視覺定位 0 1 1 L _1 1 L J 標(biāo)識(shí)21中任一層的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)11的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以 及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0052]其中，（x，y，l)表示視覺定位標(biāo)識(shí)中任一角點(diǎn)在第一攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中像素 坐標(biāo)的齊次坐標(biāo)，（X，Y，Z，1)表示所述角點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)，選取視覺 定位標(biāo)識(shí)平面為z = 0,則所述角點(diǎn)在所述視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)即簡(jiǎn)化為(X， ￥，〇，1)，8為引入的任意尺度比例參數(shù)1為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣^1^2^3分別表示視覺定 位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣中的三個(gè)列向量，t為平移向量。
[0053] 在S303中，當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人 底部的第二攝像機(jī)12探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21，并根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21實(shí) 時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器 人底座上的充電插槽13與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)22閉合。
[0054]進(jìn)一步的，步驟S303具體包括：
[0055] 當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二 攝像機(jī)12實(shí)時(shí)拍攝所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21，并利用計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺 定位標(biāo)識(shí)21中位于所述第二攝像機(jī)12視場(chǎng)角內(nèi)的最外層嵌套性標(biāo)識(shí)中的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算所 述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，然后根據(jù)所述方位信息校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方 向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽13與所 述充電粧上的充電觸點(diǎn)22閉合。
[0056] 圖6示出了本實(shí)施例中機(jī)器人直線向充電粧移動(dòng)過程中第二攝像機(jī)12的視場(chǎng)角與 視覺定位標(biāo)識(shí)21之間的相對(duì)位置關(guān)系的示意圖。參見圖6所示，在本實(shí)施例中，當(dāng)機(jī)器人到 達(dá)充電粧的正前方時(shí)，在機(jī)器人直線接近充電粧的過程中，當(dāng)機(jī)器人離充電粧非常近時(shí)，視 覺定位標(biāo)識(shí)21外層的嵌套性定位標(biāo)識(shí)則可能會(huì)處于第二攝像機(jī)12的視場(chǎng)角Θ范圍外，此時(shí) 無法根據(jù)該層的嵌套性定位標(biāo)識(shí)對(duì)充電粧進(jìn)行定位，因此需要采用位于第二攝像機(jī)12視場(chǎng) 角Θ范圍內(nèi)的內(nèi)層嵌套性定位標(biāo)識(shí)對(duì)充電粧進(jìn)行微定位，最后再控制所述機(jī)器人根據(jù)微定 位后的方位信息校正運(yùn)動(dòng)方向，準(zhǔn)確的到達(dá)所述充電粧所在的位置，順利完成自主充電。 [0057]以上，可以看出本實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電方法由于首先采用設(shè)置在機(jī) 器人頭部的第一攝像機(jī)11在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21;當(dāng)探測(cè) 到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21時(shí)，根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所 述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方； 然后在所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，再采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝 像機(jī)12探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21，并根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21實(shí)時(shí)校正所述機(jī) 器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充 電插槽13與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)22閉合，從而使機(jī)器人精確的定位充電粧的位置，保 證機(jī)器人自主充電的順利進(jìn)行。
[0058] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)位 于本發(fā)明實(shí)施例所述的機(jī)器人中，用于運(yùn)行圖3所示實(shí)施例提供的方法。為了便于說明僅僅 不出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0059] 參見圖7所示，本實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的系統(tǒng)，包括：
[0060] 設(shè)置在所述機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)11，用于在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電粧 上的視覺定位標(biāo)識(shí)21;
[0061] 第一引導(dǎo)模塊13,用于當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21時(shí)，根據(jù)所述視 覺定位標(biāo)識(shí)21計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所 述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方；
[0062]設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)12,用于當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的 正前方時(shí)，繼續(xù)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21;
[0063]第二引導(dǎo)模塊14,用于根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方 向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽13與所 述充電粧上的充電觸點(diǎn)22閉合。
[0064] 可選的，所述第一引導(dǎo)模塊13具體用于：
[0065] 基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21計(jì)算出所述第一攝像機(jī)11的翻滾 角度、偏航角度、俯仰角度以及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0066] 根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度以及所述第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的 原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算得出所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息。
[0067] 可選的，所述視覺定位標(biāo)識(shí)21為長(zhǎng)方形多層嵌套性標(biāo)識(shí)。
[0068] 可選的，所述第一引導(dǎo)模塊13具體用于： X X
[0069] 根據(jù)單應(yīng)性矩陣：7 f = Γ，利用所述視覺定位 J」 】 ?1 _ 標(biāo)識(shí)21中任一層的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)11的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度以 及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；
[0070] 其中，（x，y，l)表示視覺定位標(biāo)識(shí)中任一角點(diǎn)在第一攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中像素 坐標(biāo)的齊次坐標(biāo)，（X，Y，Z，1)表示所述角點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)，選取視覺 定位標(biāo)識(shí)平面為z = 0,則所述角點(diǎn)在所述視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)即簡(jiǎn)化為(X， ￥，〇，1)，8為引入的任意尺度比例參數(shù)1為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣^1^2^3分別表示視覺定 位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣中的三個(gè)列向量，t為平移向量。
[0071] 可選的，所述第二引導(dǎo)模塊14具體用于：
[0072] 當(dāng)所述第二攝像機(jī)12實(shí)時(shí)拍攝所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)21時(shí)，利用計(jì)算機(jī)視 覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)21中位于所述第二攝像機(jī)12視場(chǎng)角內(nèi)的最外層嵌套性標(biāo)識(shí) 中的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，然后根據(jù)所述方位信息校正 所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座 上的充電插槽13與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)22閉合。
[0073]需要說明的是，本發(fā)明實(shí)施例提供的上述系統(tǒng)中各個(gè)模塊，由于與本發(fā)明方法實(shí) 施例基于同一構(gòu)思，其帶來的技術(shù)效果與本發(fā)明方法實(shí)施例相同，具體內(nèi)容可參見本發(fā)明 方法實(shí)施例中的敘述，此處不再贅述。
[0074] 因此，可以看出本實(shí)施例提供的一種機(jī)器人自主充電的系統(tǒng)同樣能夠使機(jī)器人精 確的定位充電粧的位置，保證機(jī)器人自主充電的順利進(jìn)行。
[0075] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器人自主充電的方法，其特征在于，包括： 采用設(shè)置在機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電粧上的視覺定 位標(biāo)識(shí)； 當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算所述充電粧相 對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正 前方； 當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像 機(jī)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn) 動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與 所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合。2. 如權(quán)利要求1所述的機(jī)器人自主充電方法，其特征在于，所述根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí) 計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息具體包括： 基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航 角度、俯仰角度W及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度W及所述第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn) 在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算得出所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息。3. 如權(quán)利要求2所述的機(jī)器人自主充電方法，其特征在于，所述視覺定位標(biāo)識(shí)為長(zhǎng)方形 多層嵌套性標(biāo)識(shí)。4. 如權(quán)利要求3所述的機(jī)器人自主充電方法，其特征在于，所述基于計(jì)算機(jī)視覺原理根 據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度W及第一攝 像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)具體包括： 根據(jù)單應(yīng)性矩陣：^用所述視覺定位標(biāo)識(shí) 中任一層的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度W及第一攝 像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 其中，（x，y，1)表示視覺定位標(biāo)識(shí)中任一角點(diǎn)在第一攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中像素坐標(biāo) 的齊次坐標(biāo)，（X，Y，Z，1)表示所述角點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)，選取視覺定位 標(biāo)識(shí)平面為Z = 0,則所述角點(diǎn)在所述視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)即簡(jiǎn)化為(Χ，Υ，0， l)，s為引入的任意尺度比例參數(shù)，Μ為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣，rl、r2、r3分別表示視覺定位標(biāo) 識(shí)坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣中的Ξ個(gè)列向量，t為平移向量。5. 如權(quán)利要求4所述的機(jī)器人自主充電方法，其特征在于，當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充 電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位 標(biāo)識(shí)，并根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線 向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合具 體包括： 當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方時(shí)，采用設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像 機(jī)實(shí)時(shí)拍攝所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)，并利用計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí) 中位于所述第二攝像機(jī)視場(chǎng)角內(nèi)的最外層嵌套性標(biāo)識(shí)中的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算所述充電粧相對(duì) 于所述機(jī)器人的方位信息，然后根據(jù)所述方位信息校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī) 器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧上的充 電觸點(diǎn)閉合。6. -種機(jī)器人自主充電的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 設(shè)置在所述機(jī)器人頭部的第一攝像機(jī)，用于在機(jī)器人的活動(dòng)范圍內(nèi)探測(cè)充電粧上的視 覺定位標(biāo)識(shí)； 第一引導(dǎo)模塊，用于當(dāng)探測(cè)到所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，根據(jù)所述視覺定位標(biāo) 識(shí)計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，并根據(jù)所述方位信息引導(dǎo)所述機(jī)器人運(yùn) 動(dòng)到所述充電粧的正前方； 設(shè)置在所述機(jī)器人底部的第二攝像機(jī)，用于當(dāng)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到所述充電粧的正前方 時(shí)，繼續(xù)探測(cè)所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)； 第二引導(dǎo)模塊，用于根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)實(shí)時(shí)校正所述機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向，使所述 機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽與所述充電粧上的 充電觸點(diǎn)閉合。7. 如權(quán)利要求6所述的機(jī)器人自主充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一引導(dǎo)模塊具體用 于： 基于計(jì)算機(jī)視覺原理根據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航 角度、俯仰角度W及第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 根據(jù)所述翻滾角度、所述偏航角度、所述俯仰角度W及所述第一攝像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn) 在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算得出所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息。8. 如權(quán)利要求7所述的機(jī)器人自主充電系統(tǒng)，其特征在于，所述視覺定位標(biāo)識(shí)為長(zhǎng)方形 多層嵌套性標(biāo)識(shí)。9. 如權(quán)利要求8所述的機(jī)器人自主充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第一引導(dǎo)模塊具體用 于： 根據(jù)單應(yīng)性矩陣?yán)盟鲆曈X定位標(biāo)識(shí) 中任一層的四個(gè)角點(diǎn)計(jì)算出所述第一攝像機(jī)的翻滾角度、偏航角度、俯仰角度W及第一攝 像機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)； 其中，（x，y，1)表示視覺定位標(biāo)識(shí)中任一角點(diǎn)在第一攝像機(jī)的圖像坐標(biāo)系中像素坐標(biāo) 的齊次坐標(biāo)，（X，Y，Z，1)表示所述角點(diǎn)在視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)，選取視覺定位 標(biāo)識(shí)平面為Z = 0,則所述角點(diǎn)在所述視覺定位標(biāo)識(shí)坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)即簡(jiǎn)化為(Χ，Υ，0， l)，s為引入的任意尺度比例參數(shù)，Μ為攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)矩陣，rl、r2、r3分別表示視覺定位標(biāo) 識(shí)坐標(biāo)系相對(duì)于攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣中的Ξ個(gè)列向量，t為平移向量。10. 如權(quán)利要求9所述的機(jī)器人自主充電系統(tǒng)，其特征在于，所述第二引導(dǎo)模塊具體用 于： 當(dāng)所述第二攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝所述充電粧上的視覺定位標(biāo)識(shí)時(shí)，利用計(jì)算機(jī)視覺原理根 據(jù)所述視覺定位標(biāo)識(shí)中位于所述第二攝像機(jī)視場(chǎng)角內(nèi)的最外層嵌套性標(biāo)識(shí)中的四個(gè)角點(diǎn) 計(jì)算所述充電粧相對(duì)于所述機(jī)器人的方位信息，然后根據(jù)所述方位信息校正所述機(jī)器人的 運(yùn)動(dòng)方向，使所述機(jī)器人保持直線向所述充電粧移動(dòng)，直至所述機(jī)器人底座上的充電插槽 與所述充電粧上的充電觸點(diǎn)閉合。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK106097341SQ201610414234
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日 公開號(hào)201610414234.X, CN 106097341 A, CN 106097341A, CN 201610414234, CN-A-106097341, CN106097341 A, CN106097341A, CN201610414234, CN201610414234.X
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