本發(fā)明涉及智能機(jī)器人自動(dòng)充電領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法。

背景技術(shù)：

隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，機(jī)器人已經(jīng)越來(lái)越走進(jìn)人們的生活，生活中的服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，我們的社會(huì)即將進(jìn)入智能機(jī)器人的時(shí)代。例如，常見(jiàn)的服務(wù)機(jī)器人有送餐機(jī)器人、聊天機(jī)器人、導(dǎo)購(gòu)機(jī)器人等等。這些智能機(jī)器人通常都包括大量的用電設(shè)備。例如，行走驅(qū)動(dòng)部分，交互顯示屏、各種處10理電路、語(yǔ)音視頻設(shè)備等。智能機(jī)器人的耗電量很大，需要經(jīng)常充電。目前智能機(jī)器人都是人工管理充電，例如非工作時(shí)間，工作人員插上電源統(tǒng)一充電?；蛘呤褂眠^(guò)程中電量低時(shí)，工作人員為其插上電源充電，不能夠?qū)崿F(xiàn)智能機(jī)器人自動(dòng)充電，降低了用戶(hù)的使用便利性。因此，如何讓機(jī)器人自動(dòng)充電成為機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

公開(kāi)于本發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本公開(kāi)的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法，其通過(guò)處理所拍攝的與充電裝置對(duì)應(yīng)的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人充電接口與充電裝置的電源接口的精確對(duì)接。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提出了一種基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法。該方法可以包括以下步驟：

步驟1，拍攝與充電裝置對(duì)應(yīng)的視覺(jué)標(biāo)識(shí)；

步驟2，基于攝像頭的視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)和所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像，獲取機(jī)器人充電接口與所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)之間的角度和距離；

步驟3，根據(jù)在步驟2中所計(jì)算的角度和距離以及所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)與充電裝置之間的位置關(guān)系確定機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離；

步驟4，根據(jù)機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離規(guī)劃?rùn)C(jī)器人到達(dá)充電裝置的路徑和速度，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃的路徑和速度接近充電裝置；以及

步驟5，當(dāng)機(jī)器人充電接口與充電裝置的角度和距離分別小于預(yù)定角度和預(yù)定距離時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人充電接口對(duì)接充電裝置的電源接口。

本發(fā)明基于所設(shè)拍的與充電裝置對(duì)應(yīng)的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像而精確確定了充電裝置相對(duì)于機(jī)器人充電裝置的位置，使得機(jī)器人充電接口能夠與充電裝置電源接口精準(zhǔn)對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)器人的自動(dòng)充電，提高了智能機(jī)器人的使用便利性。

本發(fā)明的方法具有其它的特性和優(yōu)點(diǎn)，這些特性和優(yōu)點(diǎn)從并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施例中將是顯而易見(jiàn)的，或者將在并入本文中的附圖和隨后的具體實(shí)施例中進(jìn)行詳細(xì)陳述，這些附圖和具體實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明的特定原理。

附圖說(shuō)明

通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明示例性實(shí)施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將變得更加明顯，其中，在本發(fā)明示例性實(shí)施例中，相同的參考標(biāo)號(hào)通常代表相同部件。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法的流程圖。

圖2a和圖2b示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法中的示例性視覺(jué)標(biāo)識(shí)。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。雖然附圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，然而應(yīng)該理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本發(fā)明更加透徹和完整，并且能夠?qū)⒈景l(fā)明的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

實(shí)施例1

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法的流程圖。

在該實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法可以包括以下步驟：

步驟1，拍攝與充電裝置對(duì)應(yīng)的視覺(jué)標(biāo)識(shí)；

步驟2，基于攝像頭的視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)和所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像，獲取機(jī)器人充電接口與所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)之間的角度和距離；

步驟3，根據(jù)在步驟2中所計(jì)算的角度和距離以及所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)與充電裝置之間的位置關(guān)系確定機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離；

步驟4，根據(jù)機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離規(guī)劃?rùn)C(jī)器人到達(dá)充電裝置的路徑和速度，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃的路徑和速度接近充電裝置；以及

步驟5，當(dāng)機(jī)器人充電接口與充電裝置的角度和距離分別小于預(yù)定角度和預(yù)定距離時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人充電接口對(duì)接充電裝置的電源接口。

本實(shí)施例通過(guò)處理所拍攝的與充電裝置對(duì)應(yīng)的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人充電接口與充電裝置的電源接口的精確對(duì)接。

下面詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法的具體步驟。

通常，智能機(jī)器人能夠知道自己在室內(nèi)的坐標(biāo)點(diǎn)，進(jìn)行自主有效地回充電運(yùn)動(dòng)：在準(zhǔn)確的定位之后，機(jī)器人能在電量不足或完成任務(wù)歸來(lái)的情況下，朝著充電裝置的方向靠近。例如，智能機(jī)器人本身具備定位導(dǎo)航系統(tǒng)，在電子地圖中預(yù)先標(biāo)記了充電電源的位置，智能機(jī)器人需要充電時(shí)，首先通過(guò)定位導(dǎo)航系統(tǒng)自行找到充電電源位置。但是，由于定位的精度通常為十幾至幾十厘米，達(dá)不到自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)充電裝置的要求。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人充電接口與充電裝置的電源接口自動(dòng)對(duì)接需要定位精度達(dá)到3cm以下的精度，利用定位導(dǎo)航系統(tǒng)，智能機(jī)器人只能到達(dá)充電電源位置附近。

為了使得智能機(jī)器人充電接口能夠精確地對(duì)接充電裝置的電源接口，本發(fā)明的方法處理所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像以確定機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離。

在一個(gè)示例中，視覺(jué)標(biāo)識(shí)可以為黑白色的正方形棋盤(pán)格，最外圈方格為黑色方形環(huán)，并且黑色方形環(huán)包圍的黑白色方格所形成的圖案既不軸對(duì)稱(chēng)也不旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)，如圖2a和圖2b所示。

基于黑色方形環(huán)包圍的黑白色方格所形成的圖案可以得到該視覺(jué)標(biāo)識(shí)的ID。當(dāng)機(jī)器人從所拍攝的圖像中識(shí)別出了該ID，則確認(rèn)拍攝到了視覺(jué)標(biāo)識(shí)，進(jìn)入計(jì)算機(jī)器人充電接口與視覺(jué)標(biāo)識(shí)之間的角度和距離的過(guò)程。如果在所拍攝的圖像中無(wú)法識(shí)別出ID，則認(rèn)為此拍攝無(wú)效，將所拍攝的圖像舍棄。

在一個(gè)示例中，視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)可以包括攝像頭的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)和畸變參數(shù)。

可選地，可以采用以下步驟獲得攝像頭的視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)：打印一張模版并貼于一個(gè)平面上；從不同角度拍攝若干張模版圖像；檢測(cè)出圖像中的特征點(diǎn)；求出攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)；以及求出畸變參數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以采用任意適當(dāng)?shù)姆椒ǐ@得攝像頭的視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)。

在一個(gè)示例中，步驟2可以包括：基于攝像頭的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)和畸變參數(shù)，根據(jù)所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像中黑色方形環(huán)的邊界四邊產(chǎn)生的畸變計(jì)算機(jī)器人充電接口與所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)之間的角度，根據(jù)邊界四邊的長(zhǎng)度計(jì)算所述視覺(jué)標(biāo)識(shí)與機(jī)器人充電接口之間的距離。

具體計(jì)算方法如下：由于機(jī)器人的攝像頭所拍攝的正方形圖像邊界為凸四邊形，該凸四邊形與原本的正方形邊界存在識(shí)別的扭矩和誤差。因此，首先將凸四邊形進(jìn)行邊界四邊的重新擬合，并對(duì)擬合所形成的四條直線相交的四邊形頂點(diǎn)進(jìn)行保存；將擬合后的凸四邊形在對(duì)應(yīng)的單應(yīng)性矩陣上進(jìn)行鳥(niǎo)瞰投影；以及通過(guò)opencv庫(kù)中的函數(shù)方法將四邊形頂點(diǎn)(投影得到的矩陣)與已知的正方形進(jìn)行單應(yīng)性矩陣的比較(參考o(jì)pencv文檔<http://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/tutorials.html>)，從而得到了視覺(jué)標(biāo)識(shí)與機(jī)器人充電接口之間角度和距離的估值。

可選地，上述視覺(jué)標(biāo)識(shí)的大小可以為7*7格。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，視覺(jué)標(biāo)識(shí)的大小可以為任意適當(dāng)?shù)母駭?shù)。

當(dāng)機(jī)器人從所拍攝的圖像中識(shí)別出所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)的ID，則可以確定該視覺(jué)標(biāo)識(shí)所在的位置以及其與充電裝置之間的位置關(guān)系?；谒?jì)算出的視覺(jué)標(biāo)識(shí)與機(jī)器人充電接口之間的角度和距離以及該視覺(jué)標(biāo)識(shí)與充電裝置之間的位置關(guān)系，則可以確定機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離。

在本發(fā)明的方法中，智能機(jī)器人對(duì)接充電接口的過(guò)程中，出于精度和安全考慮，引入了適應(yīng)各種實(shí)際狀態(tài)的控制狀態(tài)機(jī)，使得機(jī)器人可以作出適應(yīng)多種異常狀態(tài)的應(yīng)急和調(diào)整。例如，當(dāng)機(jī)器人充電接口平面未與充電裝置的電源接口平面平行時(shí)，控制狀態(tài)機(jī)可以將機(jī)器人調(diào)整為充電接口平面平行于充電裝置的電源接口平面的狀態(tài)。

在一個(gè)示例中，在步驟4機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃的路徑和速度接近充電裝置的過(guò)程中，可以根據(jù)攝像頭拍攝視覺(jué)標(biāo)識(shí)的頻率重復(fù)執(zhí)行步驟2-步驟4，使機(jī)器人以基于每次拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)更新的路徑和速度接近充電裝置。

在機(jī)器人按照規(guī)劃的路徑行進(jìn)的過(guò)程中，機(jī)器人距離充電裝置越來(lái)越近，所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像更加清晰，所計(jì)算的充電裝置與機(jī)器人之間的角度和距離也更加精確。因此，機(jī)器人以越來(lái)越準(zhǔn)確的路徑接近充電裝置。

可選地，機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的預(yù)定角度為不超過(guò)0.05rad，預(yù)定距離為不超過(guò)8mm。即當(dāng)機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度小于或者等于0.05rad，并且之間的距離小于或等于8mm時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人充電接口對(duì)接充電裝置的電源接口。

在一個(gè)示例中，在步驟5機(jī)器人充電接口對(duì)接充電裝置的電源接口后，可以判斷是否上電成功，如果沒(méi)有上電成功則驅(qū)動(dòng)機(jī)器人到達(dá)調(diào)整位置，重復(fù)步驟2-步驟5。

可選地，調(diào)整位置為距離充電裝置5cm處的確定位置。

實(shí)施例2

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種基于視覺(jué)標(biāo)識(shí)對(duì)接充電裝置的方法。該方法可以包括以下步驟：

步驟1，拍攝與充電裝置對(duì)應(yīng)的一個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)，基于攝像頭的視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)和所拍攝的視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像，獲取機(jī)器人充電接口與該視覺(jué)標(biāo)識(shí)之間的角度和距離；

步驟2，根據(jù)在步驟1中所計(jì)算的角度和距離以及該視覺(jué)標(biāo)識(shí)與充電裝置之間的位置關(guān)系確定機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離；

步驟3，拍攝與充電裝置對(duì)應(yīng)的另一個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)，基于攝像頭的視覺(jué)標(biāo)定參數(shù)和所拍攝的另一個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)圖像，獲取機(jī)器人充電接口與該另一個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)之間的角度和距離；

步驟4，根據(jù)在步驟3中所計(jì)算的角度和距離以及該另一個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)與充電裝置之間的位置關(guān)系確定機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離；

步驟5，當(dāng)步驟4中所確定的角度和距離與步驟2中確定的角度和距離分別小于預(yù)定誤差角度和預(yù)定誤差距離時(shí)，將機(jī)器人充電接口與充電裝置的角度和距離分別確定為步驟4中和步驟2中所確定的角度和距離的平均值，否則，確定為步驟2中所確定的角度和距離，舍棄步驟4的計(jì)算結(jié)果；

步驟6，根據(jù)在步驟5中所確定的角度和距離規(guī)劃?rùn)C(jī)器人到達(dá)充電裝置的路徑和速度，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人根據(jù)規(guī)劃的路徑和速度接近充電裝置；以及

步驟7，當(dāng)機(jī)器人充電接口與充電裝置的角度和距離分別小于預(yù)定角度和預(yù)定距離時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人充電接口對(duì)接充電裝置的電源接口。

本實(shí)施例通過(guò)處理所拍攝的與充電裝置對(duì)應(yīng)的兩個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人充電接口與充電裝置的電源接口的精確對(duì)接。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以通過(guò)處理與充電裝置對(duì)應(yīng)的多個(gè)視覺(jué)標(biāo)識(shí)來(lái)進(jìn)一步提高所確定的機(jī)器人充電接口與充電裝置之間的角度和距離的準(zhǔn)確度。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述的目的僅為了示例性地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例的有益效果，并不意在將本發(fā)明的實(shí)施例限制于所給出的任何示例。

以上已經(jīng)描述了本發(fā)明的各實(shí)施例，上述說(shuō)明是示例性的，并非窮盡性的，并且也不限于所披露的各實(shí)施例。在不偏離所說(shuō)明的各實(shí)施例的范圍和精神的情況下，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)許多修改和變更都是顯而易見(jiàn)的。本文中所用術(shù)語(yǔ)的選擇，旨在最好地解釋各實(shí)施例的原理、實(shí)際應(yīng)用或?qū)κ袌?chǎng)中的技術(shù)的改進(jìn)，或者使本技術(shù)領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能理解本文披露的各實(shí)施例。