[发明专利]一种机器人与充电桩自动对接的方法及其系统

说明书

本发明公开了一种机器人与充电桩自动对接的方法及其系统，其中方法包括以下步骤：获取充电桩上标志物的尺寸；根据标志物的尺寸确定标志物各个角点在世界坐标系下的坐标；根据相机成像确定标志物各个角点在像素坐标系下的坐标；计算世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵；计算机器人相对充电桩的位姿；根据机器人相对充电桩的位姿规划机器人向充电桩移动的路径；该方法通过机器人本身自带的相机获取充电桩上的标志物信息，并根据相机成像原理获取机器人相对充电桩的位姿，最后利用机器人相对充电桩的位姿规划路径，不用对现有设备进行大规模的改装就能够实现机器人与充电桩的自动对接，大大的节约了时间成本和人力成本。

技术领域

本发明涉及机器人充电领域，特别涉及一种能够实现机器人与充电桩之间自动对接的方法以及系统。

背景技术

现有的移动式的机器人一般都采用蓄电池供电，蓄电池有两种充电方式，一种是人工将机器人移动至充电桩处充电，另外一种是机器人与充电桩自动对接充电，人工移动机器人需要耗费人力物力，而且效率低下，所以现在大多数情况下都采用机器人与充电桩的自动对接，自动对接可以通过多种方式实现，例如红外线定位、距离传感器、GPS等等多种方式。

例如CN110829513A，公开日为2020年02月21日的中国发明申请公开了一种自移动设备、充电对接系统和充电对接方法。其中，充电对接系统包括充电站和自移动设备，充电站上设置有引导磁条，引导磁条用于产生磁场信号；自移动设备包括壳体、地磁检测模块、控制模块以及移动模块。其中，地磁检测模块包括至少一个地磁检测传感器，用于检测磁场信号；控制模块用于根据地磁场信号进行运算处理，并发出控制信号；移动模块用于根据控制信号带动自移动设备进行移动，以使自移动设备与充电站对接，并进行充电。该技术方案是通过磁场的方式进行定位，这种自动对接的方式都需要在现在的机器人以及充电桩的基础上增加额外装置，通过红外线定位需要增加红外线发生器以及红外线接收器，通过距离传感器需要增加专门的传感器，通过磁场定位需要增加磁力设备等等，这些需要增加大量的成本，而且需要对现有的设施进行大量的改造，耗时耗力，而且精度也不是很高。

发明内容

为了解决现有的机器人与充电桩自动对接需要对现有产品进行大量的改装，耗费成本的问题，本发明提供一种能够直接利用现有产品结构就能够实现机器人与充电桩自动对接的方法以及系统。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种机器人与充电桩自动对接的方法，包括以下步骤：步骤1：机器人通过相机获取充电桩上标志物的尺寸；步骤2：根据标志物的尺寸确定标志物各个角点在世界坐标系下的坐标；步骤3：根据相机成像确定标志物各个角点在像素坐标系下的坐标；步骤4：依据公式P_c＝M_int·M_ext·P_w得出世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵，式中P_c为标志物成像后各个角点在像素坐标系下的坐标，M_int为相机成像的内参矩阵，M_ext为世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵，P_w标志物各个角点在世界坐标系下的坐标；步骤5：对世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵求逆矩阵得出机器人相对充电桩的位姿；步骤6：根据机器人相对充电桩的位姿，规划机器人向充电桩移动的路径，机器人沿着规划的路径移动到充电桩所在位置并完成对接。

在上述方法中，可选的，所述标志物为正方形的二维码。

在上述技术方案中，所述二维码中包含充电桩的编号信息、充电桩的尺寸信息以及该二维码的实际尺寸信息。

上述方法中，所述步骤5：根据机器人相对充电桩的位姿，规划机器人向充电桩移动的路径进一步包括：步骤501：将机器人当前位姿到充电桩之间的运动路线分为两段，分界点处于充电桩中轴线上；步骤502：以机器人当前位姿为起始位姿，以分界点正对充电桩的位姿为终止位姿，机器人沿该路径移动；步骤503：机器人到达分界点后，沿充电桩中轴线方向朝充电桩前进，最终以正对姿态与充电桩完成对接。