[发明专利]一种基于图案识别的机器人充电对接系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种基于图案识别的机器人充电对接系统和方法。

背景技术

自动充电是大型机器人的重要功能之一，目前主流的设计方法有两种，A是基于RF范围感应和红外通信技术的方案，B是基于激光雷达技术的方案。

A方式中，充电桩拥有RF发射能力，机器人靠近一定距离后产生感应，再依靠红外通信技术实现对准和拉近，最终实现充电。这种方式最大的问题在于机器人寻找充电桩的盲目性，其过程所需时长不可控，实际应用场合多依靠人力协助进入有效感应范围。B方式在充电桩设有激光反射特征物，机器人身上的激光雷达进行360度扫描，以确认充电桩位置并完成对准。该方式的弊端在于激光雷达和充电桩特征物必须同高，这对于地形复杂的场所较难应用，而且难以适应不同机器人躯干的多样性设计需求。

因此，如何让大型机器人高度自主、可靠地实现自动充电，是机器人相关技术研究中有待研究和解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图案识别的机器人充电对接系统和方法，从而实现让大型机器人高度自主、可靠地实现自动充电。

本发明实施例中，提供了一种基于图案识别的机器人充电对接系统，其包括机器人和充电桩，所述充电桩上设置有充电识别图案，所述机器人上设置有摄像头和中央控制装置，所述中央控制装置，用于对所述摄像头拍摄到的图像进行处理，识别出充电识别图案，根据所述充电识别图案判断出所述机器人与所述充电桩的距离和角度，并控制所述机器人向所述充电桩移动。

本发明实施例中，所述机器人上还设置有第一充电接触部件和临近于所述第一充电接触部件设置的第一光学对准部件，所述充电桩上设置有充电识别图案、第二充电接触部件和临近于所述第二充电接触部件设置的第二光学对准部件，所述第一光学对准部件与所述第二光学对准部件相配合，实现所述第一充电接触部件和所述第二充电接触部件的对准和接触。

本发明实施例中，所述第一光学对准部件为红外/激光接收器，所述第二光学对准部件为红外/激光接收器。

本发明实施例中，所述充电识别图案包括三个子图案，每个子图案都包括设置于外围的圆形轮廓和设置于圆形轮廓内的字符图形，所述中央控制装置分别识别出所述三个子图案，并根据所述三个子图案的中心点形成的三角形的边长来判断所述机器人与所述充电桩的距离。

本发明实施例中，所述中央控制装置进一步根据所述三个子图案的中心点形成的三角形的边长来判断所述机器人与所述充电桩的角度。

本发明实施例中，还提供了一种基于图案识别的机器人充电对接方法，其包括：

图像拍摄步骤：机器人转动并通过摄像头拍摄图片；

图像识别步骤：设置于所述机器人内的中央控制装置对所述摄像头拍摄到的图像进行图像识别，判断是否包含设置于充电桩上的充电识别图案，是则进入机器人移动步骤，否则返回图像拍摄步骤；

机器人移动步骤：所述中央控制装置根据拍摄到的充电识别图案的尺寸和形状特征判断出所述机器人与所述充电桩的距离和角度，控制所述机器人向所述充电桩移动，直到所述机器人与所述充电桩的距离小于超过设定的距离。

本发明实施例中，所述方法还包括：

充电对准步骤：当所述机器人与所述充电桩的距离小于超过设定的距离时，设置于所述机器人上的第一光学对准部件与设置于所述充电桩上的所述第二光学对准部件相配合，实现所述机器人与所述充电桩充电对接。

本发明实施例中，所述充电识别图案包括三个子图案，每个子图案都包括设置于外围的圆形轮廓和设置于圆形轮廓内的字符图形，所述中央控制装置分别识别出所述三个子图案， 并根据所述三个子图案的中心点形成的三角形的边长来判断所述机器人与所述充电桩的距离以及所述机器人与所述充电桩的角度。

本发明实施例中，所述图像识别步骤的具体过程如下：

图片预处理：采用高斯金字塔方法对图片进行平滑处理；

二值化：采用Canny 算子对图片进行二值化处理；

圆形轮廓搜索：对二值化后的图像，采用霍夫梯度法进行圆形轮廓的搜寻；

过滤：根据寻找到的圆形轮廓的半径过滤掉半径不符合标准的一些圆形轮廓；

提取圆形内图形:对二值化后的圆形轮廓中的亮度值为255点作为种子点使用漫水填充方法，将图形的形状填充出来，从而获取到圆形内的字符图形；

图形摆正：将所述字符图形用一个最小面积矩形将其包围，从而根据最小面积矩形的倾斜方向，将其摆正到正确的位置；