[发明专利]一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法

说明书

本发明涉及一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，包括步骤：对机器人设置充电触点以及单目相机，并在其运行环境中布局设有ArUco码的充电桩；建立环境地图，标记充电桩的位置及朝向；设置导航目标点、目标姿态，规划移动机器人的运动轨迹；识别充电桩上的ArUco码，获取其在图像上的角点坐标；将单目相机获取的机器人位姿与机器人自身提供的线速度、角速度相结合，获取精确移动机器人位姿；采用PID方法控制机器人前往充电桩进行对接，进行自主充电。与现有技术相比，本发明使用ArUco码引导稳定，在有光的前提下，能够达到100％的充电成功率；引导流畅，能够使机器人快速、平滑地对接充电桩。

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，尤其是涉及一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法。

背景技术

自主移动机器人是一种使用激光、摄像头等导引装置，能够自主按照任意导引路线行驶的机器人。由于其具有自主移动的特点，也可以搭配平台、箱体、屏幕等上层建筑，移动机器人在工业、物流业、商业等领域中能够节省人力使用、降低运营成本，具备广泛的应用平台和前景。自主移动机器人一般是由车载的蓄电池进行供电，由于电池容量有限，通常在运行几个小时后就需要补充电量，因此，自主充电是其需要实现的重要功能之一，当电量较低或需要充电时，机器人需要自主的返回对接充电桩进行充电，从而具备自主的持续作业能力。对自主充电方法的研究成为了近年来的重要课题。

目前常用的自主充电方式，是使用红外传感器技术进行移动与对接，目前公开的移动机器人自主充电方法也都是使用了红外技术。该项技术中，移动机器人通过接收充电桩发出的红外信号确定相对位置，进而根据引导来向充电桩运动。由于使用多个红外传感器检测信号强度能够方便得到位置信息，因此这种自主充电方式受到了广泛的青睐。然而，使用红外技术具有以下的不足：1、红外信号具有传输距离较小的固有性质，必须距离充电桩较近时才能接收到；2、红外信号发射时，角度较大的范围发射强度很小，需要使用高精度的红外信号检测电路才能够检测；3、容易受到其他红外信号的干扰。最近，一些基于红外与摄像头融合引导的方法被提出，一定程度改善了单纯使用红外技术的范围小等问题，但使用多传感器较为复杂和冗余。

视觉定位引导的方法逐渐开始在移动机器人自主充电中占有一席之地，但目前尚未有基于纯视觉的移动机器人自主充电方法公开。卡内基梅隆大学开发出的Sage机器人，通过使用CCD识别三维路标的方式，引导机器人返回充电站。此外，还有方法通过识别特别制作的色块或图标，对移动机器人进行定位，但并没有应用在自主充电领域。最近有研究提出使用SIFT等特征点法直接识别充电桩，这种方法虽然取得了一定的效果，但消耗了大量计算资源，且具有一定的误识别率。因此，目前基于视觉引导的移动机器人自主充电方法，无论引导精度还是速度都不能满足实际应用的需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，该方法能够实现远距离引导回充，且引导流畅，能够使移动机器人快速、准确、平滑地对接充电桩实现稳定的自主充电过程。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，该方法包括如下步骤：

S1：对移动机器人正后方设置充电触点以及用以捕获移动机器人正后方实时图像的单目相机，并在移动机器人运行环境中的布局多个设有ArUco码的充电桩，各充电桩的充电槽与所述充电触点处于同一高度上，每一个ArUco码设有各自对应的ID。

S2：建立移动机器人活动的环境地图，在环境地图中标记出各充电桩的位置及朝向。

S3：设置导航目标点以及充电触点和单目相机的镜头的目标姿态，规划移动机器人的运动轨迹，直到移动机器人到达目标点，并达到目标姿态。到达目标姿态后，若相机未识别到ArUco码，则通过旋转的方式寻找ArUco码。具体地：