[发明专利]一种室内机器人自动回桩充电系统及方法

说明书

本发明公开了一种室内机器人自动回桩充电系统及方法，属于机器人技术领域。本发明的室内机器人自动回桩充电系统基于激光特征实现，包括特征提取模块、特征匹配模块、回桩路径规划模块和控制底盘执行模块；特征提取模块用于获取雷达扫描数据，特征匹配模块用于为充电桩设计与特征提取模块获取的雷达扫描数据相匹配的形状，回桩路径规划模块用于回桩充电路径的规划，控制底盘执行模块用于控制机器人底盘按照规划的路径进行移动。该发明的室内机器人自动回桩充电系统能够实现机器人相对准确的回桩充电功能，具有很好的推广应用价值。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体提供一种室内机器人自动回桩充电系统及方法。

背景技术

室内机器人应用场景越来越广泛，如扫地机器人、消毒机器人、家庭服务机器人等，室内机器人都携带有一定容量的电池模块，需要定时充电。通常来说，室内机器人具体一定的自主能力，可以在不需要人为干涉的情况下完成一系列任务，如扫地机器人可以自主寻路，定时清扫，自动充电，给人们带来了诸多便利。其中自动回桩充电是室内机器人的一项重要技能。通常，自动回桩充电技术可以依赖于红外传感器和激光雷达检测的方式，两种方式的成本都比较低，各有优劣。本文提出了一种基于激光特征匹配的室内机器人自动回桩充电技术，在不依赖其他额外传感器的条件下，仅采用机器人常备传感器：激光雷达、轮式编码器，即可实现室内机器人的自动回桩充电功能。

发明内容

本发明的技术任务是针对上述存在的问题，提供一种能够实现机器人相对准确的回桩充电功能的室内机器人自动回桩充电系统。

本发明进一步的技术任务是提供一种室内机器人自动回桩充电方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种室内机器人自动回桩充电系统，该系统基于激光特征实现，包括特征提取模块、特征匹配模块、回桩路径规划模块和控制底盘执行模块；特征提取模块用于获取雷达扫描数据，特征匹配模块用于为充电桩设计与特征提取模块获取的雷达扫描数据相匹配的形状，回桩路径规划模块用于回桩充电路径的规划，控制底盘执行模块用于控制机器人底盘按照规划的路径进行移动。

作为优选，特征提取模块将雷达数据按照阈值分割成多段数据，判断每个线段是否为折线，并检测折线拐点，计算出折线的角度。

作为优选，特征匹配模块通过特征提取模块获得的折线特征，设计充电桩结构，用来确定充电桩相对于机器人当前的位置和姿态。在充电桩设计出特殊的结构，例如角度为150度，宽度为40cm的凹槽。通过特征提取获得折线特征，从而与充电桩凹槽结构进行形状匹配。匹配结果可以用来确定充电桩相对于机器人当前的位置和姿态。

作为优选，所述回桩路径规划模块得到充电桩相对于机器人的位置和姿态后，进行回桩充电路径的规划。在得到充电桩相对于机器人的位置和姿态之后，进行回桩充电路径的规划。具体主要是设置一个机器人的上桩调整点，一个回桩充电点。上桩调整点设置在距离充电桩正前方0.5m的位置，即充电桩坐标系下(0.5，0)点，回桩充电点和机器人的半径有关，以能有效充电为准。机器人的路径为一条折线，折线的第一段先从当前位置到达上桩调整点，折线第二段从上桩调整点到充电点。

作为优选，所述控制底盘执行模块在获取规划处的路径后，生成控制指令，控制底盘按规划的路径进行移动。

一种室内机器人自动回桩充电方法，基于所述的室内机器人自动回桩充电系统来实现，包括以下步骤：

S1、读取雷达扫描数据；

S2、对数据段进行拟合；

S3、进行特征匹配；

S4、重复步骤S1至步骤S3，循环获取多帧数据；

S5、标记机器人当前位置，规划处从机器人当前位置到充电桩的位置之间的路径；