一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法技术

本发明专利技术涉及一种基于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，本发明专利技术使用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。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法
本专利技术涉及移动机器人
，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。
技术介绍
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，因此这种自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，其特征在于，包括下列步骤：/n1)于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；/n2)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；/n3)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；/n4)利用单目相机识别充电桩上的ArUco码，获取ArUco码在图像上的角点坐标，并通过角点间关系解算与坐标系变换，得...

【技术特征摘要】
1.一种基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)于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；
2)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；
3)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；
4)利用单目相机识别充电桩上的ArUco码，获取ArUco码在图像上的角点坐标，并通过角点间关系解算与坐标系变换，得到视觉信息提供的移动机器人与充电桩坐标系之间的位姿变换关系；
5)采用扩展卡尔曼滤波法，将单目相机获取的移动机器人位姿与移动机器人自身轮式里程计提供的移动机器人线速度、角速度相结合，获取精确移动机器人位姿；
6)依据精确移动机器人位姿规划移动机器人每一时刻的期望朝向，以期望朝向与实际朝向之间的差值作为输入误差，采用PID方法控制移动机器人前往充电桩进行对接，进行移动机器人的自主充电。


2.根据权利要求1所述的基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，其特征在于，步骤3)的具体内容为：
将充电桩前方1m的位置设为导航目标点，将充电触点和单目相机的镜头正对充电桩设为目标姿态，规划移动机器人的运动轨迹，对移动机器人进行带有避障功能的导航，当移动机器人到达目标点位置后，控制移动机器人进行原地旋转，直至达到既定的目标姿态。


3.根据权利要求1所述的基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，其特征在于，步骤4)包括下列步骤：
41)调用ArUco官方库中的检测函数，通过自适应阈值颜色分割以及透视变换方法识别单目相机捕获的图像中的ArUco码，进而获取角点的坐标；
42)调用ArUco官方库中的位姿计算函数，通过角点坐标的关系解算，结合标定的单目相机参数，获取单目相机与ArUco码坐标系间的坐标变换，得到基于旋转矩阵计算ArUco码坐标系相对于单目相机坐标系的变换矩阵；
43)根据单目相机、移动机器人坐标系间固定的变换关系，通过坐标系变换，获取移动机器人初始位姿。


4.根据权利要求3所述的基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，其特征在于，步骤41)的具体内容为：
调用ArUco官方库中的检测函数，检测函数首先将单目相机捕获的彩色图像转换为灰度图像，移除灰色像素，保留黑色、白色像素，获取黑白二值化图像，从黑白二值化图像中寻找所有由黑色边界包围的四边形，对四边形区域进行透视变换，获取规范形态，将规范形态的四边形区域根据大小和边界进行分格处理，通过每个格子的黑白颜色判断该区域是否为一个ArUco码，若是，则计算出其对应的字典ID，若该ID与预先固定在充电桩上的ArUco码ID相同，则表示单目相机捕获到了充电桩上的ArUco码，进而获取该ArUco码在单目相机捕获的图像上对应的角点坐标。


5.根据权利要求3所述的基于ArUco码引导的移动机器人自主充电方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启军，石文博，刘成菊，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31