机器人对桩充电方法及系统与流程

1.本技术涉及移动机器人技术领域，更具体地，涉及一种机器人对桩充电方法及系统。


背景技术：

2.目前，现有的机器人通常利用红外发射端和红外接收端确定机器人的充电桩的相对位置，利用相对位置来控制机器人进行对桩充电。或者，现有的机器人利用视觉相机识别充电桩上二维码，利用识别到的二维码在相机中的位置，来求出机器人相对于充电桩的位置，用其相对位置控制机器人进行对桩充电。
3.现有技术中机器人的上述对桩充电方式均存在一定的缺陷。第一种方案，适用于充电桩位置电磁干扰相对少的环境，存在红外信号受干扰的问题。而且需要在充电桩安装红外发射端，在机器人上安装红外接收端，导致硬件成本的上升，并且针对室外机器人来讲，多一个硬件设备需要安装，就存在硬件不稳定的风险，导致因对桩精度差而造成机器人充电失败。第二中方案适用于室内环境，同样也会有多余的硬件设备需要安装，同时二维码容易受到污染、长期使用容易磨损等，导致机器人充电失败的几率上升。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是提供一种机器人对桩充电方法的新技术方案，至少能够解决现有技术中成本高、对桩充电精度差、容易充电失败等问题。
5.根据本发明的第一方面，提供了一种机器人对桩充电方法，包括以下步骤：
6.记录机器人对上充电桩时的激光点云和第一位置，所述激光点云为目标点云；
7.根据所述机器人的实时位置，算出距离所述机器人正后方第一预设距离位置处的坐标和朝向，得到第二位置；
8.根据所述机器人第二位置处的点云为输入点云，以所述目标点云和所述输入点云做最近邻搜索；
9.用所述输入点云与所述目标点云做点云配准，得到配准后的第三位置，并不断更新所述输入点云，直到配准后的第三位置与第一位置的偏差的绝对值小于第二预设距离时为止。
10.可选地，以所述目标点云和所述输入点云做最近邻搜索的步骤包括：
11.遍历所述输入点云的所有点，剔除所述输入点云中大于所述第一预设距离的预设倍数的点，保留所述输入点云中小于等于所述第一预设距离的预设倍数的点。
12.可选地，不断更新所述输入点云的步骤包括：
13.根据第二位置与第一位置的相对位置偏差控制所述机器人朝所述充电桩前进，并在前进过程中不断更新所述输入点云。
14.可选地，所述激光点云为激光雷达点云，所述激光点云包括三维坐标和激光反射强度。
15.可选地，所述第一预设距离为0.2m-0.8m，所述预设倍数为1-2，所述第二预设距离为3cm-8cm。
16.根据本发明的第二方面，提供一种机器人对桩充电系统，应用于上述实施例中所述的机器人对桩充电方法，所述对桩充电系统包括：
17.记录模块，用于记录机器人对上充电桩时的激光点云和第一位置，其中，所述激光点云为目标点云；
18.计算模块，所述计算模块与所述记录模块连接，所述计算模块用于计算距离机器人正后方第一预设距离位置处的坐标和朝向，并得到第二位置，其中，第二位置处的点云为输入点云；
19.搜索模块，所述搜索模块与所述计算模块连接，所述搜索模块用于对所述目标点云和所述输入点云做最近邻搜索；
20.配准模块，所述配准模块与所述搜索模块连接，所述配准模块用于对所述输入点云和所述目标点云做点云配准；
21.更新模块，所述更新模块与所述配准模块连接，所述更新模块用于更新所述输入点云。
22.可选地，所述搜索模块包括：剔除单元和保留单元，所述剔除单元和所述保留单元分别与所述计算模块连接，所述剔除单元用于剔除所述输入点云中大于所述第一预设距离的预设倍数的点，所述保留单元用于保留所述输入点云中小于等于所述第一预设距离的预设倍数的点。
23.根据本发明的第三方面，提供一种机器人，所述机器人包括：移动底盘；机器本体，机器本体设在所述移动底盘上，所述移动底盘带动所述机器本体可移动；激光雷达，所述激光雷达设在所述机器本体内。
24.可选地，机器人还包括：处理器和存储器，在所述存储器中存储有计算机程序指令，其中，在所述计算机程序指令被所述处理器运行时，使得所述处理器执行上述实施例中的机器人对桩充电方法的步骤。
25.根据本发明的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时，使得所述处理器执行上述实施例中的机器人对桩充电方法的步骤。
26.根据本发明实施例的机器人对桩充电方法，利用机器人自带的激光点云来获取机器人的实时位置，无需额外的硬件设备，节省硬件成本。在对桩充电方法中，用输入点云与目标点云做点云配准，并不断更新输入点云，通过点云之间的配准能够得到具有更高精确度的位置，实现高精度的对桩充电。该对桩充电方法对于部署充电桩环境的容差性更强，能够在室内室外等不同场景下进行高精度对桩充电，避免充电失败的风险。
27.通过以下参照附图对本技术的示例性实施例的详细描述，本技术的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
28.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本技术的原理。
29.图1是根据本发明实施例的机器人对桩充电方法的流程图；
30.图2是根据本发明实施例的机器人对桩充电系统的原理图；
31.图3是是根据本发明实施例的机器人的工作原理图。
32.附图标记：
33.记录模块10；
34.计算模块20；
35.搜索模块30；剔除单元31；保留单元32；
36.配准模块40；
37.更新模块50；
38.处理器201；
39.存储器202；操作系统2021；应用程序2022；
40.网络接口203；
41.输入设备204；
42.硬盘205；
43.显示设备206。
具体实施方式
44.现在将参照附图来详细描述本技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
45.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
46.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
47.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
48.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
49.下面结合附图具体描述根据本发明实施例的机器人对桩充电方法。
50.如图1所示，根据本发明实施例的机器人对桩充电方法，包括以下步骤：
51.s1、记录机器人对上充电桩时的激光点云和第一位置，激光点云为目标点云；
52.s2、根据机器人的实时位置，算出距离机器人正后方第一预设距离位置处的坐标和朝向，得到第二位置；
53.s3、根据机器人第二位置处的点云为输入点云，以目标点云和输入点云做最近邻搜索；
54.s4、用输入点云与目标点云做点云配准，得到配准后的第三位置，并不断更新输入点云，直到配准后的第三位置与第一位置的偏差的绝对值小于第二预设距离时为止。
55.换言之，参见图1，在本发明实施例的机器人对桩充电方法中，首先，可以将机器人对上充电桩，记录机器人对上充电桩时的激光点云和第一位置，激光点云为目标点云。利用
机器人自带激光雷达的激光点云来获取机器人的实时位置，无需额外的硬件设备，节省硬件成本。然后，根据机器人的实时位置，算出距离机器人正后方第一预设距离位置处的坐标和朝向，得到第二位置。当机器人需要充电时，将机器人导航到第二位置处。到达该位置后，以目标点云和输入点云做最近邻搜索。
56.最后，用输入点云与目标点云做点云配准，得到配准后的第三位置，并不断更新输入点云，直到配准后的第三位置与第一位置的偏差的绝对值小于第二预设距离时为止，完成机器人的高精度对桩充电。本发明通过点云之间的配准能够得到具有更高精确度的位置，实现高精度的对桩充电。并且对于部署充电桩环境的容差性强，不要求红外干扰低的环境，也不像二维码对桩那样有二维码的损耗或者污染问题，长期运行充电的成功率非常高。
57.由此，根据本发明实施例的机器人对桩充电方法，利用机器人自带的激光点云来获取机器人的实时位置，无需额外的硬件设备，节省硬件成本。在对桩充电方法中，用输入点云与目标点云做点云配准，并不断更新输入点云，通过点云之间的配准能够得到具有更高精确度的位置，实现高精度的对桩充电。该对桩充电方法对于部署充电桩环境的容差性更强，能够在室内室外等不同场景下进行高精度对桩充电，避免充电失败的风险。
58.在本发明的一些具体实施方式中，以目标点云和输入点云做最近邻搜索的步骤包括：遍历输入点云的所有点，剔除输入点云中大于第一预设距离的预设倍数的点，保留输入点云中小于等于第一预设距离的预设倍数的点。不断更新输入点云的步骤包括：根据第二位置与第一位置的相对位置偏差控制机器人朝充电桩前进，并在前进过程中不断更新输入点云。
59.其中，激光点云为激光雷达点云(3d点云)，激光点云包括三维坐标和激光反射强度。3d激光雷达本身就是室外机器人建图定位避障的必备硬件之一，不需要额外的硬件设备，节省成本。3d激光雷达点云是目标表面特性的海量点的集合，根据激光测量原理得到的点云，包括三维坐标(xyz)和激光反射强度(intensity)。点云配准得到一个旋转平移变换矩，该矩阵表示了这两个点云的位置变换关系，即通过rt可以将源点云变换到目标点云的位置，使二者能够重合。
60.根据本发明的一个实施例，第一预设距离为0.2m-0.8m，预设倍数为1-2，第二预设距离为3cm-8cm。
61.也就是说，在本发明的机器人对桩充电方法中，参见图1，首先，将机器人对上充电桩，记录下当前时刻3d激光雷达的3d点云。记录下当前的实时位置(第一位置)。然后，根据机器人实时位置,算出距离机器人正后方第一预设距离处的坐标和朝向，得到位置第二位置。例如，第一预设距离为0.5m。
62.当机器人需要充电时，先导航到第二位置处。到达该位置后，以激光点云为目标点云，当前时刻点云(第二位置处的点云)作为输入点云，做最近邻搜索。遍历输入点云的所有点，当某个点在目标点云中的最近邻点距离超过1.5倍的第一预设距离时，也就是大于0.75m时，该点可视为动态点，在输入点云中剔除，保留最近邻距离小于或等于1.5倍的第一预设距离的点。剔除完动态点后，用输入点云和目标点云做点云配准，利用点云配准得到相对位置，此时可得到当前时刻的雷达点云到先前记录的雷达点云的第三位置，更新输入点云，依照机器人相对位置偏差控制机器人朝充电桩前进，例如此时y轴偏差正10cm，此时可控制角速度，减少y轴偏差。随着机器人前进，输入点云继续更新，再剔除当前时刻点云的动
态点，继续进行点云配准，滚动更新相对位置，直到位置偏差的绝对值小于5cm或者直至机器人充上电为止，完成机器人高精度对桩充电。
63.总而言之，根据本发明实施例的机器人对桩充电方法，利用机器人自带的激光点云来获取机器人的实时位置，无需额外的硬件设备，节省硬件成本。在对桩充电方法中，用输入点云与目标点云做点云配准，并不断更新输入点云，通过点云之间的配准能够得到具有更高精确度的位置，实现高精度的对桩充电。该对桩充电方法对于部署充电桩环境的容差性更强，能够在室内室外等不同场景下进行高精度对桩充电，避免充电失败的风险。
64.根据本技术的第二方面，提供一种机器人对桩充电系统，应用于上述实施例中的机器人对桩充电方法，对桩充电系统包括记录模块10、计算模块20、搜索模块30、配准模块40和更新模块50。
65.具体地，参见图2，记录模块10用于记录机器人对上充电桩时的激光点云和第一位置，其中，激光点云为目标点云。计算模块20与记录模块10连接，计算模块20用于计算距离机器人正后方第一预设距离位置处的坐标和朝向，并得到第二位置，其中，第二位置处的点云为输入点云。搜索模块30与计算模块20连接，搜索模块30用于对目标点云和输入点云做最近邻搜索。配准模块40与搜索模块30连接，配准模块40用于对输入点云和目标点云做点云配准。更新模块50与配准模块40连接，更新模块50用于更新输入点云。
66.其中，搜索模块30包括剔除单元31和保留单元32，剔除单元31和保留单元32分别与计算模块20连接，剔除单元31用于剔除输入点云中大于第一预设距离的预设倍数的点，保留单元32用于保留输入点云中小于等于第一预设距离的预设倍数的点。
67.本发明实施例的机器人对桩充电系统，利用机器人自带的激光点云来获取机器人的实时位置，无需额外的硬件设备，节省硬件成本。在对桩充电方法中，用输入点云与目标点云做点云配准，并不断更新输入点云，通过点云之间的配准能够得到具有更高精确度的位置，实现高精度的对桩充电。该对桩充电方法对于部署充电桩环境的容差性更强，能够在室内室外等不同场景下进行高精度对桩充电，避免充电失败的风险。
68.根据本发明的第三方面，提供一种机器人，包括移动底盘、机器本体和激光雷达。
69.具体地，机器本体设在移动底盘上，移动底盘带动机器本体可移动。激光雷达设在机器本体内。激光雷达为3d激光雷达。移动底盘能得到当前机器人在地图中的实时位置，能够导航到地图的中的任意一个不被障碍物占据的坐标点。
70.本发明的机器人自带激光雷达来获取机器人的实时位置，无需额外的硬件设备，节省硬件成本，对桩充电精度高，不存在失效风险。并且对于部署充电桩环境的容差性强，不要求红外干扰低的环境，也不像二维码对桩那样有二维码的损耗或者污染问题，长期运行充电的成功率非常高。
71.本技术的机器人还包括：处理器201和存储器202，在存储器202中存储有计算机程序指令，其中，在计算机程序指令被处理器201运行时，使得处理器201执行上述实施例中的机器人对桩充电方法的步骤。
72.进一步地，如图3所示，机器人还包括网络接口203、输入设备204、硬盘205、和显示设备206。
73.上述各个接口和设备之间可以通过总线架构互连。总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥。具体由处理器201代表的一个或者多个中央处理器201(cpu)，以及由存储
器202代表的一个或者多个存储器202的各种电路连接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其它电路连接在一起。可以理解，总线架构用于实现这些组件之间的连接通信。总线架构除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线，这些都是本领域所公知的，因此本文不再对其进行详细描述。
74.网络接口203，可以连接至网络(如因特网、局域网等)，从网络中获取相关数据，并可以保存在硬盘205中。
75.输入设备204，可以接收操作人员输入的各种指令，并发送给处理器201以供执行。输入设备204可以包括键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。
76.显示设备206，可以将处理器201执行指令获得的结果进行显示。
77.存储器202，用于存储操作系统2021运行所必须的程序和数据，以及处理器201计算过程中的中间结果等数据。
78.可以理解，本发明实施例中的存储器202可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(ram)，其用作外部高速缓存。本文描述的装置和方法的存储器202旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器202。
79.在一些实施方式中，存储器202存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统2021和应用程序2022。
80.其中，操作系统2021，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序2022，包含各种应用程序2022，例如浏览器(browser)等，用于实现各种应用业务。实现本发明实施例方法的程序可以包含在应用程序2022中。
81.上述处理器201，当调用并执行存储器202中所存储的应用程序2022和数据，具体的，可以是应用程序2022中存储的程序或指令时，执行根据上述实施例的机器人对桩充电方法的步骤。
82.本发明上述实施例揭示的方法可以应用于处理器201中，或者由处理器201实现。处理器201可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器201中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器201可以是通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件，可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器201也可以是任何常规的处理器201等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器202，处理器201读取存储器202中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
83.可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(asic)、数字信
号处理器dsp)、数字信号处理设备(dspd)、可编程逻辑设备(pld)、现场可编程门阵列(fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本技术功能的其它电子单元或其组合中。
84.对于软件实现，可通过执行本文功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文的技术。软件代码可存储在存储器202中并通过处理器201执行。存储器202可以在处理器201中或在处理器201外部实现。
85.具体地，处理器201还用于读取计算机程序，执行如下步骤:对桩充电方法预测并输出用户提问的问题答案。
86.本发明第三方面实施例，还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器201运行时，使得处理器201执行上述实施例的机器人对桩充电方法的步骤。
87.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露方法和装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
88.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理包括，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
89.上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例收发方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，简称rom)、随机存取存储器(random access memory，简称ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
90.虽然已经通过例子对本技术的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本技术的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本技术的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本技术的范围由所附权利要求来限定。