基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法及系统与流程

本发明涉及机器人，具体是涉及基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法及系统。

背景技术：

1、随着家庭陪伴、巡检及安防等应用场景的日益普及，四足机器人因其卓越的移动能力和环境适应性得到了广泛应用。然而，作为高能耗的移动设备，四足机器人的续航能力一直是制约其长时间自主作业的关键瓶颈。现有的四足机器人充电方案主要采用固定式充电桩模式。在这种模式下，充电桩被预先安装在固定的位置（如墙角或特定充电站点），机器人需要依靠自身的导航系统主动规划路径，长距离移动至该固定点位进行无线感应或物理插接充电。

2、这种传统方案在实际应用中存在显著的技术缺陷：当四足机器人因电量耗尽、故障或执行任务而趴伏在床底、沙发下、柜子后等复杂遮挡环境中时，传统的视觉和激光雷达导航往往失效，导致机器人无法识别固定充电桩的位置，或者无法规划出有效的回充路径。此时，机器人不仅无法完成充电，还可能因彻底断电而陷入失联状态，必须依赖人工干预才能将其取出并手动充电。这不仅降低了机器人的能量利用率和作业效率，也严重影响了用户体验和系统的自动化程度。

技术实现思路

1、本发明旨在提供基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法及系统，旨在解决现有技术中存在的机器人在遮挡环境下无法自主回充、需人工干预的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，包括以下步骤：

3、s1、当四足机器人的剩余电量低于预设阈值时，由四足机器人向移动充电底盘发送充电请求，并启动uwb标签；

4、s2、移动充电底盘接收充电请求后，唤醒uwb定位模块，并与所述四足机器人进行uwb测距以获取二者之间的距离和方向，从而生成初始搜索方向；其中，在四足机器人被遮挡时，所述uwb定位模块提供非视距定位能力以引导移动充电底盘；

5、s3、移动充电底盘根据所述初始搜索方向，启动激光雷达进行slam建图、定位与路径规划，并结合历史地图绕行障碍物向四足机器人所在的区域导航；

6、s4、当移动充电底盘接近至距离四足机器人一米以内时，切换至视觉对接模式，通过视觉相机识别四足机器人端的磁吸充电接口或视觉标记，并计算移动充电底盘的充电接口与四足机器人的充电接口之间的相对位置和姿态偏差；

7、s5、移动充电底盘根据相对位置和姿态偏差，控制底盘进行运动调整，并通过升降机构调整充电接口高度，使得磁吸接口进入吸附范围完成对接，握手确认后开启充电。

8、优选的，在s2中，所述移动充电底盘上设置至少两个uwb天线，通过到达时间差或到达角来估算四足机器人的方位。

9、优选的，在s5中，运动调整与高度调整的执行顺序为：先进行角度对齐，再进行横向位置对齐，然后进行高度对齐，最后使磁吸接口吸附。

10、优选的，在s5中，磁吸接口接触后，执行安全握手流程，所述安全握手流程包括：低压检测、极性检测、绝缘检测、通信握手、bms确认以及预充，之后闭合主充电回路。

11、优选的，在s2与s3之间，还包括判断所述四足机器人是否处于视线内的步骤，包括：

12、若激光雷达点云或视觉相机能直接观测到四足机器人，则直接进入步骤s3的导航状态；若不能，则保持在s2的uwb引导状态直至进入可视区域。

13、优选的，所述判断所述四足机器人是否处于视线内包括：

14、从移动充电底盘的位置向四足机器人的粗略位置投射射线，并判断射线上是否存在lidar点云障碍物；若不存在，则判定为视线内；若存在，则判定为非视线内。

15、优选的，所述充电请求通过云端中转通信或点对点通信方式发送；

16、在点对点通信方式下，所述四足机器人利用自身的slam定位、imu、视觉和地图信息，持续向所述移动充电底盘发送相对位置、角度偏差、障碍物信息或推荐路径以实时引导移动充电底盘。

17、优选的，在所述四足机器人处于趴伏姿态时，所述移动充电底盘通过所述升降机构降低充电接口的高度以适配所述四足机器人的充电接口。

18、优选的，在步骤s2至s4中，当uwb信号方向出现突变时，判断存在多径干扰，并结合历史轨迹、地图约束和信号稳定度进行滤波处理，以获得稳定的机器人位置估计。

19、另一方面，本发明提出一种基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电系统，包括：

20、四足机器人，其内部设置有电池管理系统、电量监测模块、uwb标签以及磁吸充电接口；

21、移动充电底盘，其上集成有：

22、uwb基站模块，用于与四足机器人的uwb标签进行测距和通信，在四足机器人被遮挡时提供非视距定位引导；

23、激光雷达，用于执行slam建图、自主定位、障碍物识别和路径规划；

24、视觉相机，用于在近距离识别四足机器人的磁吸充电接口或视觉标记；

25、可升降平台，其上安装有与磁吸充电接口相匹配的磁吸对接机构，用于动态调节充电接口高度；

26、自主导航模块，用于控制移动充电底盘根据多模态感知信息向四足机器人移动并完成对接。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

28、本发明通过构建由移动充电底盘主动寻找机器人的逆向服务范式，利用uwb定位模块的非视距穿透能力在遮挡环境下获取机器人方位并引导底盘搜索，结合激光雷达进行全局路径规划以绕过障碍物，并在近距离切换至视觉精对准模式配合可升降平台与磁吸接口实现自适应高度调整与高成功率对接；有效克服了复杂遮挡环境下的导航盲区，实现了机器人在低电量或隐蔽状态下的全场景自主回充，显著提升了能量利用率和系统自动化水平。

1.一种基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，在s2中，所述移动充电底盘上设置至少两个uwb天线，通过到达时间差或到达角来估算四足机器人的方位。

3.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，在s5中，运动调整与高度调整的执行顺序为：先进行角度对齐，再进行横向位置对齐，然后进行高度对齐，最后使磁吸接口吸附。

4.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，在s5中，磁吸接口接触后，执行安全握手流程，所述安全握手流程包括：低压检测、极性检测、绝缘检测、通信握手、bms确认以及预充，之后闭合主充电回路。

5.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，在s2与s3之间，还包括判断所述四足机器人是否处于视线内的步骤，包括：

6.根据权利要求5所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，所述判断所述四足机器人是否处于视线内包括：

7.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，所述充电请求通过云端中转通信或点对点通信方式发送；

8.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，在所述四足机器人处于趴伏姿态时，所述移动充电底盘通过所述升降机构降低充电接口的高度以适配所述四足机器人的充电接口。

9.根据权利要求1所述的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电方法，其特征在于，在步骤s2至s4中，当uwb信号方向出现突变时，判断存在多径干扰，并结合历史轨迹、地图约束和信号稳定度进行滤波处理，以获得稳定的机器人位置估计。

10.一种用于实现如权利要求1-9任意一项所述方法的基于多模态融合与非视距引导的主动式机器人充电系统，其特征在于，包括：