机器人自动充电方法、装置、机器人和存储介质与流程

1.本发明涉及自动充电技术领域，尤其涉及一种机器人自动充电方法、装置、机器人和存储介质。


背景技术：

2.随着机器人技术的快速发展,已有越来越多的机器人产品被应用于生活服务领域，在这些机器人产品中，很大一部分是使用充电电池作为动力源。在执行工作时,需要保证充足的电量,在电量不足时,则需要寻找充电装置进行充电。
3.目前的机器人大多具有自主充电功能。但是绝大部分机器人在回到充电桩进行充电补给的时候会选择使用多段式的单次规划，使得在规划时的定位精度偏差较大，或者在上桩过程中机器人在对原路线的跟踪出现了问题的时候，很难及时纠正回来，并且，上桩失败会增加机器人充电的时间成本，而且当机器人规划的起始点与充电桩的距离增加时，相同传感器对于距离的测量误差也会随之加大，从而增加机器人的成本。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种机器人自动充电方法、装置、机器人和存储介质，可以解决现有技术中机器人充电成功率低、误差大的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种机器人自动充电方法，所述方法包括：
6.在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息；
7.根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径；
8.根据所述行驶路径向所述充电桩移动，并且在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，以使所述机器人沿弧形轨迹与所述充电桩对接。
9.可选的，所述在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与充电桩的相对位姿信息，包括：在所述机器人需要充电时，行驶至所述充电桩正前方的侧边区域；获取所述充电桩的位姿，并根据所述充电桩的位姿调整所述机器人在所述侧边区域的位姿；根据所述机器人的当前位姿和所述充电桩的位姿确定所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息。
10.可选的，所述充电桩正前方的侧边区域设置有上桩位置；获取所述充电桩的位姿，并根据所述充电桩的位姿调整所述机器人在所述侧边区域的位姿，包括：根据设置于所述机器人的激光雷达获取所述充电桩的点云数据，并根据所述点云数据确定所述机器人与所述充电桩的第一相对位姿；根据所述第一相对位姿和所述机器人的位姿，确定所述充电桩在栅格地图中的位姿，所述充电桩的位姿包括第一姿态；根据所述充电桩的第一姿态调整所述机器人在所述上桩位置的第二姿态，以使所述机器人的第二姿态与所述充电桩的第一
姿态相同。
11.可选的，在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，包括：在所述机器人向所述充电桩移动的过程中，根据所述相对位姿信息中的位置变化关系和角度变化关系实时调整所述机器人的直行速度以及转动速度。
12.可选的，所述行驶路径包括直线路段和弧线路段；根据所述相对位姿信息中的位置变化关系和角度变化关系实时调整所述机器人的直行速度和转动速度，包括：在根据所述位置变化关系和所述角度变化关系确定所述机器人位于弧线路段时，则根据所述弧线路段的曲率控制所述机器人的直行速度和所述转动速度；在根据所述位置变化关系和所述角度变化关系确定所述机器人位于直线路段时，则控制所述机器人的转动速度为零，并控制所述机器人的直行速度为预设速度。
13.可选的，所述根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径之后，还包括：根据所述机器人的实时位姿，调整更新所述行驶路径。
14.可选的，所述方法还包括：在所述机器人与所述充电桩对接成功之后，检测所述充电桩的输出电压；在所述充电桩的输出电压满足充电条件时，则开始进行充电。
15.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种机器人自动充电装置，所述装置包括：
16.获取模块，用于在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息；
17.确定模块，用于根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径；
18.行驶模块，用于根据所述行驶路径向所述充电桩移动，并且在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，以使所述机器人沿弧形轨迹与所述充电桩对接。
19.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种机器人，所述机器人包括：
20.机器人主体；
21.至少一个控制芯片，所述控制芯片内置于所述机器人主体中，所述控制芯片包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述机器人自动充电方法中任一项方法。
22.为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行能够执行上述机器人自动充电方法中任一项方法。
23.区别于相关技术的情况，本发明实施例提供一种机器人自动充电方法、装置、机器人和存储介质，通过在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息，并根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径，然后根据所述行驶路径向所述充电桩移动，并且在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，以使所述机器人沿弧形轨迹与所述充电桩对接。本发明实施例通过实时获取所述机器人的位置关系，然后根据所述位
置关系实时规划弧形轨迹，降低了所述机器人的初始误差和移动过程中产生的新误差，从而提高了充电的成功率，并且通过传弧形轨迹来回退充电，降低了对传感器的需求，从而降低了所述机器人的成本。
附图说明
24.一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
25.图1是本发明实施例提供的一种应用场景示意图；
26.图2是图2是本发明实施例提供的机器人控制芯片的硬件结构示意图；
27.图3是本发明实施例提供的一种机器人自动充电方法的方法流程图；
28.图4是本发明实施例提供的一种基于dubins路径规划曲线的示意图；
29.图5是本发明实施例提供的一种机器人自动充电装置的结构示意图。
具体实施方式
30.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
31.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互组合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块的划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置示意图中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
32.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
33.所述机器人自动充电方法和装置可应用于机器人，如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种应用场景示意图，该应用场景包括：充电桩10和机器人20，所述机器人20包括传感器21、控制芯片22和机器人主体23，所述充电桩10包括充电电极11。其中，所述传感器21可以是激光雷达传感器、视觉传感器和红外激光传感器等，通过所述传感器来获取所述机器人20和所述充电桩10之间的距离，可以在所述机器人20在回退的过程中随着与所述充电桩10距离的减小，降低所述机器人20到所述充电桩10的误差。所述控制芯片22分别与所述传感器21、所述机器人主体23通信连接，所述传感器21用于实时获取所述机器人主体23和所述充电桩10的相对位姿情况，所述控制芯片22根据所述传感器21获取的所述相对位姿情况实时规划所述机器人主体23到达所述充电桩10的轨迹，并根据所述轨迹控制所述机器人主体23向所述充电桩10移动。在机器人20与充电桩10完成对接之后，机器人20检测是否连接于充电电极11，是否检测到充电电极11的输出电压，在检测到充电电极11的输出电压满足充电条件时，则通过充电桩10开始对机器人20进行充电。
34.在一些实施例中，所述机器人20可以是移动服务机器人，所述充电桩10固定设置
于应用场景中。
35.请参阅图2，图2是本发明实施例提供的机器人控制芯片的硬件结构示意图，如图2所示，所述控制芯片22包括：至少一个处理器221，图2中以一个处理器221为例；所述至少一个处理器221通信连接的存储器222，图2中以通过总线连接为例。
36.其中，所述存储器存222储有可被所述至少一个处理器221执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器221执行，以使所述至少一个处理器221能够执行机器人自动充电方法的步骤。
37.存储器222作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的机器人自动充电方法对应的程序指令/模块。处理器221通过运行存储在存储器222中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行控制芯片22的各种功能应用以及数据处理，即实现方法实施例中机器人自动充电方法。
38.存储器222可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序。此外，存储器222可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。例如，包括至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器222可选包括相对于处理器221远程设置的存储器。
39.所述一个或者多个模块存储在所述存储器222中，当被所述一个或者多个处理器221执行时，执行任意方法实施例中的机器人自动充电方法，例如，执行以下描述的图3中的方法步骤。
40.所述控制芯片22还连接其他装置用于更好的执行本发明实施例所提供的方法，如可以电性连接显示屏或其他显示器，可以远程通信连接目标用户的通信设备等，在此不一一列举。
41.上述机器人可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。
42.请参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种机器人自动充电方法的方法流程图，所述机器人自动充电方法由上述机器人执行，如图3所示，所述方法包括如下步骤：
43.s101、在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息。
44.如图4，在应用场景中设置有充电桩，在充电桩的正前方右侧区域设置有上桩位置。其中，在所述机器人需要充电时，控制所述机器人到达所述充电桩正前方的侧边区域，所述充电桩正前方的侧边区域设置有上桩位置，其中，所述侧边区域可以是所述机器人在所述充电桩的前方右侧，也可以是前方左侧。所述侧边区域设置有上桩位置，在一些实施例中，所述上桩位置与所述充电桩的距离可以是30-40厘米，也可以是1米，所述机器人在距离所述充电桩较远距离的时候，可以通过现有的导航技术控制所述机器人到达所述上桩位置。
45.例如，在机器人的剩余电量低于预设低电量值(10％总电量)时，则机器人需要充电。
46.可选的，在所述机器人需要充电时，行驶至所述充电桩正前方的侧边区域，获取所述充电桩的位姿，并根据所述充电桩的位姿调整所述机器人在所述侧边区域的位姿，根据
所述机器人的当前位姿和所述充电桩的位姿确定所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息。其中，位姿包括位置和姿态，在二维平面坐标系中，位置可通过坐标点表征，姿态可通过姿态角表往。
47.具体的，机器人通过搭载的激光雷达对充电桩区域进行环境扫描，以获得充电桩的点云数据，对充电桩的点云数据进行计算处理，即可得到充电桩的位置信息和姿态角信息。所述充电桩的位姿可以通过所述传感器获取，或者，充电桩的位姿是固定设置于服务场景中。在机器人基于slam(simultaneous localization and mapping)定位导航过程中，机器人的当前位姿是已知的。并且地，在机器人获取到充电桩的位姿之后，机器人进一步地调整位姿，以使机器人与充电桩相距一段距离，并且机器人的姿态与充电桩的姿态相同。所述机器人的位姿可以根据所述充电桩的位姿调整所述机器人在所述侧边区域的位姿，其中，所述传感器可以是激光雷达传感器。
48.可选的，根据设置于所述机器人的激光雷达获取所述充电桩的点云数据，并根据所述点云数据确定所述机器人与所述充电桩的第一相对位姿，根据所述第一相对位姿和所述机器人的位姿，确定所述充电桩在栅格地图中的位姿，所述充电桩的位姿包括第一姿态，根据所述充电桩的第一姿态调整所述机器人在所述上桩位置的第二姿态，以使所述机器人的第二姿态与所述充电桩的第一姿态相同。
49.具体的，机器人通过激光雷达获取充电桩的点云数据，根据点云数据确定出机器人与充电桩的第一相对位姿。在获取第一相对位姿后，根据所述机器人在栅格地图中的定位结果获得机器人的当前位姿，从而获得所述充电桩在栅格地图中的位姿。其中，所述栅格地图用于机器人定位导航。可选地，充电桩在栅格地图中的姿态是固定设置的，机器人在获取到了充电桩在栅格地图中的第一姿态之后，则根据该第一姿态调整机器人的姿态以获得第二姿态，其中，第一姿态对应的姿态角与第二姿态对应的姿态角是相等的。如此，经过姿态调整之后，机器人的姿态和充电桩的姿态是一致的。
50.在获得所述充电桩的位姿和所述机器人的位姿后，可以获取所述机器人和所述充电桩的所述相对位姿信息，也即，首先根据获取的所述机器人位姿和所述充电桩位姿获取所述机器人和所述充电桩之间相对关系。
51.s102、根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径。
52.在获取到所述相对位姿信息后，可以根据dubins路径规划行驶路径，其中，所述dubins路径规划指的是在满足曲率约束与规定的始端和末端切线进入方向的条件下，在二维平面连接两个位置点的最短路径。如图4所示。
53.可选的，所述行驶路径包括直线路段和弧线路段，在根据所述位置变化关系和所述角度变化关系确定所述机器人位弧线路段时，则根据所述弧线路段的曲率控制所述机器人的直行速度和所述转动速度，在根据所述位置变化关系和所述角度变化关系确定所述机器人位于直线路段时，则控制所述机器人的转动速度为零，并控制所述机器人的直行速度为预设速度。
54.具体的，在获得相对位姿信息后，根据机器人的当前位置和当前姿态，以及充电桩的位置和姿态，采用dubins路径规划，以获得行驶路径。进一步地，还需要获取所述机器人的剩余电量，所述机器人根据所述dubins路径规划所述机器人到达所述充电桩之前的路径，其中，所述路径信息包括直线路段和曲线路段，根据所述直线路段和所述机器人的剩余
电量，控制所述机器人按照所述预设速度行驶；根据所述弧线线段中弧线的曲率，控制所述机器人在所述弧线路段按照所述转动速度行驶。
55.在一些实施例中，当所述机器人和所述充电桩的姿态角朝向相差在预设范围内时，则根据所述dubins路径规划出来路径只存在弧线路段，此时，所述机器人根据所述弧线路段的曲率控制所述机器人的直行速度和所述转动速度，以使机器人沿弧线移动。
56.s103、根据所述行驶路径向所述充电桩移动，并且在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，以使所述机器人沿弧形轨迹与所述充电桩对接。
57.可选的，在所述机器人向所述充电桩移动的过程中，根据所述相对位姿信息中的位置变化关系和角度变化关系实时调整所述机器人的直行速度以及转动速度。根据所述机器人的实时位姿，调整更新所述行驶路径。
58.具体的，所述机器人根据所述dubins路径规划的行驶路径行驶，在行驶的过程中，所述机器人和所述充电桩之间的位置和姿态角度会实时变化，在基于slam进行定位导航过程，在遇到动态障碍物时，机器人当前位置至充电桩之间的行驶路径也会跟着位置和角度进行变化，故在所述机器人行驶的过程中，实时调整所述机器人的行驶速度和转动的角度，并根据所述dubins路径规划调整更新所述机器人到达所述充电桩的路径。
59.在机器人行进过程中，通过机器人的位置变化关系和角度变化关系确定机器人是否在直线路段行进，或者是否在曲线路段行进。在机器人是在直线路段行进时，机器人的位置发生变化，然而机器人的姿态角没有发生变化，此时，控制所述机器人按预设直行速度行进，并且控制机器人的转动速度为零。在机器人是在曲线路段行进时，机器人的位置发生变化，并且机器人的姿态角也发生变化，此时，根据弧线路段的曲率，控制机器人直行速度和转动速度，以控制机器人沿曲线路段行进。
60.可选的，在所述机器人与所述充电桩对接成功之后，检测所述充电桩的输出电压，在所述充电桩的输出电压满足充电条件时，则开始进行充电，在所述充电桩的输出电压不满足充电条件时，则所述机器人与所述充电桩对接不成功。在机器人与充电桩对接失败时，机器人与充电桩之间微调相对位置关系，以使机器人与充电电极电连接。或者，控制机器人重新回到上桩位置再进行一次自动上桩充电。
61.具体的，在所述机器人到达所述充电桩之后，还需要检测所述机器人是否成功充电，其中，检测所述机器人是否成功充电的方法有很多种。例如，通过检测所述充电桩的输出电压，也即，在所述机器人到达、并与所述充电桩对接后，所述机器人会检测所述充电桩的输出电压，在所述充电桩的输出电压大于预设电压阈值时，则判定所述机器人与所述充电桩对接成功，并且机器人与充电电极接触，否则，对接不成功。又例如，通过检测所述充电桩与所述机器人的触片接触范围，也即，所述机器人和所述充电桩通过所述触片充电，所述机器人和所述触片分别设置为预设长度，在所述机器人到达所述充电桩后，检测所述机器人的触片和所述充电桩的触片的接触范围，若所述接触范围小于预设范围阈值，则所述机器人和所述充电桩对接不成功，否则，所述机器人能够正常充电。
62.本发明实施例提供一种机器人自动充电方法，通过在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息，并根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径，然后根据所述行驶路径向所述充电桩移动，并且
在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，以使所述机器人沿弧形轨迹与所述充电桩对接。本方法实施例通过获取的相对位姿信息，然后基于dubins路径规划实时规划所述机器人到达所述充电桩的路径，在相对位姿信息变化的时候实时调整路径，从而提高了充电的成功率，并且获取相对位姿信息只需获取充电桩的数据，降低了对传感器的需求，从而降低了所述机器人的成本。
63.请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种机器人自动充电装置的结构示意图，如图5所示，所述机器人自动充电装置40包括获取模块41、确定模块42和行驶模块43。
64.所述获取模块41用于在所述机器人位于充电桩正前方的侧边区域时，获取所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息。
65.所述获取模块41包括行驶单元411、第一调整单元412和确定单元413。
66.所述行驶单元411用于在所述机器人需要充电时，行驶至所述充电桩正前方的侧边区域。
67.所述第一调整单元412用于获取所述充电桩的位姿，并根据所述充电桩的位姿调整所述机器人在所述侧边区域的位姿。
68.所述充电桩正前方的侧边区域设置有上桩位置，所述第一调整单元412具体用于：
69.根据设置于所述机器人的激光雷达获取所述充电桩的点云数据，并根据所述点云数据确定所述机器人与所述充电桩的第一相对位姿；
70.根据所述第一相对位姿和所述机器人的位姿，确定所述充电桩在栅格地图中的位姿，所述充电桩的位姿包括第一姿态；
71.根据所述充电桩的第一姿态调整所述机器人在所述上桩位置的第二姿态，以使所述机器人的第二姿态与所述充电桩的第一姿态相同。
72.所述确定单元413用于根据所述机器人的当前位姿和所述充电桩的位姿确定所述机器人与所述充电桩的相对位姿信息。
73.所述确定模块42用于根据所述相对位姿信息，基于dubins路径规划以确定行驶路径。
74.所述机器人自动充电装置40还包括调整模块44，在执行所述确定模块42的功能之后，所述调整模块44用于根据所述机器人的实时位姿，调整更新所述行驶路径。
75.所述行驶模块43用于根据所述行驶路径向所述充电桩移动，并且在向所述充电桩移动的过程中，基于所述相对位姿信息的变化情况实时调整所述机器人的行驶速度，以使所述机器人沿弧形轨迹与所述充电桩对接。
76.所述行驶模块43包括第二调整单元431，所述第二调整单元431用于在所述机器人向所述充电桩移动的过程中，根据所述相对位姿信息中的位置变化关系和角度变化关系实时调整所述机器人的直行速度以及转动速度。
77.所述行驶路径包括直线路段和弧线路段，所述第二调整模块431具体用于：
78.在根据所述位置变化关系和所述角度变化关系确定所述机器人位于弧线路段时，则根据所述弧线路段的曲率控制所述机器人的直行速度和所述转动速度；
79.在根据所述位置变化关系和所述角度变化关系确定所述机器人位于直线路段时，则控制所述机器人的转动速度为零，并控制所述机器人的直行速度为预设速度。
80.所述机器人自动充电装置40还包括充电模块45，在执行所述行驶模块43的功能之
后，所述充电模块45用于：
81.在所述机器人与所述充电桩对接成功之后，检测所述充电桩的输出电压；
82.在所述充电桩的输出电压满足充电条件时，则开始进行充电。
83.需要说明的是，上述机器人自动充电装置可执行本发明实施例所提供的机器人自动充电方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在机器人自动充电装置实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的机器人自动充电方法。
84.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
85.本技术实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图2的方法步骤，实现图5中的各模块的功能。
86.通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory,rom)或随机存储记忆体(random access memory,ram)等。
87.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。