[发明专利]一种视觉充电座及其定位方法和回充方法

说明书

本发明公开一种带有摄像头的视觉充电座及基于该视觉充电座的机器人定位方法和回充方法。所述视觉充电座通过其摄像头捕获的图像特征辅助机器人实现定位和回充。其中，所述视觉充电座根据其摄像头捕获的图像上所述机器人的位置和所述机器人的机身长度，并结合小孔成像模型和相似三角形的几何比例关系，求出所述机器人相对于所述视觉充电座的相对位置坐标，在回充状态下所述视觉充电座判断到的机器人角度反馈给机器人，使得所述机器人不断修正自己的回充路线，从而可以笔直的上到充电座上面。充电座辅助机器人完成定位，减少机器人对电池的消耗，也提高回充效果。

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种基于视觉技术的定位方法，具体涉及一种视觉充电座及机器人的定位方法和回充方法。

背景技术

自动行动机器人获得了越来越广泛的应用，例如扫地机器人、家具安防机器人、行业咨询机器人等，这些机器人一个最重要的特点是自动定位和自动回充。目前自动定位包含有多种技术，例如惯性导航、视觉导航、激光导航等等，他们的特点是能够自主导航，不需要依赖于外部装置的辅助，适用性比较强。充电座部分，大部分是主动发射引导的信号，例如红外、超声波等，机器人在充电座附近时，可以比较容易的引导到充电座正前方，然后回座充电。在现有技术中，这类型的机器人依靠自身实现定位导航，充电座只是起到信号引导作用，两者互相独立，机器人需要大量的运算资源来进行导航操作，因此在定位导航过程中对电池的消耗比较大。

发明内容

一种视觉充电座，该视觉充电座上面设置有充电的电极片和无线通信模块，该视觉充电座上还设置有一个摄像头及数据处理和无线通信模块，其中，数据处理和无线通信模块通过分析处理摄像头拍摄的图像得到机器人的位置信息，并根据机器人的位置信息以无线通信方式控制机器人进行定位和/或回充。

进一步地，所述摄像头固定设置在所述视觉充电座的面板正上方。

进一步地，所述摄像头具有一个固定的视角，用于对出现在所述视觉充电座的视野范围内的机器人进行定位和/或回充。

一种机器人的定位方法，该定位方法基于所述视觉充电座，并适用于对出现在所述视觉充电座的视野范围内的机器人进行定位，包括以下步骤：

步骤1、所述视觉充电座从其摄像头捕获到的图像中识别所述机器人；

步骤2、成功识别所述机器人后，根据所捕获的图像上所述机器人的位置，利用小孔成像模型和三角形几何比例关系，计算出所述机器人与所述视觉充电座的夹角；根据所捕获的图像上所述机器人的机身长度，利用小孔成像模型和相似三角形的几何比例关系，计算出所述机器人相对于所述视觉充电座的距离；

步骤3、根据所述机器人与所述视觉充电座的夹角以及所述机器人相对于所述视觉充电座的距离，计算出所述机器人相对于所述视觉充电座的相对位置坐标；

其中，所述机器人与所述视觉充电座的夹角为所述机器人的机身中心偏离所述视觉充电座在水平地面上的垂直方向的夹角。

进一步地，步骤2中，根据小孔成像模型和相似三角形的几何比例关系得出，所述机器人在所捕获的图像上的长度与所述机器人的机身长度的比值，等于所述摄像头的焦距与所述机器人相对所述视觉充电座的距离的比值，可通过上述比值关系求出所述机器人相对所述视觉充电座的距离；

其中，所述机器人的机身长度由测量得到，所述摄像头的焦距为所述摄像头的内参数，所述机器人在所捕获的图像上的长度由所述摄像头的图像传感器获取。

进一步地，步骤2中，根据小孔成像模型和相似三角形几何比例关系，所述机器人的机身中心在所述摄像头成像平面上偏离所述摄像头的透镜中心轴线的角度等于所述机器人与所述视觉充电座的夹角，则根据所述机器人的机身中心在所述摄像头成像平面的位置信息求出所述机器人与所述视觉充电座的夹角。