[发明专利]一种移动式机器人充电站自动对准的视觉引导方法

权利要求书

1.一种移动式机器人充电站自动对准的视觉引导方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在充电站上设置多个标志物，测量各个标志物在充电站坐标系中的三维坐标(x_i,y_i,z_i)；

步骤2：对移动机器人自带的光学相机进行相机标定，获取该光学相机的内参矩阵R_cam和畸变参数T_dis；

步骤3：当移动机器人运动到充电站周围时，通过其自身携带的光学相机拍摄各个标志物的图像，然后将拍摄到的图像进行处理，得到各个标志物在光学相机坐标系中的图像坐标(u_i,v_i)；

步骤4：通过利用相机标定得到的光学相机的畸变参数T_dis对各个标志物的图像坐标进行畸变校正，校正后的无畸变图像坐标为(U_i,V_i)；

步骤5，取多组标志物的无畸变图像坐标和对应标志物在充电站坐标系中的三维坐标进行换算，得到充电站坐标系相对于机器人光学相机坐标系的位姿^tarT_cam；

步骤6：通过光学相机在机器人坐标系中的位姿^camT_robot和充电站坐标系相对于机器人光学相机坐标系的位姿^tarT_cam计算充电站在机器人坐标系中的位姿^tarT_robot，其中，^tarT_robot＝^tarT_cam·^camT_robot；

步骤7：根据充电站在机器人坐标系中的位姿^tarT_robot，在充电站的正前方插入预对准中继点坐标系，接着，移动机器人到达该中继点后，移动机器人从中继点运动到充电站处，使得移动机器人上的充电端子与充电站的充电接口接触，完成充电。

2.根据权利要求1所述的移动式机器人充电站自动对准的视觉引导方法，其特征在于，在步骤1中，所述标志物为四个或四个以上颜色不同的LED灯，所述LED灯安装在充电站上。

3.根据权利要求1所述的移动式机器人充电站自动对准的视觉引导方法，其特征在于，在步骤2中，光学相机的内参矩阵R_cam的计算公式为：

其中，f为镜头焦距；dx，dy为光学相机像素的物理尺寸；u₀，v₀为图像中心坐标；

所述光学相机的畸变参数T_dis的计算公式为：

T_dis＝[k₁ k₂ k₃ p₁ p₂]^T；

其中，k1,k2,k3为镜头径向畸变系数，p1,p2为镜头切向畸变系数。

4.根据权利要求2所述的移动式机器人充电站自动对准的视觉引导方法，其特征在于，在步骤3中，所述移动机器人上的光学相机在拍摄各个不同颜色的LED灯的图像后，将图像由RGB空间转换为HSV空间，同时提取各个LED灯在HSV空间的H通道的色相值，并通过HSV图像的H通道检测各种颜色的LED的图像坐标(u_i,v_i)。

5.根据权利要求4所述的移动式机器人充电站自动对准的视觉引导方法，其特征在于，将拍摄到的图像由RGB空间转换到HSV空间，其中，HSV图像的H通道为图片的色相通道，根据LED灯的色相值，在H通道中选出与LED灯的灯色相值附近的像素点的集合，计算该集合中像素点的坐标的平均值即为该LED灯的图像坐标(u_i,v_i)。