[發明專利]基于圖像視覺引導的機器人自動返回充電的方法和系統

在審

• 申請號: 201710033873.6
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106826821A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 陳東偉;李明明
• 申請（專利權）人: 深圳前海勇藝達機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 北京金蓄專利代理有限公司11544
• 代理人: 孫巍

1.一種基于圖像視覺引導的機器人自動返回充電的方法，其特征在于，包括：

機器人的電源檢測設備檢測到機器人電源電量低于設定閾值，機器人進入充電模式，并向充電樁發出充電信號；

充電樁接收到機器人發出的充電信號以后，充電樁的紅外燈光源模塊啟動，紅外光源通過四處發散方式向外輻射紅外光信號，確保充電樁四周的任何方位都能有紅外光信號，所述紅外光源發射的紅外光信號包括遠程紅外信號和近程紅外信號，所述紅外光源為940nm波段紅外光源；

機器人通過紅外攝像機搜索、發現并識別充電樁的遠程紅外信號，所述機器人在原地360度旋轉，逐漸捕捉遠程紅外信號的強度、質量，通過紅外光攝像機采用圖像視覺引導方法，搜索、發現遠程紅外信號，并識別遠程紅外信號、判斷紅外光源的位置；

遠程紅外信號引導機器人向充電樁自動行走，并靠近充電樁，機器人到達距離充電樁0.5米處停止，機器人向充電樁發出關閉遠程紅外信號指令，機器人停止的位置由紅外光攝像機采用圖像視覺引導方法判斷；

充電樁接收到機器人發出的關閉遠程紅外信號指令以后，關閉遠程紅外信號，同時啟用發射編碼模塊，機器人在充電樁發射編碼模塊的引導下進入充電樁的近程紅外信號區域，并沿Z路徑行走，快速完成自主充電。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述機器人通過紅外攝像機搜索、發現并識別充電樁的遠程紅外信號包括：

機器人收到開始檢測圖像命令，并啟動紅外攝像機采集圖像，所述紅外攝像機采集圖像為940nm波段紅外信號圖像；

紅外攝像機開啟環境判斷，進行場景分析，通過計算圖像的亮度直方圖信息，計算圖像亮度的加權均值，判定機器人當前所處環境條件；

判斷計算圖像亮度的加權均值是否小于預設參考值；

如果加權均值大于預設參考值，則機器人所處環境達不到檢測條件，機器人原地轉動方向，繼續進行環境判斷，直至電量耗盡；

如果加權均值小于預設參考值，則對紅外攝像機采集的圖像進行動態二值化，提取紅外光斑；

對紅外光斑進行水平投影，消除毛刺干擾得到矩形；

對矩形進行CANNY變換得到矩形輪廓；

對變換得到的矩形輪廓進行查找，判斷是否發現多個矩形輪廓；

如果發現多個矩形輪廓，則機器人沒有發現充電樁，機器人原地轉動方向，繼續進行環境判斷，直至電量耗盡；

如果發現一個矩形輪廓，說明機器人發現充電樁，需要進行識別，計算矩形輪廓中心坐標，機器人發出底盤控制命令，控制機器人轉動，直至中心坐標處于攝像機采集的圖像中間。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述動態二值化為：

記圖像前景與背景的分割閾值為t，前景點數占圖像比例為w₀，平均灰度為u₀；背景點數占圖像比例為w₁，平均灰度為u₁，則圖像的總平均灰度為：

u＝w₀*u₀+w₁*u₁；

從最小灰度值到最大灰度值遍歷t，當t的取值滿足如下條件：

g＝w₀*(u₀-u)²+w₁*(u₁-u)²最大時，t即為分割的最佳閾值。

4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述對矩形進行CANNY變換得到矩形輪廓為：

對矩形進行雙閾值算法檢測，記高閾值為H_th，低閾值為L_th，所述高閾值H_th的選擇通過計算出的圖像梯度值對應的直方圖進行選取；

將非邊緣點數目在總圖像像素點數目中占的比例表示為H_ratio，根據圖像梯度值對應的直方圖累加，當累加數目達到總像素數目的H_ratio時，則對應的圖像梯度值為H_th；

低閾值L_th的選擇通過L_th＝L_ratio*H_th得到；

通過對邊緣點的標記和領域關系進行連接得到最后的邊緣檢測圖。