[發明專利]基于ROS機器人操作系統的機器人自動充電對接方法

有效

• 申請號: 201811530400.8
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109755995B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 陳承隆;邱志成;田聯房;杜啟亮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;華南理工大學珠海現代產業創新研究院
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;G05D1/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

本發明公開了一種基于ROS機器人操作系統的機器人自動充電對接方法，該方法是使用激光雷達采集數據，對數據進行預處理，使用基點生長算法對數據進行聚合，以機器人充電座模型作為充電座識別特征，以六關鍵點算法計算充電座實際位置并計算運動指令，以ROS消息隊列發布運動指令，進一步提高自動充電過程的成功率。本發明合理利用ROS機器人系統和ROS的導航框架進行實現，方便各模塊之間的消息傳遞和功能實現，構建一個機器人自動充電的子系統，同時也使機器人在自動充電對接過程中具備一定的導航避障能力。

技術領域

本發明涉及移動機器人自動充電的技術領域，是指一種基于ROS機器人操作系統的機器人自動充電對接方法。

背景技術

近年來，移動機器人技術迅速發展，成果顯著，越來越多的移動機器人代替人力在各個領域發揮了重要作用。例如家庭服務機器人，導購機器人，掃地機器人等。隨著人工智能(AI)時代的到來，這些技術愈加的成熟，機器人技術已經國家高科技發展程度的一項重要標志。機器人技術的發展也帶來了另一個問題，機器人自動充電技術成為了一個亟待解決的問題，幾乎所有的移動機器人都需要實現自動充電功能才算是一個完整的機器人系統。因此，對機器人充電座識別及對接技術進行研究，具有非常重要的意義。

目前實現機器人充電座的識別及對接的方法有很多，其中應用最多的是基于紅外傳感器的機器人充電充電座自動識別及對接技術。通過程序內定義紅外傳感器組合信號的意義，然后進行多個紅外傳感器信號組合特征的識別，最后實現充電座的自動對接充電。但是基于紅外傳感器的自動充電過程，受紅外傳感器信號單一、系統結構復雜龐大，在一些實際的應用場合并不是特別合理。而另一種是基于機器視覺的充電座自動識別及對接方法，但是此種方法受光照、攝像機方向范圍的影響，識別對接效果在一些場合并不是很理想。第三種是基于激光雷達的充電座自動識別及對接技術，機器人本體配備的激光雷達能夠較精確的獲取周圍環境的二維距離信息(有部分激光雷達本身帶有激光返回強度信息，使識別更加容易，但是本設計不依靠激光強度返回信息)，且受光照等環境條件影響較小，但由于激光雷達只能采集二維距離信息且沒有強度返回信息，特征并不是特別明顯，因而對算法的精度要求較高，所以需要對機器人充電座識別及對接算法進行優化。

綜合以上論述，提出一種新的精度較高、適用環境范圍廣的移動機器人充電座識別及對接方法具有較高的實際應用價值。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統的基于紅外傳感器和基于激光雷達的機器人自動充電技術的不足，提出了一種基于ROS機器人操作系統的機器人自動充電對接方法，識別階段采用基點生長的方法，充分利用激光雷達特征點的距離信息，并利用ROS機器人操作系統進行實現，合理利用了ROS的Navigation框架，使機器人在自動充電的最開始階段中具備一定的路徑規劃和避障能力，導航到充電座附近位置。初期的返回導航過程利用ROS機器人操作系統提供的move_base導航框架。move_base是ROS機器人操作系統提供的一個功能包，根據給定的機器人的導航目標，激光雷達、環境地圖的數據，通過設置導航參數，調用導航框架提供的全局路徑規劃和局部路徑規劃模塊，即可實現機器人的自主導航。這里訂閱initial_pose/goal(機器人出發位置)話題，獲得到達初始充電座附近的導航目標點，默認機器人出發位置為充電座位置。設置導航參數選用A*最短路徑算法規劃出全局路徑，使用dwa動態窗口算法規劃局部路徑，避開障礙物，實現機器人充電對接的初期返回過程的導航。

為實現自動充電目的，本發明提供的技術方案為：基于ROS機器人操作系統的機器人自動充電對接方法，包括以下步驟：

1)激光雷達數據整合：使用激光雷達采集數據，對數據進行預處理，剔除那些超出預設范圍的數據和誤差數據，并將結果記錄保存；

2)特征提取：使用基點生長算法，對數據進行直線簇提取，去除噪聲點并對直線簇進行處理；