1.一种机器人和充电座自动对接充电的控制方法,其特征在于,所述机器人具有可
360°旋转的底盘,所述底盘上固定安装有激光雷达,所述激光雷达发射激光束对周围环境中的障碍物进行探测,以获得与障碍物相关的激光雷达数据;所述充电座(1)的前面板上开设有向内凹进的左凹槽(1.1)和右凹槽(1.2),所述左凹槽和右凹槽对称设置在所述充电座的两侧,所述左凹槽和右凹槽的高度均与所述激光雷达的扫描高度平齐设置,所述左凹槽、右凹槽以及位于所述左凹槽和右凹槽之间的中间面板(1.3)共同形成充电座特征;所述控制方法包括以下步骤:S1、初步搜索充电座的特征:判断机器人是否搜索到充电座的特征,如果机器人搜索到充电座的特征,则执行步骤S2;如果机器人未搜索到充电座的特征,则控制机器人底盘旋转一定角度后再次搜索充电座的特征;
S2、计算充电座的初步位置:判断充电座位置的远近,如果机器人充电座距离机器人的位置近,则执行步骤S3;如果机器人充电座距离机器人的位置远,则控制机器人运行到充电座前方的充电参考点C,判断机器人到达参考点C后,则执行步骤S3;
S3、计算机器人转到背对充电座的角度并控制机器人转动到背对充电座,执行以下循环:
3.1、根据步骤S2中的充电座精确位置搜索方法,获取充电座的左特征点L和右特征点R;所述左凹槽(1.1)与中间面板(1.3)的交线为左特征线,所述左特征点L为激光雷达发射的激光束与左特征线的交点,所述右凹槽(1.2)与中间面板(1.3)的交线为右特征线,所述右特征点R为激光雷达发射的激光束与右特征线的交点;
3.2、计算当前机器人相对充电座的偏差角度ΔA,设定机器人后退速度为V1,角度调整基数为B,角度调整最大速度值为Vmax,机器人实时角度调整值V=ΔA/B×Vmax,得到机器人控制参数(V1,V),并根据机器人控制参数控制机器人运行;
3.3、计算机器人当前离充电座的距离 如果距离D小于设定
值,则机器人到达设定的充电位置,如果距离D大于设定值,则重复循环步骤3.1;其中,l3为线段PL的长度,l4为线段PR的长度,l5为线段LR的长度。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述步骤S1中初步搜索充电座特征的算法具体如下:
1.1、读取一帧激光雷达数据,将所有扫描到的激光雷达数据点保存到激光雷达数据点Data数组中,激光雷达数据点的数据包括扫描距离和扫描角度;
1.2、先使用自适应变阈值分割方法确认分割阈值,定义分割阈值线性函数Div=f(D),以确定不同激光雷达数据点的分割阈值;再计算相邻两个激光雷达数据点La和Lb的距离差值为Δd,如果Δd>Div,则该两个激光雷达数据点La和Lb为不同区域;最后把一帧激光雷达数据分割成N个区块,分割的区块表示为Ri,每一个区块包含Gi个点,i=1,2,......,N;
1.3、遍历分割区块Ri,如果某一区块中的激光雷达数据点小于3个,则认为该区块为噪声点,舍弃这个区块;接着检测区块内的激光雷达数据点是否符合充电座数据点特征,遍历区块内的所有激光雷达数据点,计算相邻两个激光雷达数据点La和Lb是否符合充电座的开槽深度叠加误差阈值,计算出匹配的激光雷达数据点的数量M,该区块的激光雷达数据点的数量为Na,匹配率P=M/Na;
1.4、对所有分割区块Ri按照匹配率由高到底进行排序,设匹配率最高的区块为充电座所在的位置,根据余弦定理和区块的首尾激光雷达数据点,计算出区块的直线长度其中,l1为区块左激光雷达数据点扫描距离,l2为区块右激光雷达数据点扫描距离,θ为左右激光雷达数据点之间的角度差;检验区块的长度是否符合充电座区块设定值叠加误差值,循环进行区块的直线长度计算,直到找到同时满足区块校验长度和匹配率最高的充电座区块;
1.5、计算充电座所在区块的中心点坐标Pa,根据Pa坐标最终得到充电座与机器人的相对距离Dc和方位角Da。
3.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述步骤S2中精确搜索充电座位置的算法如下:
2.1、读取一帧激光雷达数据,将所有扫描到的激光雷达数据点保存到激光雷达数据点Data数组中,激光雷达数据点的数据包括扫描距离和扫描角度;
2.2、设置一个近距扫描参数值,遍历激光雷达数据点Data数组中激光雷达数据点,过滤掉无效数据和超出扫描范围的激光雷达数据点;
2.3、遍历过滤后的激光雷达数据点Data数组,计算两点之间的差值Δd,当Δd超过直线特征阈值时,根据充电座特征,从激光雷达数据点Data数组中找出与充电座激光数据模型相符的连续激光雷达数据点,先定位出充电座特征的上升沿和下降沿数据点,最终得到充电座中间面板的左特征点和右特征点;一个完整的所述充电座特征从左到右依次包括左面板(1.4)、左内凹沿(1.5)、左凹槽内壁板、左返回沿(1.6)、中间面板(1.3)、右内凹沿(1.7)、右凹槽内壁板、右返回沿(1.8)以及右面板(1.9);
2.4、根据充电座的左特征点和右特征点数据,判断机器人处于充电座垂直中线的左侧还是右侧,当线段PL的长度大于线段PR的长度时,机器人位于充电座中线的右侧,反之在左侧;已知∠LPR的角度和线段PL、线段PR的长度,根据余弦定理和三角函数,计算出∠POV的角度,并判断机器人是否处于直接对接充电区,当∠POV小于20°时,机器人可以直接开始后退对接充电座;当∠POV大于等于20°时,先要控制机器人运行到充电参考点C;
2.5、如果机器人不在直接对接充电区,机器人所在点的坐标为P(x,y),机器人的运行方向为向量PC,计算向量PC在激光雷达坐标系中的角度和模长度|PC|,将向量PC在激光雷达坐标系上的角度转换为里程坐标系上的角度β,机器人先转动角度β,再前进|PC|距离,到达充电参考点C。
4.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述充电座开设左凹槽(1.1)和右凹槽(1.2)的区域使用反光率>80%的非镜面材料,开槽区域外部覆盖的透明保护膜为红外高透材料。
5.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述充电座的前面板上设有充电电极,所述充电电极安装有限位光栅传感器。