一种机器人自主充电方法及装置

技术领域

本发明涉及传感技术及控制领域，尤其涉及一种机器人自主充电方法、装置、设备、介质和产品。

背景技术

随着相关学科的发展，用于室内导航的移动机器人层出不穷。室内移动机器人大都采用锂电池供电，续航能力有限。智能性考虑，机器人需要在电量不足时能够自主充电。此外，为了保证工作的自动性和延续性，机器人需要能够检测到自身电量，并在电量不足时自动运行到充电桩处进行充电操作，在充电结束后，需要能够回到上次的运动断点并延续之前的工作。目前已出现了类似扫地机器人的充电装置及控制方法，比如，专利文件CN113258638A，CN113589805A，CN107092264A，CN111070205B，CN112886670A，CN207257426U，CN113378750A，CN107539160A，CN108932477A，CN110543178A，CN112518739A，CN109062207B，CN212811308U，CN107817801A，CN107825425A。但扫地机器人体积较小，运动的不确定性对充电过程的影响较小，对于具有较大体积的移动机器人而言并不适用，同时，扫地机器人本身为圆柱形结构，机器人本体端粘有导电片，自身的小巧性及形状保证了在姿态具有一定偏差时仍能保证导电片与充电桩的可靠接触。但对于实际机器人而言，体积较大，而且由于机器人工作的繁杂性，难以具备扫地机器人的外形结构，因而较难适用。

发明内容

本发明提供一种机器人自主充电方法、装置、设备、介质和产品，通过标识码进行姿态调整，可以保证充电桩和机器人的充电装置对准的精确性。通过充电装置的尾门，保证机器人在不充电的时候免于出现人员触电等安全事故。

第一方面，本发明提供了一种机器人自主充电方法，应用于轮式机器人，所述轮式机器人末端设置有充电装置，包括：响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

进一步地，所述判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件之前，还包括：通过激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第一当前位置和与所述墙面的第一当前距离；根据所述第一当前位置与预设的期望位置，确定第一位置偏差；判断所述第一当前距离与所述第一位置偏差是否满足第二预设条件；若不满足，则继续进行所述倒行末端姿态调整；若满足，则判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件。

进一步地，所述标识码包括QR码；以及，所述根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行倒行末端姿态调整，包括：根据QR码进行正行末端姿态调整；通过所述激光雷达确定所述轮式机器人在所述全局地图中的第二当前位置；根据所述第二当前位置与所述预设的期望位置，确定第二位置偏差；判断所述第二位置偏差是否满足第三预设条件；若满足，则进行所述倒行末端姿态调整；若不满足，则继续进行所述正行末端姿态调整。

进一步地，所述若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电，包括：若满足所述第一预设条件，控制所述充电装置内的电池与所述充电装置的导电片接通，所述充电桩的电源与所述充电桩端的导电片是接通状态，所述接通状态是所述充电桩通过自身的传感器判断所述充电装置的导电片与所述充电桩的导电片是充分接触后，通过所述充电桩内部的继电器控制所述电源与所述充电桩的导电片接通后的状态；则停止运动并进行充电；检测所述电池是否达到目标电量；若所述电池达到目标电量，使所述充电装置的导电片与所述充电桩的导电片断开，关闭所述充电装置的尾门，进入安全状态，并基于所述标识码和所述激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置，并根据所述第三当前位置和所规划的充电路径返回；否则，继续进行充电。

进一步地，所述基于所述标识码和所述激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置，包括：采集所述标识码的图像，对所采集的图像进行图像识别；根据所图像识别的结果确定所述标识码在轮式机器人坐标系下的第一位姿；根据所述第一位姿与所述标识码在全局地图中的第二位姿，确定轮式机器人在全局地图中的第三位姿；通过所述激光雷达获取点云数据，确定所述点云数据在所述轮式机器人坐标系下的第四位姿；根据所述第三位姿和所述第四位姿，确定所述点云数据在全局地图中的第五位姿；基于所述第五位姿，通过迭代最近点算法，确定轮式机器人在全局地图中的所述第三当前位置。

进一步地，所述姿态偏差包括所述标识码在所述轮式机器人坐标系中的坐标偏差和角度偏差；以及，所述正/倒行末端姿态调整，包括：基于所述坐标偏差、所述角度偏差和所述轮式机器人左轮与右轮的中心距，确定所述轮式机器人的左轮轮速和右轮轮速；分别根据所确定的左轮轮速和右轮轮速控制左轮和右轮转动，以进行正/倒行末端姿态调整。

第二方面，本发明还提供了一种机器人自主充电装置，应用于轮式机器人，包括：第一处理模块，用于响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；第二处理模块，用于根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；第三处理模块，用于根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；第四处理模块，用于判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；第五处理模块，用于若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述机器人自主充电方法的步骤。

第四方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机器人自主充电方法的步骤。

第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述机器人自主充电方法的步骤。

本发明提供的一种机器人自主充电方法、装置、设备、介质和产品，通过响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。可以看出，通过标识码进行姿态调整，可以保证充电桩和机器人的充电装置对准的精确性。通过根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触，保证机器人在不充电的时候免于出现人员触电等安全事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明提供的机器人自主充电方法的一些实施例的流程示意图；

图2是根据本发明提供的机器人自主充电方法的另一些实施例的流程示意图；

图3-1是根据本发明提供的机器人自主充电方法进行充电流的程示意图；

图3-2是本发明提供的充电桩结构的主视图；

图3-3是本发明提供的充电桩结构沿图3-2中D-D线的剖视图；

图3-4是本发明提供的充电桩结构沿图3-2中E-E线的剖视图；

图3-5是本发明提供的充电桩安装示意图；

图3-6是本发明提供的机器人端导电片及门式隐藏结构示意图；

图3-7是本发明提供的充电前尾门控制流程示意图；

图3-8-1是本发明提供的墙体、充电桩、QR码三者位置关系示意图；

图3-8-2是本发明提供的从地面向天花板上观察视角的QR码坐标系统示意图；

图3-9是本发明提供的期望位置及阈值获取时机器人与充电桩相互位置关系示意图；

图3-10是本发明提供的充电成功后尾门控制及相关安全控制策略示意图；

图3-11是本发明提供的Coe参数调整流程图；

图4是根据本发明提供的机器人自主充电的一些实施例的结构示意图；

图5是根据本发明提供的电子设备的结构示意图。

附图3-2、图3-3、图3-4标号说明：

1：触点；2：触点安装块；3：电路板；4：导光柱；5：充电器；6：光轴；7：弹簧；8：安装座；9：直线轴承；10：测距传感器；11：挡片；12：外壳；13：底盘；

附图3-5标号说明：

14：墙壁；15：上下两层导电片（充电桩端）；16：导电片导电面朝向；17：充电器底座；

附图3-6标号说明：

18：机架；19：导轨；20：门；21：齿轮；22：电机；23：齿条；24：传感器；25：充电支架；26：本体端导电片；27：传感器探片；

附图3-8-1标号说明：

28：QR码；29：墙体；30：充电桩；31：机器人车身长度；

附图3-8-2标号说明：

32：定位框架；

附图3-9标号说明：

33：墙体；34：充电桩；35：激光雷达；36：小车y轴；37：小车z轴；38：小车x轴（向前）。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参阅图1，图1是本发明提供的机器人自主充电方法的一些实施例的流程示意图。如图1所示，该方法应用于轮式机器人，轮式机器人末端设置有充电装置，包括以下步骤：

步骤101，响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，充电桩设置在墙面上。

在一些实施例中，轮式机器人、腿型机器人或者其他类型和用途的机器人（以下简称机器人或者小车），可以按照一定频率检测自身的电量，根据所剩的电量作为相应的反应。比如，如图3-1所示，机器人的电量小于20%，则提示电量严重不足，难以运动到充电桩，提示需要手动充电；机器人暂停目前的工作任务，等待工作人员充电，待电池充满，进入正常工作状态。若机器人电量大于20%，则继续判断机器人电量是否小于40%，若否，就正常工作，若是，就规划充电的路径。充电桩的位置信息可以是预先存储的，当机器人需要自主充电时，调取预先存储的充电桩的位置信息，选择距离最短的充电桩，根据自身位置和充电桩位置规划路径。路径规划的方式可以采取多传感器融合路径规划、多机器人协作路径规划或者多算法融合路径规划等。本发明对路径规划的方式和方法不做限制。

作为示例，充电桩的示意图可以如图3-2、图3-3（图中左侧为充电桩的后向）、图3-4所示。其工作原理为：当向后推动触点安装块时，触点安装块2压缩弹簧7，沿着光轴6运动，当固定在安装座8上的传感器10检测到固定在触点安装块2的挡片11时，充电器5工作，触点1有电；当充满电时，导光柱4的传递颜色变绿，推力消失时弹簧7带动触点安装块复位，传感器10检测不到挡片11时，充电器不工作，触点1没有电。作为参考，充电桩实际尺寸可以为：261毫米x180毫米x170毫米。充电桩的设置可以根据具体场景和需要设定。作为示例，充电桩安装示意图，如图3-5所示。通过设计特殊的充电桩，可以提高充电桩与充电设备对准过程的准确性。

步骤102，根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触。

在一些实施例中，将机器人导航至充电桩前的预设位置处是为了预留距离，用于姿态调整。在机器人到达预设位置处，打开充电装置的尾门，准备充电。尾门在准备充电时是打开状态，不充电时是关闭状态，提高了机器人的安全性。

为了提高安全性，机器人本体端的充电装置的导电片采用隐藏式结构：在不需要充电时，隐藏门（尾门）关闭，本体端导电片26与电池断开；在充电前，隐藏门打开，并控制本体端导电片26与电池接通。本体端导电片26是用来和充电桩端导电片15接触的，本体端导电片26通过继电器和电池连接，在本体端导电片26与充电桩端导电片15接触后，机器人通过继电器控制电池的正负极分别与本体端导片26上下两层接通，进而可保证机器人电池正负极与充电桩上下两层导电片15接通（在导航至充电桩前预设位置处时，此时充电装置的导电片与电池并未接通，并未进入充电状态。）。在机器人本体端导电片26与充电桩导电片接触后15，充电桩端传感器会探测到，充电桩控制器进而控制充电桩端导电片带电，此时，电池通过本体端导电片与充电桩端导电片为接通状态，进入充电过程。机器人端导电片及门式隐藏结构如图3-6所示，其结构原理可以为：导轨19、电机22、充电支架25固定在机架18上，传感器探片27与齿条23固定在门20上，齿轮21固定在电机22上，传感器24固定在导轨19上，本体端导电片26固定在充电支架25上，门20通过导轨19的沟槽只能上下移动。

在一些实施例中，当需要充电时（如图3-6所示），电机转动，电机上的齿轮带动齿条向上移动，齿条带动门上移，当上边传感器感应到传感器探片时，电机停止转动，门开启。当充电完成时，电机带动门向下移动，当下边传感器感应到传感器探片时，电机停止转动，门关闭。充电前的尾门控制策略如图3-7所示。

步骤103，根据预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差。

在一些实施例中，标识码可以是QR码。标识码的位置可以根据需要设置。预设位置处的上方可以设置至少一个标识码用于姿态调整。由于充电装置设置机器人末端，所以一开始的姿态调整是倒行的。当前姿态偏差可以是角度偏差、位置偏差（可以包括三维偏差或者二维偏差）。作为示例，QR码可以安装在天花板上。机器人前部中央可以安装垂直向上看的摄像头，用于识别最靠近图像中央的QR码。而姿态调整可以完全基于天花板上安装QR码，QR码安装时应保证QR码的x轴与导电片导电面朝向基本平行，但方向相反。距离墙体以机器人车身长度为间隔粘贴三张QR码（三个QR码的朝向一致），相互位置关系及QR码坐标系统如图3-8-1和图3-8-2所示，其中图3-8-2表示图3-8-1中从地面向天花板上观察视角的QR码的示意图。

步骤104，判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件。

在一些实施例中，为了提高稳定性，本发明不是基于QR的绝对定位数据进行对准，而是模仿人眼原理，基于偏差数据进行姿态的对准过程。因而，需要首先获取期望位姿数据，即预设姿态偏差。针对每个当前姿态偏差，都要有对应的预设姿态偏差，第一预设条件可以是对每个当前姿态偏差的范围设置。

步骤105，若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

在一些实施例中，预设姿态偏差中平移偏差阈值（即，位置偏差）可以设定为3cm，角度偏差阈值（即，角度偏差）可以设定为2度。若至少一个当前姿态偏差小于对应的预设姿态偏差，说明机器人的末端的充电装置已经接触到充电桩，此时，停止运动，充电装置基于继电器控制电池与本体端的导电片接通，进而与充电桩端导电片接触。充电桩端控制板通过传感器探测判断本体端导电片与充电桩端导电片的接触状态，在判定充分接触后，会控制充电桩端导电片带电，从而机器人进入充电阶段。若姿态偏差大于预设阈值，则进入正向姿态调整阶段，循环往复，直到倒行调整中姿态偏差满足要求为止。可以看出，机器人本体端尾部有尾门设计，通过将本体端导电片内置，仅在需要充电时才打开尾门，同时，在非充电阶段继电器会断开电池和本体端导电片的连接，进而可以保证安全。充电桩端，可以配备智能电路板，通过传感器度数判断本体端导电片与充电桩端导电片是否处于充分接触状态。如果充分接触，才会通过内部电路的控制让充电桩端导电片带电，否则不带电，这样可以保证安全性。

本发明一些实施例公开的机器人自主充电方法，通过响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。可以看出，通过标识码进行姿态调整，可以保证充电桩和机器人的充电装置对准的精确性。通过根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触，保证机器人在不充电的时候免于出现人员触电等安全事故。

请参阅图2，图2是根据本发明的机器人自主充电方法的另一些实施例的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，充电桩设置在墙面上。

步骤202，根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触。

在一些实施例中，步骤201、步骤202的具体实现及其所带来的技术效果，可以参考图1对应的实施例中的步骤101、步骤102，在此不再赘述。

步骤203，根据预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差。

在一些实施例中，机器人倒行末端姿态调整策略可以基于QR码定位系统，即，基于 QR码识别可以得到QR码坐标系在摄像头坐标系中的表示

将

从（3）中，可以得到三个变量如下所示：

x_和y_分别表示X轴方向的位置，Y轴方向的位置，Angle_表示角度信息，即，确定 了至少一个当前位姿设为：

步骤204，判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件。

在一些实施例中，可以选取公式4中的x

在一些可选的实现方式中，判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件之前，包括：通过激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第一当前位置和与墙面的第一当前距离；根据第一当前位置与预设的期望位置，确定第一位置偏差；判断第一当前距离与第一位置偏差是否满足第二预设条件；若不满足，则继续进行所述倒行末端姿态调整；若满足，则判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件。

作为示例，预设的期望位置的计算可以参考下面的步骤：

1、控制尾门打开。

2、手推机器人，使机器人尾部正对充电桩，保证本体端导电片与充电桩端导电片 充分接触（为了得到预设的期望位置，所以手动设置机器人的理想充电位姿），读取激光雷 达数据，进行处理并获取距离阈值：激光雷达安装在机器人底盘上，其原点作为机器人坐标 系原点，激光扫描面高度高于充电桩高度，示意图如图3-9所示。激光雷达的坐标系与小车 坐标系一致，访问激光雷达单帧数据后，假设点的坐标为

计算满足上式所有点的x坐标的平均值，并将其绝对值作为距离阈值，距离阈值设 为

采用上述步骤，也可以通过激光雷达访问当前机器人在全局地图中的当前位置 （可以是非理想充电位姿），得到第一当前位置，表示为

根据第一当前位置与预设的期望位置，确定第一位置偏差，可以通过计算机器人 在理想充电位姿时位置

当机器人处于倒行姿态调整阶段时，判断第一当前距离与第一位置偏差是否满足第二预设条件，第二预设条件可以参考下式。

在上式中，

满足上式时，可以判定是否需要换向（从倒行姿态调整变换到正向行驶姿态调整中），即，将至少一个姿态偏差与对应的至少一个预设姿态偏差比较后，机器人可以换向，进入正向行驶姿态调整。

不满足上式时，则继续进行倒行末端姿态调整，即，根据预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差。

步骤205，若满足所述第一预设条件，控制所述充电装置内的电池与所述充电装置的导电片接通，所述充电桩的电源与所述充电桩端的导电片是接通状态，所述接通状态是所述充电桩通过自身的传感器判断所述充电装置的导电片与所述充电桩的导电片是充分接触后，通过所述充电桩内部的继电器控制所述电源与所述充电桩的导电片接通后的状态；则停止运动并进行充电。

在一些实施例中，作为示例，至少一个当前姿态偏差可以是平移偏差（y

上式满足时，IsApproaching设置为true，表示在姿态调整中已到达即将对准阶段 （或表示导电片是否即将接触）；否则，IsApproaching设置为false，表示姿态调整中距离对 准阶段末端尚远。上式的第一子式用于判定机器人与充电桩与机器人之间的距离是否已经 充分小；上式的第二个子式用于判定机器人与充电桩之间的距离是否有效。当 IsApproaching为true时(表示在倒行姿态调整中距离充电桩已充分近)，若

步骤206，检测电池是否达到目标电量；若所述电池达到目标电量，使所述充电装置的导电片与所述充电桩的导电片断开，关闭所述充电装置的尾门，进入安全状态，并基于所述标识码和所述激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置，并根据所述第三当前位置和所规划的充电路径返回；否则，继续进行充电。

在一些实施例中，进入充电阶段后，可以通过电量检测模块访问电池电量，若电量充满，通过继电器控制机器人本体端导电片与电池断开，机器人前向运动1m，基于天花板上粘贴的QR码进行全局定位，尾门关闭，播报充电结束，并继续执行后续流程；若电量未充满，则继续充电。另外，充电成功后，还设置了安全控制模块，可以参考如图3-10所示的尾门控制及相关安全控制策略。充电结束后存在初始定位步骤，是为了防止不可预知因素导致的机器人位置丢失。控制机器人主机基于继电器控制电源与导电片是否接通，可进一步提高安全性。

在一些可选的实现方式中，基于标识码和激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置，包括：采集标识码的图像，对所采集的图像进行图像识别；根据所图像识别的结果确定标识码在轮式机器人坐标系下的第一位姿；根据第一位姿与标识码在全局地图中的第二位姿，确定轮式机器人在全局地图中的第三位姿；通过激光雷达获取点云数据，确定点云数据在轮式机器人坐标系下的第四位姿；根据第三位姿和第四位姿，确定点云数据在全局地图中的第五位姿；基于第五位姿，通过迭代最近点算法，确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置。

作为示例，鉴于机器人在移动过程中可能因为种种问题丢失全局位置，同时，在机器人开机时难以根据周围平面点云数据（周围平面点云数据可以根据机器人本身携带的激光雷达得到）进行全局定位。因此，仍以标识码为QR码为例，可以基于天花板上粘贴的QR码进行绝对定位，用于确定机器人在全局地图中的位置。但是，考虑到焦距、摄像头距离天花板距离等因素，有可能造成图像模糊，进而导致仅依靠天花板上QR码定位精度较低的后果。在这种情况下，可以在QR码定位的基础上，额外基于当前单帧点云数据与整体地图点云数据（单帧点云数据与整体地图点云数据可以根据机器人本身携带的激光雷达得到）进行匹配，进而进一步提高定位精度。具体步骤可以如下：

1、基于激光雷达构建环境全局地图；

2、QR与地图进行关联

控制机器人运动到QR码下方，保证二维码在摄像头中的投影基于位于图片中央部 位。拍摄QR码，每个QR码可以对应一个码值，机器人识别码值并计算QR码在摄像头坐标系中 位姿，表示为

基于下式计算QR在地图坐标系中的表示

对

（Roll，Pitch，Yaw，x，y，z，QRValue）

Roll：横滚角；

Pitch：俯仰角；

Yaw：偏转角；

x：平移x分量；

y：平移y分量；

z：平移z分量；

QRValue：QR码码值。

可以将上述QR码信息存储至数据库，以供后续使用。

3、基于QR码的绝对定位

机器人识别视野内的所有QR码，取最靠近图片中央的QR码，设识别到的码值为 value

在数据库中搜索是否存有码值为value

基于降维的方法，并结合基于公式（1）~公式（4）得到机器人在地图坐标系中的x位置、y位置以及朝向角。至此，则得到了基于QR码的绝对定位。

4、基于激光数据的位姿修正

以QR码绝对定位结果作为初始值，基于ICP算法，匹配激光雷达单帧扫描得到的激光数据与整体地图数据，最终得到高精定位结果。整体地图数据可以是事先存储的。

步骤207，否则，根据标识码进行正行末端姿态调整后，再进行倒行末端姿态调整。

在一些可选的实现方式中，标识码包括QR码；以及，根据标识码进行正行末端姿态调整后，再进行倒行末端姿态调整，包括：根据QR码进行正行末端姿态调整；通过激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第二当前位置；根据第二当前位置与预设的期望位置，确定第二位置偏差；判断第二位置偏差是否满足第三预设条件；若满足，则进行倒行末端姿态调整；若不满足，则继续进行正行末端姿态调整。

作为示例，第二当前位置可以参考步骤204中得到第一当前位置额方法，第二当前 位置也记为

当机器人处于正向行驶中姿态调整时：如果下式满足则机器人停止运动，并设定 机器人下一时刻进行倒行姿态调整(c设定为1)；若不满足上式，则继续进行正行末端姿态 调整。其中，设机器人姿态调整阶段总长度阈值为

从图2中可以看出，与图1对应的一些实施例的描述相比，图2对应的一些实施例中的机器人自主充电方法基于QR码控制机器人位姿，以保证对准过程的精确性，出于安全性考虑，设计了安全控制模块，使得充电桩及机器人端导电片在机器人不充电时不带电，进而免于出现人员触电等安全事故。同时设计了正常工作中充电流程及返回正常工作的控制步骤及方法。

在一些可选的实现方式中，姿态偏差包括标识码在轮式机器人坐标系中的坐标偏差和角度偏差；以及，正/倒行末端姿态调整，包括：基于坐标偏差、所述角度偏差和轮式机器人左轮与右轮的中心距，确定轮式机器人的左轮轮速和右轮轮速；分别根据所确定的左轮轮速和右轮轮速控制左轮和右轮转动，以进行正/倒行末端姿态调整。

确定轮式机器人的左轮轮速和右轮轮速，除了坐标偏差和角度偏差左轮与右轮的中心距之外，还可以使用轮半径等参数确定。

作为示例，可以基于如下的步骤进行机器人姿态调整（包括正行和倒行的姿态调整）：

步骤一、打开尾门；

步骤二、在天花板上粘贴的QR的基础上，基于公式（1）~公式（4）计算粘贴的QR码在 小车坐标系中的指标，可以设为：

根据周期性原理，将

步骤三、基于下式计算与墙体平行方向上的小车平移偏差分量矢量及绝对量：

在上式中，Deviate及AbsoluteDeviate分别与墙体平行方向上的小车平移偏差分量（即坐标偏差）及绝对量。分别根据所确定的左轮轮速和右轮轮速控制左轮和右轮转动，以进行正/倒行末端姿态调整可以参考下面的步骤。

步骤四、如果

步骤五、基于下式控制左右轮速度：

在上式中，_AngularVelThresh为设定的自转角速度阈值，作为示例_ AngularVelThresh可以为

步骤六、基于下式控制左右轮速度：

在上式中，可以看出，在上式基础上，小车将进行逆时针自转运动，在该式基础上，

步骤七、进入这个步骤表式实际朝向与理想朝向之间的偏差在可控范围内，不需要进行小车的自转，而采取行走中调整的方式。为便于书写，记：

同时，针对是否正在倒着行走中调整设为布尔类型变量c，当c为1时表示倒着行进中调整姿态；当c为0时表式正向行进中调整姿态。基于激光雷达判断是否导电片即将接触，并基于布尔类型变量IsApproaching表示导电片是否即将接触：该变量为true时表示导电片即将接触；为false时表示距离导电片接触阶段尚远。

基于以下设定用于控制左右轮差速的系数Coe可以参考图3-11（图中的flag系数用于确定Coe系数，可根据需要设定）：

在得到Coe的基础上，分以下四种情况调整左右轮的速度：

情况一、c为0且Flag为true，这种情况下，基于下式计算左右轮子的速度：

情况二、c为0且Flag为false，这种情况下，基于下式计算左右轮子的速度：

情况三、c为1且Flag为true，这种情况下，基于下式计算左右轮子的速度：

情况四、c为1且Flag为false，这种情况下，基于下式计算左右轮子的速度：

在前述四个表达式中，_AngularVelThresh、WheelDis的含义见步骤五，Coe为调节 左右轮速度差系数，SetVelocity为姿态时小车的运行线速度大小，本发明中：在 IsApproaching为false时，SetVelocity取值为10cm/s；在IsApproaching为true时，取值为 1.5cm/s。基于这种方式，可有效的减小

请参阅图4，图4是根据本发明提供的机器人自主充电装置的一些实施例的结构示意图，作为对上述各图所示方法的实现，本发明还提供了一种机器人自主充电装置的一些实施例，这些装置实施例与图1所示的一些方法的实施例相对应，且该装置可以应用于各种电子设备中。

如图4所示，一些实施例的机器人自主充电装置400包括第一处理模块401、第二处理模块402、第三处理模块403、第四处理模块404、第五处理模块405：第一处理模块401，用于响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；第二处理模块402，用于根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；第三处理模块403，用于根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；第四处理模块404，用于判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；第五处理模块405，用于若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

在一些实施例的可选实现方式中，装置400还包括：第六处理模块，用于通过激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第一当前位置和与所述墙面的第一当前距离；根据所述第一当前位置与预设的期望位置，确定第一位置偏差；判断所述第一当前距离与所述第一位置偏差是否满足第二预设条件；若不满足，则继续进行所述倒行末端姿态调整；若满足，则判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件。

在一些实施例的可选实现方式中，标识码包括QR码；以及，第六处理模块，包括：第一处理单元，用于根据QR码进行正行末端姿态调整；通过激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第二当前位置；根据第二当前位置与预设的期望位置，确定第二位置偏差；判断第二位置偏差是否满足第三预设条件；若满足，则进行倒行末端姿态调整；若不满足，则继续进行正行末端姿态调整。

在一些实施例的可选实现方式中，第六处理模块，还用于若满足所述第一预设条件，控制所述充电装置内的电池与所述充电装置的导电片接通，所述充电桩的电源与所述充电桩端的导电片是接通状态，所述接通状态是所述充电桩通过自身的传感器判断所述充电装置的导电片与所述充电桩的导电片是充分接触后，通过所述充电桩内部的继电器控制所述电源与所述充电桩的导电片接通后的状态；则停止运动并进行充电；检测所述电池是否达到目标电量；若所述电池达到目标电量，使所述充电装置的导电片与所述充电桩的导电片断开，关闭所述充电装置的尾门，进入安全状态，并基于所述标识码和所述激光雷达确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置，并根据所述第三当前位置和所规划的充电路径返回；否则，继续进行充电。

在一些实施例的可选实现方式中，第五处理模块405，还用于采集标识码的图像，对所采集的图像进行图像识别；根据所图像识别的结果确定标识码在轮式机器人坐标系下的第一位姿；根据第一位姿与标识码在全局地图中的第二位姿，确定轮式机器人在全局地图中的第三位姿；通过激光雷达获取点云数据，确定点云数据在轮式机器人坐标系下的第四位姿；根据第三位姿和第四位姿，确定点云数据在全局地图中的第五位姿；基于第五位姿，通过迭代最近点算法，确定轮式机器人在全局地图中的第三当前位置。

在一些实施例的可选实现方式中，所述姿态偏差包括所述标识码在所述轮式机器人坐标系中的坐标偏差和角度偏差；以及，第三处理模块403、第五处理模块405还用于：基于所述坐标偏差、所述角度偏差和所述轮式机器人左轮与右轮的中心距，确定所述轮式机器人的左轮轮速和右轮轮速；分别根据所确定的左轮轮速和右轮轮速控制左轮和右轮转动，以进行正/倒行末端姿态调整。

可以理解的是，该装置400中记载的各模块与参考图1描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作、特征以及产生的有益效果同样适用于装置400及其中包含的模块、单元，在此不再赘述。

图5示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行机器人自主充电方法，应用于轮式机器人，轮式机器人末端设置有充电装置，该方法包括：响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例上述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，上述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，上述计算机程序包括程序指令，当上述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的机器人自主充电方法，应用于轮式机器人，轮式机器人末端设置有充电装置，该方法包括：响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的机器人自主充电方法，应用于轮式机器人，轮式机器人末端设置有充电装置，该方法包括：响应于电池电量小于预设电量，根据充电桩的位置信息规划充电路径；其中，所述充电桩设置在墙面上；根据所述充电路径导航至所述充电桩前的预设位置处，打开所述充电装置的尾门，以使所述充电装置的导电片能够与所述充电桩的导电片接触；根据所述预设位置处的上方设置的标识码，进行倒行末端姿态调整，并确定至少一个当前姿态偏差；判断所述至少一个当前姿态偏差是否满足第一预设条件；若满足所述第一预设条件，则停止运动并进行充电；否则，根据所述标识码进行正行末端姿态调整后，再进行所述倒行末端姿态调整。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中上述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分上述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。