本发明专利技术公开了一种基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法及其应用，涉及机器人领域，其中基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法包括：获取空间三维点云中的楼梯几何参数；根据楼梯几何参数和目标机器人尺寸计算出目标机器人的预设参考速度；根据楼梯几何参数和预设参考速度计算出目标机器人的预设落脚位置；根据楼梯几何参数对目标机器人进行位姿矫正，实时计算目标机器人的目标姿态；根据预设参考速度、预设落脚位置和目标姿态规划出目标机器人的楼梯攀爬轨迹。上述基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，能够自主规划最优攀爬轨迹，提高攀爬效率，极大地降低了计算量，可以适应真实环境下的各种楼梯。可以适应真实环境下的各种楼梯。可以适应真实环境下的各种楼梯。
【技术实现步骤摘要】
基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法及其应用
[0001]本专利技术涉及计算机
，尤其是涉及一种基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法及其应用。
技术介绍
[0002]机器人是自动控制机器(Robot)的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械，机器人在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。例如四足机器人，得益于近几年硬件设计和运动控制器的快速发展，四足机器人在运动能力上取得了长足的进步，众多四足机器人已经产品化，许多四足机器人在不平整地形下已经展现出非凡的运动能力。
[0003]目前，楼梯常常作为不平整地形中的一种特殊情况进行研究。对于四足机器人在不平整地形中运动的研究中，大致可以分为无视觉感知和带视觉感知两种规划方案。无视觉感知的规划方案即“盲爬”，这种方案确实也可以偶然实现楼梯的攀爬，但其鲁棒性、可靠性和性能表现都十分有限；带视觉感知的规划方案中，往往需要外部指令的控制来完成楼梯攀爬，在楼梯环境中进行攀爬时通常出现同一台阶多次无效踏步的情况，攀爬动作不自然。
技术实现思路
[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术实施例提出一种基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，能够自主规划最优攀爬轨迹，提高攀爬效率，极大地降低了计算量，可以适应真实环境下的各种楼梯。
[0005]本专利技术实施例还提出一种楼梯攀爬规划装置。
[0006]本专利技术实施例还提出一种电子设备。
[0007]本专利技术实施例还提出一种计算机可读存储介质。
[0008]根据本专利技术的第一方面实施例的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，包括：
[0009]获取空间三维点云中的楼梯几何参数；
[0010]根据所述楼梯几何参数和目标机器人尺寸计算出目标机器人的预设参考速度；
[0011]根据所述楼梯几何参数和所述预设参考速度计算出所述目标机器人的预设落脚位置；
[0012]根据所述楼梯几何参数对所述目标机器人进行位姿矫正，实时计算目标机器人的目标姿态；
[0013]根据所述预设参考速度、所述预设落脚位置和所述目标姿态规划出所述目标机器人的楼梯攀爬轨迹。
[0014]根据本专利技术第一方面实施例的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，至少具有如下有益效果：首先，获取空间三维点云中的楼梯几何参数，计算目标机器人的预设
参考速度，然后根据楼梯几何参数和预设参考速度计算出目标机器人的预设落脚位置，再根据楼梯几何参数对目标机器人进行位姿矫正，得到目标姿态，最后根据预设参考速度、预设落脚位置和目标姿态规划出目标机器人的楼梯攀爬轨迹，能够自主规划最优攀爬轨迹，提高攀爬效率，极大地降低了计算量，可以适应真实环境下的各种楼梯。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述预设参考速度、所述预设落脚位置和所述目标姿态规划出所述目标机器人的攀爬轨迹，包括：根据所述预设参考速度和所述预设落脚位置计算出目标控制变量；根据所述目标控制变量计算出所述目标机器人的关节力矩；根据所述关节力矩和所述目标姿态规划实现所述目标机器人的楼梯攀爬轨迹控制。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述获取空间三维点云中的楼梯几何参数，包括：对所述空间三维点云进行去噪处理，得到目标三维点云；将所述目标三维点云分割出平面点云；根据所述平面点云和楼梯结构信息提取出所述楼梯几何参数。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述楼梯几何参数和目标机器人尺寸计算出目标机器人的预设参考速度，包括：根据所述楼梯几何参数定义所述目标机器人的预设足尖长度；根据预设步态周期、所述目标机器人尺寸和所述预设足尖长度计算出所述预设参考速度。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述楼梯几何参数和所述预设参考速度计算出所述目标机器人的预设落脚位置，包括：获取所述目标机器人的中心实时位置；根据所述中心实时位置和所述预设参考速度计算出名义落脚位置；根据所述楼梯几何参数对所述名义落脚位置进行修正，得到所述预设落脚位置。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述楼梯几何参数对名义落脚位置进行修正，得到所述预设落脚位置，包括：获取所述目标机器人的实时足尖位置；从所述楼梯几何参数中提取出楼梯中线位置；利用二次规划优化方法根据所述楼梯中线位置和所述实时足尖位置对所述名义落脚位置进行修正，得到所述预设落脚位置。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述根据所述楼梯几何参数对所述目标机器人进行位姿矫正，实时计算目标机器人的目标姿态，包括：根据所述楼梯几何参数建立所述目标机器人的实时位置对应的第一局部坐标系、第二局部坐标系和第三局部坐标系；根据所述第一局部坐标系计算得到第一位置，根据所述第二局部坐标系计算得到第二位置，根据所述第三局部坐标系计算得到第三位置；根据所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置对所述目标机器人进行位姿矫正，得到所述目标姿态。
[0021]根据本专利技术的第二方面实施例的楼梯攀爬规划装置，包括：
[0022]第一获取模块，用于获取空间三维点云中的楼梯几何参数；
[0023]第一计算模块，用于根据所述楼梯几何参数和目标机器人尺寸计算出目标机器人的预设参考速度；
[0024]第二计算模块，用于根据所述楼梯几何参数和所述预设参考速度计算出所述目标机器人的预设落脚位置；
[0025]矫正模块，用于根据所述楼梯几何参数对所述目标机器人进行位姿矫正，实时计算目标机器人的目标姿态；
[0026]规划模块，用于根据所述预设参考速度、所述预设落脚位置和所述目标姿态规划出所述目标机器人的楼梯攀爬轨迹。
[0027]根据本专利技术第二方面实施例的楼梯攀爬规划装置，至少具有如下有益效果：通过执行本专利技术第一方面实施例的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，能够自主规划最优攀爬轨迹，提高攀爬效率，极大地降低了计算量，可以适应真实环境下的各种楼梯。
[0028]根据本专利技术第三方面实施例的电子设备，包括：至少一个处理器，以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述指令时实现第一方面所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法。
[0029]根据本专利技术第三方面实施例的电子设备，至少具有如下有益效果：通过执行本专利技术第一方面实施例的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，能够自主规划最优攀爬轨迹，提高攀爬效率，极大地降低了计算量，可以适应真实环境下的各种楼梯。
[0030]根据本专利技术第四方面实施例的计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行第一方面所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法。
[0031]根据本专利技术第四方面实施例的计算机可读存储介质，至少具有如下有益效果：通过执行本专利技术第一方面实施例的基于视觉感知本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，其特征在于，包括：获取空间三维点云中的楼梯几何参数；根据所述楼梯几何参数和目标机器人尺寸计算出目标机器人的预设参考速度；根据所述楼梯几何参数和所述预设参考速度计算出所述目标机器人的预设落脚位置；根据所述楼梯几何参数对所述目标机器人进行位姿矫正，实时计算目标机器人的目标姿态；根据所述预设参考速度、所述预设落脚位置和所述目标姿态规划出所述目标机器人的楼梯攀爬轨迹。2.根据权利要求1所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，其特征在于，所述根据所述预设参考速度、所述预设落脚位置和所述目标姿态规划出所述目标机器人的楼梯攀爬轨迹，包括：根据所述预设参考速度和所述预设落脚位置计算出目标控制变量；根据所述目标控制变量计算出所述目标机器人的关节力矩；根据所述关节力矩和所述目标姿态规划实现所述目标机器人的楼梯攀爬控制。3.根据权利要求1所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，其特征在于，所述获取空间三维点云中的楼梯几何参数，包括：对所述空间三维点云进行去噪处理，得到目标三维点云；将所述目标三维点云分割成平面点云；根据所述平面点云和楼梯结构信息提取出所述楼梯几何参数。4.根据权利要求1所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，其特征在于，所述根据所述楼梯几何参数和目标机器人尺寸计算出目标机器人的预设参考速度，包括：根据所述楼梯几何参数定义所述目标机器人的预设足尖长度；根据预设步态周期、所述目标机器人尺寸和所述预设足尖长度计算出所述预设参考速度。5.根据权利要求1所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，其特征在于，所述根据所述楼梯几何参数和所述预设参考速度计算出所述目标机器人的预设落脚位置，包括：获取所述目标机器人的中心实时位置；根据所述中心实时位置和所述预设参考速度计算出名义落脚位置；根据所述楼梯几何参数对所述名义落脚位置进行修正，得到所述预设落脚位置。6.根据权利要求5所述的基于视觉感知的四足机器人楼梯攀爬规划方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：张巍，谌骅，齐树豪，林文春，洪泽浚，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。