[發(fā)明專利]基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)、方法及存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011462944.2
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112587378B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳新宇;李金科;孫健銓;傅睿卿;何勇;馬躍;曹武警;王大帥
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;A61H3/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;陽志全

1.一種基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，包括：

意圖識別模塊，用于捕捉外骨骼佩戴者的肢體動作或聲音，得出目標(biāo)的位置和方向；

地形感知模塊，用于獲取環(huán)境的地形數(shù)據(jù)，并生成地形的立體地圖；

足跡規(guī)劃模塊，用于根據(jù)所述意圖識別模塊得到的目標(biāo)的位置和方向、所述地形感知模塊得到的地形的立體地圖，計算到達(dá)目標(biāo)位置的足跡序列；

全息顯示模塊，用于在現(xiàn)實世界的空間坐標(biāo)系中向外骨骼佩戴者顯示計算出的所述足跡序列；

其中，所述足跡規(guī)劃模塊包括：路徑規(guī)劃模塊，用于根據(jù)目標(biāo)的位置和方向，規(guī)劃外骨骼質(zhì)心的近似軌跡；腳步規(guī)劃模塊，用于根據(jù)外骨骼質(zhì)心的近似軌跡，規(guī)劃外骨骼的左右腳的足跡；

其中，所述路徑規(guī)劃模塊包括：軌道生成模塊，用于引入?yún)?shù)化的三階貝塞爾曲線，生成從初始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的任意拐點的非完整軌道；軌道篩選模塊：用于針對每個拐點，從所述軌道生成模塊生成的多個非完整軌道中挑選出最大曲率最小且可行的軌跡。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述意圖識別模塊與所述全息顯示模塊集成于混合現(xiàn)實顯示裝置上，所述混合現(xiàn)實顯示裝置固定在外骨骼佩戴者的頭部。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述肢體動作包括凝視、手勢的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述腳步規(guī)劃模塊包括：

搜索樹構(gòu)造模塊，用于建立啟發(fā)式搜索樹，在啟發(fā)式搜索樹中，每個候選立足點由一個特征向量來定義，所述特征向量包括跟蹤特征分量，所述跟蹤特征分量用于表示腳的放置角度；

存儲模塊，存儲有足跡參照標(biāo)準(zhǔn)，所述足跡參照標(biāo)準(zhǔn)包括跟蹤特征分量閾值；

搜索樹修剪模塊，用于根據(jù)所述足跡參照標(biāo)準(zhǔn)從所述啟發(fā)式搜索樹中篩選出最優(yōu)的候選立足點形成足跡序列，包括跟蹤特征修剪模塊，所述跟蹤特征修剪模塊用于在所述跟蹤特征分量超過所述跟蹤特征分量閾值時，剔除候選立足點對應(yīng)的足跡。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，

所述搜索樹構(gòu)造模塊中，所述特征向量還包括地形特征分量和步進特征分量，所述地形特征分量用于描述足部放置的地形，所述步進特征分量用于編碼當(dāng)前腳的下一個狀態(tài)；

所述足跡參照標(biāo)準(zhǔn)還包括地形特征分量閾值和步進特征分量閾值；

所述搜索樹修剪模塊還包括地形特征修剪模塊和步進特征修剪模塊，所述地形特征修剪模塊用于在所述地形特征分量超過所述地形特征分量閾值時，剔除候選立足點對應(yīng)的足跡，所述步進特征修剪模塊用于在所述步進特征分量超過所述步進特征分量閾值時，剔除候選立足點對應(yīng)的足跡。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述搜索樹修剪模塊還包括獎勵模塊，所述獎勵模塊用于參照所述足跡參照標(biāo)準(zhǔn)中各分量閾值對所述特征向量的對應(yīng)分量與進行獎勵，并根據(jù)每個候選立足點的各個特征向量的獎勵的加權(quán)和選出最優(yōu)的足跡序列。

7.一種基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃方法，其特征在于，包括：

根據(jù)捉外骨骼佩戴者的肢體動作或聲音，得出目標(biāo)的位置和方向；

獲取環(huán)境的地形數(shù)據(jù)，并生成地形的立體地圖；

根據(jù)得到的目標(biāo)的位置和方向、地形的立體地圖，計算到達(dá)目標(biāo)位置的足跡序列；

在現(xiàn)實世界的空間坐標(biāo)系中向外骨骼佩戴者顯示計算出的所述足跡序列；

其中，所述根據(jù)得到的目標(biāo)的位置和方向、地形的立體地圖，計算到達(dá)目標(biāo)位置的足跡序列包括：根據(jù)目標(biāo)的位置和方向，規(guī)劃外骨骼質(zhì)心的近似軌跡；根據(jù)外骨骼質(zhì)心的近似軌跡，規(guī)劃外骨骼的左右腳的足跡；

所述根據(jù)目標(biāo)的位置和方向，規(guī)劃外骨骼質(zhì)心的近似軌跡包括：引入?yún)?shù)化的三階貝塞爾曲線，生成從初始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的任意拐點的非完整軌道；針對每個拐點，從軌道生成模塊生成的多個非完整軌道中挑選出最大曲率最小且可行的軌跡。

8.一種存儲介質(zhì)，其特征在于，所述存儲介質(zhì)內(nèi)存儲有多條指令，所述指令適于由處理器加載并執(zhí)行權(quán)利要求7所述的基于視覺的外骨骼機器人足跡規(guī)劃方法的步驟。