[發明專利]一種面向四足機器人的室內環境感知方法、裝置及設備

在審

• 申請號: 202110873329.9
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113739786A
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 朱孟周;朱睿;孫志明;黃強;陳久林;梁偉;黃浩聲;姚楠;李虎成;黃哲忱
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;江蘇省電力試驗研究院有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G05D1/02
• 代理公司: 蘇州市中南偉業知識產權代理事務所(普通合伙) 32257
• 代理人: 丁博寒

本發明公開了一種面向四足機器人的室內環境感知方法、裝置、設備及存儲介質，包括：利用安裝于四足機器人上的RGB?D相機采集室內環境中各采集點的RGB圖和深度圖像；基于RGB圖像進行點特征的提取與匹配，得到相鄰兩幀圖像的點特征匹配集；基于深度圖進行平面特征的提取與匹配，得到相鄰兩幀點云的平面特征全匹配集；基于點特征匹配集與平面特征全匹配集間的幾何特征約束及平面特征間的幾何特征約束，對平面特征全匹配集進行兩次篩選，得到目標平面特征匹配集；根據目標平面特征匹配集進行運動求解，利用得到的變換矩陣拼接相鄰兩幀點云，構建室內環境地圖。本發明所提供的方法、裝置、設備及存儲介質，保證了SLAM算法在缺少特征點的情況下的精度。

技術領域

本發明涉及移動機器人視覺技術領域，特別是涉及一種面向四足機器人的室內環境感知方法、裝置、設備以及計算機可讀存儲介質。

背景技術

隨著機械、材料、計算機和控制科學的不斷發展，近些年來機器人技術已經取得了長足進步，逐漸在家庭娛樂、工業自動化、軍事行動以及危險環境下搜索營救工作中扮演著越來越重要的角色。相對于固定基座的移動機器人更是得到前所未有的重視，目前移動機器人大致分為以下幾種類型：輪式機器人、履帶機器人、球形機器人及足式機器人。前三種機器人一般應用于相對簡單的平坦路面環境，對于復雜崎嶇地形環境無能為力。大部分應用如搜索、營救等危險工作，環境通常較為復雜，足式機器人不僅可以通過靈活的調整姿態規避障礙物，亦可采用跨越的方式通過支撐不連續的地形。因此對足式機器人的研究一直是移動機器人研究領域的熱點。

四足機器人在移動方式上具有獨特的優勢，能適應更多復雜的工作場景，同時也意味著要想實現四足機器人在復雜環境中的移動，需要考慮的因素更多，即便是結構較為簡單的人造室內環境，也并非全部是平整地面與規則障礙物，還存在不同形狀的障礙物與難以通過的地面區域，周期性步態規劃落足點處的地形可能不利于機器人的穩定，因此根據環境信息在合適區域內選擇落足點并根據落足點地形規劃機器人運動可以有效地提高四足機器人運動的穩定性。要想實現四足機器人在陌生環境中選定路徑、繞過障礙物、實現自主移動，機器人必須依靠自身搭載的傳感器，實現感知外部環境并在環境中實現自定位的功能。四足機器人的傳感器包含內部傳感器及外部傳感器，其中慣性傳感器、關節角度傳感器等內部傳感器由于累計誤差的原因無法實現機器人的準確定位，實現四足機器人的定位與建圖的關鍵傳感器一般為相機或者激光雷達等外部傳感器。考慮到三維激光雷達的昂貴價格，研究基于視覺的機器人定位和地圖構建算法意義重大。

同步定位與建圖(simultaneous localization and mapping，簡稱SLAM)，可以描述為機器人在沒有任何環境先驗信息且自身的位姿也不確定的情況下，基于機器人的內、外部傳感器，在機器人的移動過程中不斷的估計自身位姿與感知外界環境，并逐步構建環境地圖的過程。現有的特征法SLAM中，點特征容易受到光線與陰影的影響，線特征容易受到端點檢測的影響，平面特征的魯棒性雖然高但是特征數較少。在紋理弱的簡單室內環境下，ORB特征點較少，基于視覺特征點的現有SLAM算法的估計軌跡與相機真實軌跡存在較大誤差，算法精度較低。

綜上所述可以看出，在室內環境缺少特征點情況下，如何提高SLAM算法估計軌跡與構建地圖的精度是目前有待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種面向四足機器人的室內環境感知方法、裝置、設備以及計算機可讀存儲介質，以解決現有技術中基于視覺特征點的SLAM算法在簡單室內環境下算法精度較低的問題。