CN207650650U - 基于深度视觉导航的重载多足机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于深度视觉导航的重载多足机器人及其运动规划方法，其中多足机器人本体包括机器人负载平台、机器人足部系统和深度视觉装置部分，控制方法包括基于深度视觉导航的行进控制。本机器人使用线性单元作为驱动装置，相比于关节型多足机器人可以承载很大的重量，解决了关节型多足机器人功率和流量消耗波动等问题；还可以实现快速更改机器人的前进方向和全地形快速行进，具有很高的实用价值。
Description
技术领域
本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种基于深度视觉导航的重载多足机器人。
背景技术
现有技术中，多足机器人一般是关节型机器人，其具有如下几个通病：(1)由于关节侧向放置，导致载重能力很弱，不能够进行重载行进；(2)复杂空间的行进控制难度高，求运动学逆解求旋转角度难；(3)行进速度较慢，对电机要求较高；(4)不具备每个执行机构的反馈，只能进行开环控制。
基于以上原因，需要一种能够进行重载的多足机器人被设计出来，机器人可以大大提高工作效率和自适应性；与此同时使用价格较低的视觉设备进行图像处理进行定位导航，提高机器人的实用价值。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种基于深度视觉导航的重载多足机器人，提供一种重载多足机器人，使用机器视觉完成机器人的定位和导航，并可以通过在软件端的更改提高，机器人的适应性，解决现有技术中存在的上述问题。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
基于深度视觉导航的重载多足机器人，其特征在于：多足机器人本体包括由下至上依次连接的机器人足部系统、机器人负载平台和深度视觉装置；其中，
所述机器人足部系统由若干条支撑腿组成，每条支撑腿包括连接机构、一个基节、一个转节、一个腿节和一个支撑足，其中，所述连接机构与机器人负载平台连接，所述基节的顶部与所述连接机构相连，基节的底部与所述转节的中心通过旋转电机相连，转节的末端与腿节相连，每个腿节的末端安装有支撑足；
所述机器人负载平台用于摆放机器人所需搭载的重物，所述机器人负载平台的上表面沿中心对称设置有横向安装的内置数字式位移传感器的管状直线电机；
所述深度视觉装置由“L”型支撑架和双目视觉相机组成，“L”型支撑架的一端水平设置且其末端与双目视觉相机连接，另一端垂直设置且其末端通过电机安装在机器人负载平台的中心。
所述连接机构由丝杆导轨和滑块组成，丝杆导轨的外壳与所述机器人负载平台连接，滑块与基节相连；所述基节的底部通过旋转电机与转节的中心相连，转节上部设置有斜拉结构，与基节通过轴承相连；所述腿节使用内置数字式位移传感器的管状直线电机作为执行机构，固定在转节的两端，腿节末端与支撑足相连，每个支撑足底部均装有压电传感器，用于反馈机器人的姿态。
所述机器人足部系统由六条支撑腿组成，沿着所述机器人负载平台的中心呈周向均布设置。六足机构相对于四足结构具有两个冗余支撑点，稳定性更高，相对于八足及八足以上机构的建模难度和控制难度都要低。
基于深度视觉导航的重载多足机器人，其行进控制方法包括以下步骤：
步骤一：对双目视觉相机进行标定，求出双目视觉相机的内参和外参；
步骤二：根据深度视觉装置底部电机的反馈求出机器人的前进方向，采集机器人前进方向下双目视觉相机视域内对应的深度数据和RGB数据，对得到的深度数据进行去噪处理，得到平滑的深度数据；再对深度数据进行求导，得到反映深度数据平滑程度的平滑度数据；
步骤三：根据双目视觉相机的内参，将深度数据和平滑度数据转为三维点云数据，并求出平滑度数据的三维点云模型，对平滑度数据的三维点云模型进行八叉树空间索引，对处理后的点云模型使用包围盒法进行数据精简；
步骤四：根据多足机器人当前位姿确定机器人行走下一步后每个支撑足能达到的范围，将该范围转换到相机的坐标系中，在平滑度数据的三维点云模型中选择对应的区域作为进一步选择区间；
步骤五：M代表平滑度数据的大小，即深度数据中该点与周围点之间的深度差，选择区间内所有点的中位值作为初始平滑度数据的阈值M0，选择区间内所有点的最小值作为MMIN，从MMIN到M0不断搜索可以产生的下一步的位姿，进行加权计算，其中机器人姿态变化的权重为w1，机器人位置变化的权重为w2，机器人变化过程中所需的能耗的权重为w3，则应根据如下等式进行最优解的求取，Result＝w1Gesture-w2Position+w3Energy，收敛得到下一步的最优位置；
步骤六：进行机器人步态控制到达指定位置，完成一个运动周期内机器人的行进，然后重复步骤二到步骤五完成机器人的行走导航。
本实用新型的有益效果是：该基于深度视觉导航的重载多足机器人相比于传统的多足机器人，具有以下优势：(1)本机器人使用线性单元作为驱动装置，相比于关节型多足机器人可以承载很大的重量(2)解决了关节型多足机器人功率和流量消耗波动等问题(3)可以实现快速更改机器人的前进方向和全地形快速行进，具有很高的实用价值。
附图说明
图1是本实用新型实施例的说明示意图；
图2是本实用新型实施例的局部示意图；
图3是实施例中连接机构的结构示意图；
图4是实施例中足部压电传感器的结构示意图；
图中：1-机器人足部系统，2-机器人负载平台，3-深度视觉装置，4-支撑腿，5-连接机构，6-基节，7-转节，8-腿节，9-支撑足，10-旋转电机，11-管状直线电机，12-“L”型支撑架，13-双目视觉相机，14-末端电机，15-丝杆导轨，16-滑块，17-斜拉结构，18-轴承，19-管状直线电机。
具体实施方式
本实用新型公开了基于深度视觉导航的重载多足机器人，其中多足机器人本体包括机器人负载平台、机器人足部系统和深度视觉装置部分，控制方法包括基于深度视觉导航的行进控制。
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
实施例
如图1、2所示，重载多足机器人，其特征在于：多足机器人本体包括由下至上依次连接的机器人足部系统1、机器人负载平台2和深度视觉装置3；其中，
所述机器人足部系统1由若干条支撑腿4组成，每条支撑腿4包括连接机构5、一个基节6、一个转节7、一个腿节8和一个支撑足9，其中，所述连接机构5与机器人负载平台2连接，所述基节6的顶部与所述连接机构5相连，基节6的底部与所述转节7的中心通过旋转电机10相连，转节7的末端与腿节8相连，每个腿节8的末端安装有支撑足9；
所述机器人负载平台2用于摆放机器人所需搭载的重物，所述机器人负载平台2的上表面沿中心对称设置有横向安装的内置数字式位移传感器的管状直线电机11；
所述深度视觉装置3由“L”型支撑架12和双目视觉相机13组成，“L”型支撑架12的一端水平设置且其末端与双目视觉相机13连接，另一端垂直设置且其末端通过电机14安装在机器人负载平台2的的中心。
如图3所示，所述连接机构5由丝杆导轨15和滑块16组成，丝杆导轨15的外壳与所述机器人负载平台2连接，滑块16与基节6相连；所述基节6的底部通过旋转电机10与转节7的中心相连，转节7上部设置有斜拉结构17，与基节6通过轴承18相连；所述腿节8使用内置数字式位移传感器的管状直线电机19作为执行机构，固定在转节7的两端，腿节8末端与支撑足9相连，每个支撑足9底部均装有压电传感器，用于反馈机器人的姿态，如图4所示。
所述机器人足部系统1由六条支撑腿9组成，沿着所述机器人负载平台2的中心呈周向均布设置。六足机构相对于四足结构具有两个冗余支撑点，稳定性更高，相对于八足及八足以上机构的建模难度和控制难度都要低。
基于深度视觉导航的重载多足机器人，其行进控制方法包括以下步骤：
步骤一：对双目视觉相机13进行标定，求出双目视觉相机13的内参和外参；
步骤二：根据深度视觉装置3底部电机的反馈求出机器人的前进方向，采集机器人前进方向下双目视觉相机13视域内对应的深度数据和RGB数据，对得到的深度数据进行去噪处理，得到平滑的深度数据；再对深度数据进行求导，得到反映深度数据平滑程度的平滑度数据；
步骤三：根据双目视觉相机13的内参，将深度数据和平滑度数据转为三维点云数据，并求出平滑度数据的三维点云模型，对平滑度数据的三维点云模型进行八叉树空间索引，对处理后的点云模型使用包围盒法进行数据精简；
步骤四：根据多足机器人当前位姿确定机器人行走下一步后每个支撑足能达到的范围，将该范围转换到相机的坐标系中，在平滑度数据的三维点云模型中选择对应的区域作为进一步选择区间；
步骤五：M代表平滑度数据的大小，即深度数据中该点与周围点之间的深度差，选择区间内所有点的中位值作为初始平滑度数据的阈值M0，选择区间内所有点的最小值作为MMIN，从MMIN到M0不断搜索可以产生的下一步的位姿，进行加权计算，其中机器人姿态变化的权重为w1，机器人位置变化的权重为w2，机器人变化过程中所需的能耗的权重为w3，则应根据如下等式进行最优解的求取，Result＝w1Gesture-w2Position+w3Energy，收敛得到下一步的最优位置；
步骤六：进行机器人步态控制到达指定位置，完成一个运动周期内机器人的行进，然后重复步骤二到步骤五完成机器人的行走导航。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于深度视觉导航的重载多足机器人，其特征在于：多足机器人本体包括由下至上依次连接的机器人足部系统、机器人负载平台和深度视觉装置；其中，
所述机器人足部系统由若干条支撑腿组成，每条支撑腿包括连接机构、一个基节、一个转节、一个腿节和一个支撑足，其中，所述连接机构与机器人负载平台连接，所述基节的顶部与所述连接机构相连，基节的底部与所述转节的中心通过旋转电机相连，转节的末端与腿节相连，每个腿节的末端安装有支撑足；
所述机器人负载平台用于摆放机器人所需搭载的重物，所述机器人负载平台的上表面沿中心对称设置有横向安装的内置数字式位移传感器的管状直线电机；
所述深度视觉装置由“L”型支撑架和双目视觉相机组成，“L”型支撑架的一端水平设置且其末端与双目视觉相机连接，另一端垂直设置且其末端通过电机安装在机器人负载平台的中心。
2.如权利要求1所述的基于深度视觉导航的重载多足机器人，其特征在于：所述连接机构由丝杆导轨和滑块组成，丝杆导轨的外壳与所述机器人负载平台连接，滑块与基节相连；所述基节的底部通过旋转电机与转节的中心相连，转节上部设置有斜拉结构，与基节通过轴承相连；所述腿节使用内置数字式位移传感器的管状直线电机作为执行机构，固定在转节的两端，腿节末端与支撑足相连，每个支撑足底部均装有压电传感器，用于反馈机器人的姿态。
3.如权利要求1所述的基于深度视觉导航的重载多足机器人，其特征在于：所述机器人足部系统由六条支撑腿组成，沿着所述机器人负载平台的中心呈周向均布设置。
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| CN107943059B (zh) * | 2017-12-29 | 2024-03-15 | 南京工程学院 | 基于深度视觉导航的重载多足机器人及其运动规划方法 |
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