[发明专利]一种腿足式智能星表探测机器人感知系统及其工作方法

说明书

本发明一种腿足式智能星表探测机器人感知系统及其工作方法，系统，包括三维激光传感器、左目可见光相机、右目可见光相机、结构光测量相机、惯性测量单元、工控机。1)融合三维激光传感器、结构光测量相机和惯性测量单元，实现星表复杂地形地貌的三维重建、多层次语义拓扑地图构建、机器人定位、静/动态障碍物实时检测、基于机器人运动约束的路径寻优以及轨迹跟踪等功能；2)双目视觉相机集中用于对待采集样品进行高精度三维位姿测量。该系统不仅能够辅助足式机器人自主适应松软、硬质等不同地形环境，实现长距离、智能避障、自主漫游并安全抵达预先指定的目标探测位置，还可辅助机械臂末端工具对采集样品执行精细化操作。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种腿足式智能星表探测机器人感知系统及其工作方法，尤其适用于未知、复杂、非结构环境的感知、建图、定位与自主导航等后续深空探测任务需求。

背景技术

巡视勘察是后续深空探测任务规划其中一项不可或缺的核心需求，具体涉及星表巡视、资源探测、勘探点样品收集、科学仪器投放、科学实验实施等工作，主要目标是尽可能扩大区域科学探测范围，重点解决复杂区域的可达性、操控的精细性及自主性。

现有机器人感知系统存在以下问题与不足：

配置多台套双目立体视觉相机协同观测，以满足近、中、远不同距离的三维建图要求，多台相机质量、功耗相对较大；

机器人在轨导航控制模式均为地面遥操作为主，局部自主避障相结合，处理时间较长，尚不具备智能化、自主化；

上述机器人均配置机械臂开展星表地形、材质等非接触勘察，但并未涉及机械臂执行样品采集与转移等精细化操作任务。

为此，迫切需要对传统轮式机器人感知系统的方案配置进行技术改进与优化，着重突出集约化、轻量化、智能化、精细化等技术优越性与可行性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：克服上述传统轮式星表探测机器人感知系统暴露出来的技术弊端与不足，提出一种腿足式智能星表探测机器人感知系统及其工作方法，实现长距离、智能避障、自主漫游并安全抵达预先指定的目标探测位置，还可辅助机械臂末端工具对采集样品执行精细化操作。

本发明的技术解决方案为：一种腿足式智能星表探测机器人感知系统，包括：三维激光传感器(1)、左目可见光相机(4)、右目可见光相机(3)、结构光测量相机(5)、惯性测量单元(2)、工控机(6)；

三维激光传感器(1)固定安装在机器人前端桅杆顶部，用于实时采集以三维激光传感器(1)为中心的三维地形地貌数据，

左目可见光相机(4)和右目可见光相机(3)共同构成双目立体视觉，二者均固定安装于机器人前端支架上，用于实时测量待采集样品相对于机械臂末端工具之间的三维位姿；

结构光测量相机(5)固定安装于机器人前端正下方的安装支架上，用于实时检测机器人行进方向近距离区域内的障碍物及其位置变化，反馈给机器人进行避障；

惯性测量单元(2)固定安装于机器人前端桅杆上，与三维激光传感器(1)固连在一起，保持与激光传感器(1)始终处于相同姿态，用于实时、精确估计三维激光传感器(1)随机器人运动过程中的运动姿态信息；

工控机固定安装于机器人本体上，能够为三维激光传感器(1)、左目可见光相机(4)、右目可见光相机(3)、结构光测量相机(5)、惯性测量单元(2)供电，并提供同步触发信号；工控机能够接收三维激光传感器(1)、结构光测量相机(5)、惯性测量单元(2)输出的原始数据，完成感知系统在线标定、地图构建、机器人定位、障碍物实时检测、路径规划；工控机能够接收来自于左目可见光相机(4)、右目可见光相机(3)的图像信息，完成双目立体视觉内外参标定、待采集样品质心三维坐标及其相对于左目可见光相机之间的瞬时空间位置姿态。(辅助小型空间机械臂完成精细化操作；)