[发明专利]使用机器人装置的状态来映射环境

权利要求书

1.一种用于机器人装置的映射系统，所述机器人装置包括用于在环境内移动所述机器人装置的一个或多个致动器和用于图像捕获装置的可移动支架，所述映射系统包括：

状态引擎，其用于基于运动学误差、里程计误差和几何误差来联合优化所述机器人装置的当前状态和所述机器人装置的先前状态，

其中所述机器人装置的每个状态包括指示所述机器人装置相对于所述环境的模型的姿态的数据和指示所述图像捕获装置相对于所述模型的姿态的数据，

其中所述运动学误差包括与所述可移动支架相关联的运动学测量值和从所述当前状态导出的所述图像捕获装置相对于所述机器人装置的姿态的函数，

其中所述里程计误差包括与所述一个或多个致动器相关联的里程计测量值和所述当前状态与所述先前状态之间的里程计差异的函数，

其中所述几何误差包括来自所述捕获装置的图像数据与所述环境的所述模型的比较，所述比较使用基于所述当前状态的投影，

其中所述映射系统被配置为使用所述状态引擎优化后的所述当前状态来更新所述模型。

2.根据权利要求1所述的映射系统，其中所述可移动支架包括多个关节，并且所述图像捕获装置相对于所述机器人装置的所述姿态是使用正向运动学确定的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的映射系统，其中所述机器人装置相对于所述模型的所述姿态和所述图像捕获装置相对于所述模型的所述姿态被定义在六个自由度内。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的映射系统，其中所述状态引擎被配置为使用线性先验联合优化所述当前状态和所述先前状态，所述状态引擎被配置为基于所述运动学误差、所述里程计误差、所述几何误差和所述先前状态的边缘化来更新优化后的所述线性先验。

5.根据权利要求4所述的映射系统，其中所述映射引擎被配置为使用变形图来将所述模型的第一组部分与所述模型的第二组部分对齐，所述变形图指示所述模型中给定位置的待用于在对齐期间在所述给定位置处修改所述模型的邻域集。

6.根据权利要求5所述的映射系统，其中所述映射引擎被配置为在循环闭合期间将所述模型的所述第一组部分与所述模型的所述第二组部分对齐，其中在所述循环闭合之后，重新初始化所述线性先验和所述先前状态。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的映射系统，其中所述模型包括表面元模型，其中所述表面元模型中的每个表面元至少包括定义所述表面元在三维中的位置的数据和定义所述表面元在三维中的法向向量的数据，其中每个表面元表示三维空间中的二维区域。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的映射系统，其中所述映射系统被配置为为所述图像捕获装置生成没有姿态图的模型。

9.一种机器人装置，包括：

图像捕获装置，相对于所述机器人装置移动地安装；

一个或多个致动器，用于相对于环境移动所述机器人装置和所述图像捕获装置中的一者或多者；

状态引擎，用于更新所述机器人装置的状态；以及

映射引擎，用于使用所述机器人装置的所述状态生成所述环境的三维模型，

其中所述机器人装置的所述状态至少包括所述图像捕获装置相对于所述三维模型的变换，

其中所述状态引擎被配置为基于所述机器人装置的所述状态与从所述一个或多个致动器获得的测量值的比较来更新所述机器人装置的所述状态，并且

其中所述映射引擎被配置为基于所述机器人装置的所述状态将来自所述图像捕获装置的图像与所述三维模型进行比较以更新所述三维模型。

10.根据权利要求9所述的机器人装置，其中所述映射引擎被配置为确定迭代最近点误差，并且其中所述状态引擎被配置为另外使用所述迭代最近点误差来更新所述机器人装置的所述状态。