【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于双足机器人建图、自主导航领域，具体涉及一种双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法。
技术介绍
1、双足机器人通过能力强，且能像人一样操作，受到广泛关注。近年来，双足机器人稳定控制研究已能初步满足机器人稳定行走需求。自主导航使机器人在无需人工干预的条件下，能够自主地进行运动规划、避障等操作，最终到达目标位置。机器人在导航过程中时，往往会采用屈膝状态行走，因为这可以提高行走的稳定性。然而，屈膝状态会导致机器人脚部前方区域被遮挡，这样仅仅使用当前时刻的传感器数据并不能构建一个信息完整的局部地形地图。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，解决了当前时刻的地形数据信息不足的问题。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于：
4、深度相机不断采集地形的点云数据，由感知计算单元进行预处理后与前一帧点云进行配准，获取精准的帧间相对位姿；再根据相对位姿来更新高程图，得到局部地形地图；
5、配准时，使用机器人的定位信息获取两配准点云相对位姿的初值。
6、进一步地，所述根据相对位姿来更新高程图，具体是将上一触发深度相机时刻的高程图转到当前时刻下，再将当前时刻的点云数据与转换后的高程图融合。
7、更进一步地，所述将上一触发深度相机时刻的高程图转到当前时刻下，采用如下转换矩阵
8、
9、式中，为当前时刻的机器人body坐标系转到局部地形地图坐标系的变换矩阵；为深度相机坐标系到body坐标系的转换矩阵；为深度相机从上一触发时刻转到当前时刻的转换矩阵，通过点云配准得到；为上一触发深度相机时刻的局部地形地图坐标系到body坐标系的转换矩阵；其中，上一触发深度相机时刻记为时刻1，当前时刻记为时刻2。
10、更进一步地，对于高程图的转换，具体为：将时刻1高程图内的栅格点转换到时刻2，找到转换后的点在时刻2高程图中对应的栅格，把对应栅格的高度值和协方差使用转换后的值填充。
11、更进一步地，所述将时刻1高程图内的栅格点转到时刻2，先根据索引遍历时刻1的高程图的每个栅格，得到栅格点的坐标：
12、pij＝(i×d j×d h)t
13、式中，i、j为高程图的索引，d为高程图的分辨率，h为栅格的高度；
14、栅格点的协方差为：
15、
16、式中，为栅格点在x，y方向的协方差，为栅格点在高度方向的协方差；
17、根据pij和将时刻1高程图内的栅格点转换到时刻2：
18、
19、
20、式中，pij2为时刻2的栅格点坐标，为时刻2的栅格点的协方差。
21、更进一步地，找到转换后的点在时刻2高程图中对应的栅格，为：
22、
23、式中，x2、y2为pij2的x、y坐标，i2、j2为pij2在时刻2高程图对应栅格的索引，为取整符号。
24、更进一步地，把对应栅格的高度值和协方差使用转换后的值填充：该栅格的高度值为pij2的z坐标，高度值的协方差为第三行第三列的值。
25、更进一步地，所述再将当前时刻的点云数据与转换后的高程图融合，将时刻2的点云数据转到高程图的局部地形地图坐标系下，将转换后的点加入到时刻2的高程图中。
26、更进一步地，所述将当前时刻的点云数据转到高程图的局部地形地图坐标系下，采用如下方式：
27、
28、
29、式中，p2为时刻2的深度相机坐标系下的点坐标，p'2为时刻2的高程图坐标系下的点坐标，为点在深度相机坐标系下的协方差，为点在时刻2的高程图坐标系下的协方差。
30、更进一步地，所述将转换后的点加入到当前时刻的高程图中，具体为：找到点在时刻2的高程图中对应的栅格，如果该栅格没有数据，那么该栅格的高度为p'2的z坐标，高度的协方差为的第三行第三列的值；如果该栅格有数据，将时刻2的高程图中已有的数据与转换后的数据进行融合：
31、
32、
33、式中，为时刻2的高程图的栅格原有的高度值，为时刻2的高程图的栅格原有高度值的协方差；p2z为转换后的点的高度值，即为p'2的z坐标；为转换后的点的高度值协方差，即为第三行第三列的值，为融合后的高度值，为融合后高度值的协方差。
34、本专利技术的有益效果为：
35、(1)本专利技术在自主导航过程中，当前时刻的地形数据加入到高程图，并与高程图内已有的数据融合，构建局部地形地图；即使由于膝盖遮挡导致当前时刻的地形数据不包含机器人脚前方的区域，只要之前的时刻采集到该区域的地形数据，就会被高程图记录，解决了膝盖遮挡带来的当前帧数据无法构造一个信息充分的局部地图的问题。
36、(2)在构造局部地形地图时，本专利技术通过一个有良好初值的点云配准估计出了精准的两帧点云的相对位姿，为构造一个高精度的地形地图打下基础。
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1.一种双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述根据相对位姿来更新高程图，具体是将上一触发深度相机时刻的高程图转到当前时刻下，再将当前时刻的点云数据与转换后的高程图融合。
3.根据权利要求2所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述将上一触发深度相机时刻的高程图转到当前时刻下，采用如下转换矩阵：
4.根据权利要求3所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，对于高程图的转换，具体为：将时刻1高程图内的栅格点转换到时刻2，找到转换后的点在时刻2高程图中对应的栅格，把对应栅格的高度值和协方差使用转换后的值填充。
5.根据权利要求1所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述将时刻1高程图内的栅格点转到时刻2，先根据索引遍历时刻1的高程图的每个栅格，得到栅格点的坐标：
6.根据权利要求5所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，找到转换后的点在
7.根据权利要求5所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，把对应栅格的高度值和协方差使用转换后的值填充：该栅格的高度值为pij2的z坐标，高度值的协方差为第三行第三列的值。
8.根据权利要求7所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述再将当前时刻的点云数据与转换后的高程图融合，将时刻2的点云数据转到高程图的局部地形地图坐标系下，将转换后的点加入到时刻2的高程图中。
9.根据权利要求8所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述将当前时刻的点云数据转到高程图的局部地形地图坐标系下，采用如下方式：
10.根据权利要求9所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述将转换后的点加入到当前时刻的高程图中，具体为：找到点在时刻2的高程图中对应的栅格，如果该栅格没有数据，那么该栅格的高度为p'2的z坐标，高度的协方差为的第三行第三列的值；如果该栅格有数据，将时刻2的高程图中已有的数据与转换后的数据进行融合：
...【技术特征摘要】
1.一种双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述根据相对位姿来更新高程图，具体是将上一触发深度相机时刻的高程图转到当前时刻下，再将当前时刻的点云数据与转换后的高程图融合。
3.根据权利要求2所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述将上一触发深度相机时刻的高程图转到当前时刻下，采用如下转换矩阵：
4.根据权利要求3所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，对于高程图的转换，具体为：将时刻1高程图内的栅格点转换到时刻2，找到转换后的点在时刻2高程图中对应的栅格，把对应栅格的高度值和协方差使用转换后的值填充。
5.根据权利要求1所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，所述将时刻1高程图内的栅格点转到时刻2，先根据索引遍历时刻1的高程图的每个栅格，得到栅格点的坐标：
6.根据权利要求5所述的双足机器人导航过程中的局部地形地图构建方法，其特征在于，找到转...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，陈学超，余张国，漆桁博，李庆庆，黄强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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