本發(fā)明涉及四足機器人，尤其涉及一種多激光雷達四足機器人和點云數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
1、激光雷達作為一種三維傳感器在機器人上得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對于結(jié)構(gòu)化的場景，使用單個低成本激光雷達即可滿足很多的應(yīng)用需求。開發(fā)四足機器人的主要目的是通過其仿生足式結(jié)構(gòu)使其能夠通用于結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化場景，復(fù)雜場景對激光雷達傳感器的性能、布局、使用方式提出了更高的需求，此時使用單個激光雷達往往無法滿足應(yīng)用場景的需求。機器人的建圖、定位任務(wù)需要激光雷達能盡量多的捕捉到周圍環(huán)境的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航任務(wù)則比較注重對較近距離的障礙物的檢測，感知運控融合則更加關(guān)注機器人腿部周圍落足點的信息。例如現(xiàn)有技術(shù)公開了一種智能化四足機器人(中國專利公開號cn113184078a)，其采用安裝于機體前部的深度相機和機體背部的激光雷達的組合，但是這個安裝于機器人上方的激光雷達難以用于四足機器人腿部的地形感知，而機頭的深度相機又受限于精度和光照條件而無法達到理想的環(huán)境感知效果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了多激光雷達四足機器人，包括機體、安裝于所述機體前部兩側(cè)的兩個前腿件、和安裝于所述機體后部兩側(cè)的兩個后腿件；
2、所述機體前端安裝面上僅向前布置有第一激光雷達，所述第一激雷達具有面向機體前方的第一掃描區(qū)域；
3、所述機體后端安裝面上僅向后布置有第二激光雷達，所述第二激光雷達具有面向機體后方的第二掃描區(qū)域；
4、所述第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域具有相交線，該相交線位于所述機體底部最低處下方、和地面預(yù)設(shè)可通過障礙物最高處以上。
5、優(yōu)選的，所述第一激光雷達朝前安裝于所述機體前端安裝面上，且相對于水平方向具有第一安裝夾角，所述第一安裝夾角為-70至20度。
6、優(yōu)選的，位于機體后端安裝面上的第二激光雷達向下傾斜安裝，所述第二掃描區(qū)域與地面相交區(qū)域的最前端超過所述機體在地面垂直投影的最前端。
7、優(yōu)選的，所述第二激光雷達向下傾斜安裝并與水平方向具有第二安裝夾角，所述第二安裝夾角為-90至-20度。
8、優(yōu)選的，多激光雷達四足機器人還具有第三激光雷達，所述機體包括依次連接的機頭部、機身部和機尾部，所述第三激光雷達安裝于機頭部、機身部或機尾部的上側(cè)，并具有面向機體上方的第三掃描區(qū)域，所述第一掃描區(qū)域、第二掃描區(qū)域和第三掃描區(qū)域分別兩兩相交具有共視范圍。
9、優(yōu)選的，所述第三激光雷達朝上安裝于所述機體上側(cè)安裝面上，且相對于垂直方向具有第三安裝夾角，所述第三安裝夾角為-20至20度。
10、優(yōu)選的，所述第三掃描區(qū)域與機體頂部最高處不接觸，所述第一掃描區(qū)域、第二掃描區(qū)域和第三掃描區(qū)域相連接并圍繞機體前方、后方、上方和下方區(qū)域。
11、本發(fā)明還公開了點云數(shù)據(jù)處理方法，基于如前述任一所述的多激光雷達四足機器人，包括如下步驟：
12、采集在機體上安裝的各激光雷達生成的點云數(shù)據(jù)，對各點云數(shù)據(jù)進行拼接并轉(zhuǎn)換成機體坐標系后形成第一點云數(shù)據(jù)集；
13、使用預(yù)設(shè)的長方體濾波算法對第一點云數(shù)據(jù)集中的機體點云進行濾除后形成第二點云數(shù)據(jù)集；
14、獲取當前四足機器人的兩前腿件和兩后腿件的各關(guān)節(jié)角度信息，使用腿部點云過濾算法從所述第二點云數(shù)據(jù)集中濾除四個膝蓋以下腿部的機體點云后，形成最終的環(huán)境點云數(shù)據(jù)集。
15、優(yōu)選的，所述前腿件和后腿件采用三關(guān)節(jié)足式結(jié)構(gòu)，具有髖部關(guān)節(jié)電機、大腿部關(guān)節(jié)電機和小腿部關(guān)節(jié)電機。
16、優(yōu)選的，獲取當前四足機器人的兩前腿件和兩后腿件的各關(guān)節(jié)角度信息，使用腿部點云過濾算法從所述第二點云數(shù)據(jù)集中濾除四個膝蓋以下腿部的機體點云后，形成最終的環(huán)境點云數(shù)據(jù)集，具體包括：
17、獲取當前四足機器人的兩個前腿件和兩個后腿件中的相應(yīng)各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，計算獲取得各腿的膝部控制點qk和踝部控制點qa在機體坐標系下的坐標為：
18、
19、其中q0為機體坐標系原點，其中為機體到髖部關(guān)節(jié)電機的靜態(tài)變化矩陣，為髖部關(guān)節(jié)電機到大腿部關(guān)節(jié)電機的靜態(tài)變化矩陣，為大腿部關(guān)節(jié)電機到小腿部關(guān)節(jié)電機的靜態(tài)變化矩陣，為小腿部關(guān)節(jié)電機到膝部控制點的靜態(tài)變化矩陣，為小腿部關(guān)節(jié)電機到踝部控制點的靜態(tài)變化矩陣；為髖部關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動變化矩陣，為大腿部關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動變化矩陣，為小腿部關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動變化矩陣；
20、
21、其中ah為髖部關(guān)節(jié)電機的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，at為大腿部關(guān)節(jié)電機的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度，ac為小腿部關(guān)節(jié)電機的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度；
22、根據(jù)各腿件的膝部控制點踝部控制點坐標，構(gòu)造對應(yīng)的四個小腿部近似幾何體并獲取其在機體坐標系下的幾何體區(qū)域坐標，根據(jù)所述幾何體區(qū)域坐標從第二點云數(shù)據(jù)集中濾除位于四個幾何體區(qū)域中點云后，形成最終的環(huán)境點云數(shù)據(jù)集。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
24、本發(fā)明公開的多激光雷達四足機器人，可以僅通過利用機體前端安裝面上向前布置的第一激光雷達，和機體后端安裝面上向后布置的第二激光雷達，就能實現(xiàn)完整感知機器人行進的前方地面、機體下方地面和后方地面區(qū)域，避免了出現(xiàn)機體下方等的探測盲區(qū)。通過更少的傳感器保證了機器人的四周視野和落足區(qū)域視野，在傳感器成本和機器人環(huán)境感知能力上達到了更好的平衡。通過雙激光雷達的地面探測方案，在保證探測范圍并使機器人建圖、定位、導(dǎo)航、地形感知等功能的情況下減少了激光雷達的數(shù)量，降低了傳感器成本并減少了傳感器布局空間，降低了機器人的自重。
25、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
1.多激光雷達四足機器人，其特征在于：包括機體、安裝于所述機體前部兩側(cè)的兩個前腿件、和安裝于所述機體后部兩側(cè)的兩個后腿件；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于：所述第一激光雷達朝前安裝于所述機體前端安裝面上，且相對于水平方向具有第一安裝夾角，所述第一安裝夾角為-70至20度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于：位于機體后端安裝面上的第二激光雷達向下傾斜安裝，所述第二掃描區(qū)域與地面相交區(qū)域的最前端超過所述機體在地面垂直投影的最前端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于：所述第二激光雷達向下傾斜安裝并與水平方向具有第二安裝夾角，所述第二安裝夾角為-90至-20度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于：還具有第三激光雷達，所述機體包括依次連接的機頭部、機身部和機尾部，所述第三激光雷達安裝于機頭部、機身部或機尾部的上側(cè)，并具有面向機體上方的第三掃描區(qū)域，所述第一掃描區(qū)域、第二掃描區(qū)域和第三掃描區(qū)域分別兩兩相交具有共視范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于：所述第三激光雷達朝上安裝于所述機體上側(cè)安裝面上，且相對于垂直方向具有第三安裝夾角，所述第三安裝夾角為-20至20度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于：所述第三掃描區(qū)域與機體頂部最高處不接觸，所述第一掃描區(qū)域、第二掃描區(qū)域和第三掃描區(qū)域相連接并圍繞機體前方、后方、上方和下方區(qū)域。
8.點云數(shù)據(jù)處理方法，基于如權(quán)利要求1-7中任一所述的多激光雷達四足機器人，其特征在于，包括如下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的點云數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：所述前腿件和后腿件采用三關(guān)節(jié)足式結(jié)構(gòu)，具有髖部關(guān)節(jié)電機、大腿部關(guān)節(jié)電機和小腿部關(guān)節(jié)電機。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的點云數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，獲取當前四足機器人的兩前腿件和兩后腿件的各關(guān)節(jié)角度信息，使用腿部點云過濾算法從所述第二點云數(shù)據(jù)集中濾除四個膝蓋以下腿部的機體點云后，形成最終的環(huán)境點云數(shù)據(jù)集，具體包括：