本公开涉及在存在约束尤其是由地形施加的约束的情况下计划步伐序列。
背景技术：
1、机器人设备越来越多地用于受约束或杂乱的环境中，以执行各种任务或功能。这些机器人设备可能需要导航通过这些受约束的环境，而不会踩到或撞到障碍物。随着这些机器人设备变得越来越普遍，需要实时导航和步伐计划，以避免与障碍物接触，同时保持平衡和速度。
技术实现思路
1、本公开的一方面提供了一种用于在存在约束的情况下计划步伐序列的方法。该方法包括在机器人的数据处理硬件处从至少一个图像传感器接收机器人周围的环境的图像数据。机器人包括身体和腿。该方法还包括由数据处理硬件基于图像数据生成身体-障碍物地图、地面高度地图和步伐-障碍物地图。该方法还包括由数据处理硬件基于身体-障碍物地图生成在环境中机动时机器人的身体的运动的身体路径，并且由数据处理硬件基于身体路径、身体-障碍物地图、地面高度地图和步伐-障碍物地图生成在环境中机动时机器人的腿的步伐路径。
2、本公开的实施方式可以包括一个或多个以下可选特征。在一些实施方式中，图像数据包括由三维体积图像传感器捕获的三维点云数据。至少一个图像传感器可以包括立体摄像机、扫描光检测和测距(lidar)传感器或扫描激光检测和测距(ladar)传感器中的一个或多个。
3、在一些示例中，该方法包括由数据处理硬件基于图像数据识别环境中的空间占用，并且由数据处理硬件基于识别环境中的空间占用生成三维空间占用地图。基于图像数据生成身体-障碍物地图、地面高度地图和步伐-障碍物地图可以包括：基于三维空间占用地图生成身体-障碍物地图；基于三维空间占用地图生成地面高度地图；以及基于地面高度地图生成步伐-障碍物地图。地面高度地图识别机器人附近的每个位置处的地面的高度，步伐-障碍物地图识别环境中机器人不应迈入的无步伐区域。可选地，生成身体-障碍物地图包括基于三维空间占用地图生成二维身体-障碍物地图。
4、在一些示例中，三维空间占用地图可以包括具有体素的体素地图，每个体素表示环境的三维空间。每个体素可被分类为地面、障碍物或其他。另外，该设备可以包括由数据处理硬件过滤三维空间占用地图以生成身体-障碍物地图。在一些实施方式中，生成身体路径基于在身体-障碍物地图中指定的无身体区域。在一些示例中，生成步伐路径基于调整机器人的标称步态的标称步伐模式和步伐约束。步伐约束可以包括以下中的至少一个：与地面接触的每个腿的压力偏移中心的阈值范围，压力偏移中心指示每个腿在每个步伐处的机器人重量分布的可接受量；步伐路径是否导致腿迈入步伐-障碍物地图的无步伐区域；步伐路径是否导致机器人的身体进入身体障碍物；步伐路径是否导致机器人的自碰撞；或者步伐-障碍物地图的任何无步伐区域周围的空间余量。另外，步伐约束可以包括软约束或硬约束。在一些实施方式中，生成机器人的腿步伐路径包括细化所生成的身体路径。
5、本公开的另一方面提供了一种机器人。该机器人包括：身体；腿，其联接到身体并配置成围绕环境机器人机动；与腿通信的数据处理硬件；以及与数据处理硬件通信的存储器硬件。该存储器硬件存储指令，指令在数据处理硬件上被执行时使数据处理硬件执行操作。操作包括从至少一个图像传感器接收机器人周围的环境的图像数据。操作还包括基于识别环境中的空间占用生成三维空间占用地图并且基于三维空间占用地图生成二维身体-障碍物地图。操作还包括基于身体-障碍物地图生成在环境中机动时机器人的身体的运动的身体路径并且基于身体路径、身体-障碍物地图、地面高度地图和步伐-障碍物地图生成在环境中机动时机器人的腿的步伐路径。
6、该方面可以包括一个或多个以下可选特征。在一些实施方式中，图像数据包括由三维体积图像传感器捕获的三维点云数据。在一些示例中，至少一个图像传感器包括立体摄像机、扫描光检测和测距(lidar)传感器或扫描激光检测和测距(ladar)传感器中的一个或多个。
7、在一些示例中，操作包括基于图像数据识别环境中的空间占用并且基于识别环境中的空间占用生成三维空间占用地图。基于图像数据生成身体-障碍物地图、地面高度地图和步伐-障碍物地图可以包括基于三维空间占用地图生成身体-障碍物地图、基于三维空间占用地图生成地面高度地图以及基于地面高度地图生成步伐-障碍物地图。地面高度地图识别机器人附近的每个位置处的地面高度，步伐-障碍物地图识别环境中机器人不应迈入的无步伐区域。可选地，生成身体-障碍物地图包括基于三维空间占用地图生成二维身体-障碍物地图。
8、三维空间占用地图可以包括具有体素的体素地图，每个体素表示环境的三维空间。每个体素可被分类为地面、障碍物或其他。在一些示例中，操作还包括过滤三维空间占用地图以生成身体-障碍物地图。身体路径可以基于身体-障碍物地图中指定的无身体区域，而步伐路径可以基于调整机器人的标称步态的标称步伐模式和步伐约束。在一些实施方式中，步伐约束包括以下中的至少一个：与地面接触的每个腿的压力偏移中心的阈值范围，压力偏移中心指示每个腿在每个步伐处的机器人重量分布的可接受量；步伐路径是否导致腿迈入步伐-障碍物地图的无步伐区域；步伐路径是否导致机器人的身体进入身体障碍物；步伐路径是否导致机器人的自碰撞；或者步伐-障碍物地图的任何无步伐区域周围的空间余量。步伐约束可以包括软约束或硬约束。在一些实施方式中，生成机器人的腿的步伐路径包括细化所生成的身体路径。
9、本公开的另一方面提供了一种方法，该方法包括：在机器人的数据处理硬件处，从至少一个传感器接收与机器人的环境相关联的传感器数据；由数据处理硬件基于传感器数据生成障碍物地图，障碍物地图指示障碍物；由数据处理硬件根据机器人的第一节奏确定机器人从第一位置到第二位置的运动的第一步伐路径，第一步伐路径指示一个或多个第一步伐位置；由数据处理硬件基于第一步伐路径和障碍物地图生成机器人从第一位置到第二位置的运动的第二步伐路径，第二步伐路径指示一个或多个第二步伐位置；以及由数据处理硬件根据第二步伐路径指示导航。
10、本公开的另一方面提供了一种机器人，包括：至少一个传感器；数据处理硬件；以及存储器硬件，与数据处理硬件通信，存储器硬件存储指令，其中，由数据处理硬件执行指令使得数据处理硬件：从至少一个传感器接收与机器人的环境相关联的传感器数据；基于传感器数据生成障碍物地图，障碍物地图指示障碍物；根据机器人的第一节奏，确定机器人从第一位置到第二位置的运动的第一步伐路径，第一步伐路径指示一个或多个第一步伐位置；基于第一步伐路径和障碍物地图，生成机器人从第一位置到第二位置的运动的第二步伐路径，第二步伐路径指示一个或多个第二步伐位置；以及根据第二步伐路径指示导航。
11、本公开的另一方面提供了一种计算系统，包括：数据处理硬件；以及存储器硬件，与数据处理硬件通信，存储器硬件存储指令，其中，由数据处理硬件执行指令使得数据处理硬件：从至少一个传感器接收与机器人的环境相关联的传感器数据；基于传感器数据生成障碍物地图，障碍物地图指示障碍物；根据机器人的第一节奏，确定机器人从第一位置到第二位置的运动的第一步伐路径，第一步伐路径指示一个或多个第一步伐位置；基于第一步伐路径和障碍物地图，生成机器人从第一位置到第二位置的运动的第二步伐路径，第二步伐路径指示一个或多个第二步伐位置；以及根据第二步伐路径指示导航。
12、本公开的另一方面提供了一种方法，包括：由机器人的数据处理硬件获得识别机器人的环境中的一个或多个第一障碍物的身体-障碍物地图；由数据处理硬件获得识别环境中的一个或多个第二障碍物的步伐-障碍物地图；由数据处理硬件使用身体-障碍物地图生成机器人的身体从身体路径起点到身体路径终点的运动的身体路径；由数据处理硬件使用身体路径生成定义机器人的腿的一个或多个步伐定位的步伐路径；以及由数据处理硬件使用步伐-障碍物地图确定调整的步伐路径。
13、本公开的另一方面提供了一种机器人，包括：身体；两个或更多个腿，两个或更多个腿耦合到身体，并且被配置为围绕机器人的环境机动机器人；数据处理硬件；以及存储器硬件，与数据处理硬件通信，存储器硬件存储指令，其中，由数据处理硬件执行指令使得数据处理硬件：获得识别环境中的一个或多个第一障碍物的身体-障碍物地图；获得识别环境中的一个或多个第二障碍物的步伐-障碍物地图；使用身体-障碍物地图，生成身体从身体路径起点到身体路径终点的运动的身体路径；使用身体路径，生成定义两个或更多个腿中的腿的一个或多个步伐定位的步伐路径；以及使用步伐-障碍物地图，确定调整的步伐路径。
14、在附图和以下描述中阐述了本公开的一个或多个实施方式的细节。从说明书和附图以及权利要求书中，其他方面、特征和优点将变得显而易见。
1.一种方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步伐路径是根据机器人的第二节奏被生成的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个第一步伐位置被调整以获得所述一个或多个第二步伐位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个第一步伐位置位于障碍物的阈值距离内，并且其中，所述一个或多个第二步伐位置在障碍物的阈值距离之外。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个第一步伐位置位于障碍物地图的第一数量的障碍物的阈值距离内，并且其中，所述一个或多个第二步伐位置位于障碍物地图的第二数量的障碍物的阈值距离内，其中,障碍物的第一数量大于障碍物的第二数量。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步伐路径与机器人的第一重量分布相关联，并且其中，第二步伐路径与机器人的第二重量分布相关联。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步伐路径与机器人的平衡的第一测量相关联，并且其中，第二步伐路径与机器人的平衡的第二测量相关联。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述障碍物包括与楼梯的集合相关联的障碍物。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个第一步伐位置和所述一个或多个第二步伐位置中的每一个指示用于放置机器人的相应腿的相应远端的相应位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，生成第二步伐路径包括：
11.根据权利要求1所述的方法，其中，生成第二步伐路径包括：
12.根据权利要求1所述的方法，其中，生成第二步伐路径包括：
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：
15.根据权利要求1所述的方法，还包括：
16.根据权利要求1所述的方法，还包括：
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机器人还包括四个腿，其中，所述四个腿中的每个腿包括相应远端，其中，根据第二步伐路径指示导航包括：
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述障碍物地图是身体障碍物地图，其中，所述障碍物是机器人身体的障碍物，所述方法还包括：
19.一种机器人，包括：
20.根据权利要求19所述的机器人，其中，第二步伐路径是根据机器人的第二节奏被生成的。
21.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述一个或多个第一步伐位置被调整以获得所述一个或多个第二步伐位置。
22.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述一个或多个第一步伐位置位于障碍物的阈值距离内，并且其中，所述一个或多个第二步伐位置在障碍物的阈值距离之外。
23.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述一个或多个第一步伐位置位于障碍物地图的第一数量的障碍物的阈值距离内，并且其中，所述一个或多个第二步伐位置位于障碍物地图的第二数量的障碍物的阈值距离内，其中，障碍物的第一数量大于障碍物的第二数量。
24.根据权利要求19所述的机器人，其中，第一步伐路径与机器人的第一重量分布相关联，并且其中，第二步伐路径与机器人的第二重量分布相关联。
25.根据权利要求19所述的机器人，其中，第一步伐路径与机器人的平衡的第一测量相关联，并且其中，第二步伐路径与机器人的平衡的第二测量相关联。
26.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述障碍物包括与楼梯的集合相关联的障碍物。
27.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述一个或多个第一步伐位置和所述一个或多个第二步伐位置中的每一个指示用于放置机器人的相应腿的相应远端的相应位置。
28.根据权利要求19所述的机器人，其中，为了生成第二步伐路径，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
29.根据权利要求19所述的机器人，其中，为了生成第二步伐路径，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
30.根据权利要求19所述的机器人，其中，为了生成第二步伐路径，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
31.根据权利要求19所述的机器人，其中，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
32.根据权利要求19所述的机器人，其中，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
33.根据权利要求19所述的机器人，其中，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
34.根据权利要求19所述的机器人，其中，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
35.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述机器人还包括四个腿，其中，所述四个腿中的每个腿包括相应远端，其中，为了根据第二步伐路径指示导航，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
36.根据权利要求19所述的机器人，其中，所述障碍物地图是身体障碍物地图，其中，所述障碍物是机器人身体的障碍物，其中，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
37.一种计算系统，包括：
38.一种方法，包括：
39.根据权利要求38所述的方法，其中，生成步伐路径包括：
40.根据权利要求39所述的方法，其中，确定步态模式包括：
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述两个或更多个步态模式中的每个步态模式是基于腿的对应的步伐定位进行加权的，并且其中，选择步态模式是基于所述两个或更多个步态模式中的每个步态模式的腿的对应的步伐定位的。
42.根据权利要求38所述的方法，其中，确定调整的步伐路径是基于一个或多个约束的。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述一个或多个约束包括：
44.根据权利要求43所述的方法，其中：
45.根据权利要求43所述的方法，其中：
46.根据权利要求42所述的方法，其中，所述一个或多个约束包括：
47.根据权利要求38所述的方法，还包括：
48.一种机器人，包括：
49.根据权利要求48所述的机器人，其中，为了生成步伐路径，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
50.根据权利要求49所述的机器人，其中，为了确定步态模式，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
51.根据权利要求50所述的机器人，其中，所述两个或更多个步态模式中的每个步态模式是基于腿的对应的步伐定位进行加权的，并且其中，为了选择步态模式，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
52.根据权利要求48所述的机器人，其中，为了确定调整的步伐路径，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件基于一个或多个约束确定调整的步伐路径。
53.根据权利要求52所述的机器人，其中，所述一个或多个约束包括：
54.根据权利要求53所述的机器人，其中：
55.根据权利要求53所述的机器人，其中：
56.根据权利要求52所述的机器人，其中，所述一个或多个约束包括：
57.根据权利要求48所述的机器人，其中，由所述数据处理硬件执行所述指令还使得所述数据处理硬件：
