基于深度图像与三维栅格离线映射的机械臂环境建模方法

李英立^1,2,3，赵忆文^1,2，王争^1,2，张道辉^1,2，赵新刚^1,2

1. 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室3. 中国科学院大学

摘 要：为确保动态非结构化环境中人、机器人、环境3者的安全,提出一种基于深度图像与三维栅格离线映射的机械臂环境建模方法,该方法分为离线映射与在线更新两个步骤.离线映射首先将机器人工作空间划分成三维栅格,然后利用标定得到的RGB-D相机内外参数矩阵离线计算深度图像与三维栅格之间的映射关系并保存;在线更新是利用帧差法和查询离线映射表的方式更新三维栅格中的环境信息.为全面描述机器人的工作空间,进一步扩展此方法,提出多传感器信息融合以及从环境模型中滤除机械臂本体的方法.整套环境建模方法具有描述能力强、模型精度一致、可实现多传感器信息融合以及可在线更新的优点.最后,分别通过仿真实验、基于两个Kinect相机和7自由度KUKA ⅡWA机械臂的实际建模与末端避障实验,验证所提出方法的有效性.

关键词：环境建模;深度图像;三维栅格;多传感器融合;离线映射;人机安全;