本發(fā)明屬于多足重載平臺智能控制領(lǐng)域，具體涉及一種適用于野外復雜地形的多足重載平臺的控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當多足重載平臺工作在野外復雜地形環(huán)境中時，視覺檢測系統(tǒng)與平臺控制系統(tǒng)之間的實時交互對平臺的穩(wěn)定性和任務的完成效率至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有多足重載平臺在以下幾個方面存在不足，導致其在野外應用中表現(xiàn)不佳。

2、一方面，多足重載平臺在野外環(huán)境中作業(yè)，常受到復雜光照和惡劣天氣環(huán)境的影響，對于視覺檢測系統(tǒng)來說，會因光照不均或惡劣天氣影響而導致視覺檢測效果差，難以指導平臺在野外環(huán)境中正常行走。因此，多足重載平臺的全天候行走能力是現(xiàn)階段需要解決的技術(shù)難題。

3、另一方面，現(xiàn)有的路徑規(guī)劃算法基于隨機采樣實現(xiàn)，導致路徑生成的結(jié)果可能受到隨機性的影響，路徑質(zhì)量不穩(wěn)定。同時，路徑規(guī)劃算法著重在如何跨越障礙物，但是，對于多足重載平臺而言，在某些場景下，其具備跨越障礙物的可能性，如何優(yōu)化多足重載平臺的路徑規(guī)劃結(jié)果，是目前亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實施例旨在提供一種適用于野外復雜地形的多足重載平臺的控制系統(tǒng)，用以解決野外復雜地形下多足重載平臺全天候行走控制效果較差的問題。

2、本發(fā)明提供了一種適用于野外復雜地形的多足重載平臺的控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括視覺檢測模塊、路徑規(guī)劃模塊和運動控制模塊；其中，

3、視覺檢測模塊，用于采集野外環(huán)境圖像及環(huán)境信息，利用環(huán)境信息對野外環(huán)境圖像進行色彩空間校正，并對校正后的野外環(huán)境圖像進行障礙物檢測；

4、路徑規(guī)劃模塊，用于在檢測到障礙物時，以多足重載平臺的實時位置為起始點、以檢測到的障礙物的位置為終點，進行能夠跨越障礙物的路徑規(guī)劃，得到路徑規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果；

5、運動控制模塊，用于根據(jù)路徑規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果生成多足重載平臺的控制信號，并利用所述控制信號控制多足重載平臺的運行；

6、所述視覺檢測模塊包括色彩校正單元；

7、所述色彩校正單元，用于根據(jù)環(huán)境信息得到歸一化后的輻射強度，并利用歸一化后的輻射強度對野外環(huán)境圖像進行色彩空間校正，得到校正后的野外環(huán)境圖像。

8、在上述方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還做出了如下改進：

9、進一步，所述環(huán)境信息包括當前大氣環(huán)境下的大氣渾濁度和太陽直射角；根據(jù)環(huán)境信息得到歸一化后的輻射強度，執(zhí)行：

10、根據(jù)當前大氣環(huán)境下的大氣渾濁度，得到當前輻射波長、當前輻射波長下的入射大氣的原始輻射能量、當前輻射波長下的傳輸因子、地表能量反射率、地表能量吸收率以及障礙物物體的光譜反射率；此時：

11、輻射波長下的大氣吸收能量表示為：

12、??????????????????????(1)

13、輻射波長下的地表反射天空光的能量表示為：

14、??????(2)

15、其中，表示太陽直射角，為玻爾茲曼常數(shù)；

16、輻射波長下的輻射強度表示為：

17、??????????????????????(3)

18、為相機的響應函數(shù)；

19、根據(jù)不同輻射波長下的輻射強度的最大值和最小值，對輻射波長下的輻射強度進行min-max歸一化，得到歸一化后的輻射強度。

20、進一步，利用歸一化后的輻射強度對野外環(huán)境圖像進行色彩空間校正，得到校正后的野外環(huán)境圖像，執(zhí)行：

21、將野外環(huán)境圖像中的每一元素分別與歸一化后的輻射強度進行差值運算，并將差值運算結(jié)果為負數(shù)的元素置零，從而得到校正后的野外環(huán)境圖像。

22、進一步，所述視覺檢測模塊還包括障礙物檢測單元；

23、所述障礙物檢測單元，用于對校正后的野外環(huán)境圖像依次進行圖像增強和邊緣檢測，并對野外環(huán)境圖像的邊緣檢測結(jié)果采用模板匹配方式進行障礙物檢測和地形類型識別，以識別野外環(huán)境圖像中的地形類型；當檢測到障礙物時，還識別障礙物類型、以及障礙物的尺寸特征。

24、進一步，在路徑規(guī)劃模塊中，執(zhí)行：

25、通過gps定位系統(tǒng)獲取多足重載平臺的實時位置，通過激光雷達獲取障礙物的位置，構(gòu)建從到的初始路徑；

26、對從到的初始路徑依次進行路徑優(yōu)化及障礙物越障檢測，得到能夠跨越障礙物的路徑規(guī)化優(yōu)化結(jié)果。

27、進一步，構(gòu)建從到的初始路徑，執(zhí)行：

28、初始化一棵以為根節(jié)點的隨機樹；

29、進行多輪隨機采樣，每輪生成一個新的節(jié)點，直至新節(jié)點達到或接近障礙物的位置；以為起始點，順次連接所有新生成的節(jié)點，以為終點，形成路徑點集合，從而構(gòu)建得到從起始點到障礙物的位置的初始路徑。

30、進一步，在每輪隨機采樣過程中，通過如下方式生成一個新的節(jié)點：從實時野外環(huán)境地圖空間中選擇一個隨機點，并在隨機樹中查找與隨機點距離最近的節(jié)點，隨后將向著的方向進行擴展，生成新的節(jié)點；將新生成的節(jié)點與連通，形成隨機樹的分支。

31、進一步，對從到的初始路徑進行路徑優(yōu)化，執(zhí)行：

32、連接初始路徑中的起始點和終點，構(gòu)成直線段l；分別計算路徑點集合中的每個節(jié)點到該直線l的垂直距離，若垂直距離大于或等于閾值，則保留該節(jié)點；否則，移除該節(jié)點；從而得到更新后的路徑點集合，構(gòu)建得到優(yōu)化后的路徑。

33、進一步，對優(yōu)化后的路徑進行障礙物越障檢測，執(zhí)行：

34、將多足重載平臺的最大跨越高度和寬度與障礙物的尺寸特征進行比對，判斷多足重載平臺能否順利越障，

35、若能，則基于多足重載平臺的最大跨越高度和寬度及障礙物的尺寸特征生成障礙物跨越策略，將優(yōu)化后的路徑連同障礙物跨越策略作為路徑規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果；

36、否則，則放棄該路徑，重新生成初始路徑，直至生成路徑規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果。

37、進一步，所述運動控制模塊包括控制信號生成單元、步態(tài)生成單元及執(zhí)行控制單元；其中，

38、控制信號生成單元，用于根據(jù)路徑規(guī)劃優(yōu)化結(jié)果生成多足重載平臺的控制信號；

39、步態(tài)生成單元，用于綜合所述控制信號、地形類型及多足重載平臺負載的情況，得到匹配的步態(tài)方案；

40、執(zhí)行控制單元，用于根據(jù)步態(tài)方案，調(diào)節(jié)多足重載平臺中的各個腿部的運動控制機構(gòu)的運行。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實現(xiàn)如下有益效果之一：

42、本發(fā)明提供的適用于野外復雜地形的多足重載平臺的控制系統(tǒng)，能夠利用采集到的環(huán)境信息校正野外環(huán)境圖像，并在此基礎(chǔ)上進行障礙物檢測，從而能夠保證障礙物檢測結(jié)果消除了惡劣天氣的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候較為精確的障礙物檢測。同時，本發(fā)明通過優(yōu)化路徑規(guī)劃的過程，采用閾值檢測的方式對初步路徑規(guī)劃結(jié)果進行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上判斷多足重載平臺在行進過程中能否跨越障礙物，并在不能跨越障礙物時重新進行路徑規(guī)劃，最終據(jù)此控制多足重載平臺的行進動作。上述系統(tǒng)通過多個模塊的功能優(yōu)化、以及相互之間的配合，很好地解決了野外復雜地形下多足重載平臺全天候行走控制效果較差的問題。

43、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實現(xiàn)和獲得。