基于轻量级低功耗单目相机的三维地图构建——嵌入式爬坡机器人手腕中
机器人学
2025-11-11 v1
摘要
爬坡机器人被设计用于探索垂直墙面，这类墙面包括月球和火星天窗等具备挑战性的环境。在此类机器人中，手眼相机的主要作用是准确估计可抓取点的三维位置（即凸形地形表面），凭借其近距离视角。虽然传统爬坡机器人常用 RGB-D 相机作为手眼相机，以便于实现简单的三维地形映射和抓取点检测，但 RGB-D 相机体积大、功耗高。本文提出一种为空间探索设计的三维地形映射系统，适用于配备单目手眼相机的爬坡机器人。与 RGB-D 相机相比，单目相机更轻便、结构紧凑、功耗更低。虽然单目 SLAM 可用于构建三维地图，但其存在尺度歧义的问题。为此，我们提出一种将单目视觉约束与机械臂正运动学融合的 SLAM 方法。该方法基于因子图优化，联合估计夹具姿态的时间序列以及三维地图的全局尺度。我们通过物理仿真和实际实验验证了所提方法。结果表明，该框架能够实时构建度量化的三维地形地图，并利用单目手眼相机实现对凸形地形表面的自主抓取，而无需依赖 RGB-D 相机。我们的方法为未来涉及爬坡机器人的可扩展且节能感知提供了解决方案。
引用
@article{arxiv.2511.05816,
title = {3D Mapping Using a Lightweight and Low-Power Monocular Camera Embedded inside a Gripper of Limbed Climbing Robots},
author = {Taku Okawara and Ryo Nishibe and Mao Kasano and Kentaro Uno and Kazuya Yoshida},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.05816},
year = {2025}
}
备注
International Conference on Space Robotics (iSpaRo)