家庭服务机器人智能空间关键技术研究与设计.pdf

山东大学
硕士学位论文
家庭服务机器人智能空间关键技术研究与设计
姓名:赵守鹏
申请学位级别:硕士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:田国会
20070511
摘要随着机器人技术的发展,机器人进入民用领域条件日趋成熟。然而通常室内环境存在的变化快、扰动强等特点成为家庭服务机器人研究、应用中的巨大阻碍。智能空间技术使得家庭服务机器人的感知能力和计算能力得到了极大的外延,使家庭服务机器人能在各种复杂环境中轻松、有效工作。它通过安装在室内的各种传感器、执行器实时获取环境信息,并引导机器人完成家政服务。本文就家庭服务机器人智能空间中的如下关键技术进行了深入研究,并提出本文系统研究了如何设计人工地标以及基于人工地标的定位问题。首先设计了一种新的人工地标一基于技术的二维自相似地标,该地标充分满足尺度不变性、自相似性、仿射变换性,并能够提供充足的环境信息。然后研究了如何在复杂环境下检测、识别人工地标,并提出一种基于单个人工地标的机器人自定位方法。试验结果表明,在复杂环境下,机器人能够快速、准确地检测、识别人工地标,仅仅利用单个人工地标就能够达到很高的定位精度。最后本文首次提出将无线射频标签用作人工地标的构想,并阐述了相关研究思路。本文研究了基于顶棚摄像机的环境建模问题。首先利用顶棚摄像机采集环境图像,对采集到的彩色图像预处理,利用咴导觳馑惴ㄌ崛”咴担捎帽咴闭合策略将图像分割成若干区域。然后研究了基于混合高斯模型的区域识别方法,建立室内物品的颜色混合高斯模型,根据模型辨识每一块图像区域,分辨出不同物品,根据辨识结果从而完成环境建模。试验结果表明,顶棚摄像机能够以非常高的准确率完成物品识别,得到很好的环境模型。最后,设计了一种新的直线提取方案以获取环境中各条直线的参数,采用基于三灭点的自标定算法计算摄像机内参数,结合摄像机云台给出的外参数计算各个物品的世界坐标,从而完成环境中的各个物品的定位工作。本文研究了基于多顶棚摄像机的图像拼接问题。单个顶棚摄像机视野有限,了新的构想。山东大学硕士学位论文
采用多个顶棚摄像机可以有效消除视觉死区,观测到更大的环境区域。首先对顶棚摄像机采集到的多幅图像使用算法提取各幅图像的特征点,采用欧式距离特征匹配算法对各幅图像的特征点进行匹配,然后使用算法匹配各幅图像的特征点,根据获得匹配特征点较好地完成了图像的拼接。最后,指出了本文的不足以及有待进一步解决的问题,并对智能空间的发展提出了一些自己的思路。关键词:家庭服务机器人,智能空间,人工地标,机器人定位导航,环境建模,图像拼接山东大学硕十学付论文
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论文作者签名:趟鹏导师签名:阳唧日期:论文作者签名:走靖鹂原创性声明日期:如‘辏关于学位论文使用授权的声明包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑
,服务机器人日益受到人们的重视J紫服务机器人的发展是我国社会发展的需要。年月底我国第五次人口普查表明,岁以上老年人口已达万人,占总人口ィ暌陨系睦先超过谌丝冢甲苋丝诘膌成以上,按国际标准衡量,我国已进入老年型社会。考虑到我国日趋严重的老龄化社会问题,同时考虑还有一大批行动不方便的残疾人,开发家庭服务机器人非常必要。但老年人和残疾人使用的产品基本上还只是一些低水平、低技术要求的产品的产品在国内还很少见。其次,服务机器人的研发也是我国科技发展的战略要求。服务机器人在美、日、欧得到了深入研究和广泛应用,这是因为机器人不仅将形成一个大产业,而且将对国家的综合国力,对国家的可持续发展有着巨大而深远的影响。在我国,服务机器人也得到了相当的重视,成为苹冉圃旒际趿域中的一个重点研究项目。可见,服务机器入有着广阔的发展前景。和服务机器人美好的应用前景相比,目前机器人的发展仍处于一个较低水平。