家庭服务机器人项目研究报告.docx

发布时间：2022-05-31 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.47M 资料格式：docx 举报版权申诉

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第1页.png

第1页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第2页.png

第2页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第3页.png

第3页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第4页.png

第4页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第5页.png

第5页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第6页.png

第6页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第7页.png

第7页 / 共26页

qinyong11-10168231-4744302542925396335.docx.pdf-第8页.png

第8页 / 共26页

家庭服务机器人

-RoboCup@home项目

一、课题背景与现状

1.1市场调研

1.2技术背景

1.2.1国内研究水平

1.2.2国外研究水平

二、研究目的和意义

2.1 研究目的

2.2 研究意义

三、方案设计与实施计划

3.1方案设计

3.1.1运动控制

3.1.2导航功能

3.1.3语音功能

3.1.4视觉功能

3.2实施计划

3.2.1运动控制

3.2.2导航功能

3.2.2.1数据结构

3.2.2.2构建地图

3.2.2.3实施路径规划

3.2.3语音功能

3.2.4视觉功能

3.2.4.1具体流程

3.2.4.2数据部分

四、研究的主要内容

4.1导航组

4.2语音组

4.3视觉组

五、创新点和结论

六、成果的应用前景

七、参考文献

家庭服务机器人 -RoboCup@home 项目

摘要家庭服务机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭服务，维护、保养、修理、运输、清洗、监护等工作，它扮演着服务于人类日常生活的角色，同时也充当着电器机器人、移动助理机器人、娱乐机器人、类人机器人等的角色。随着全球老龄化的来临，社会和家庭负担都在加重，家庭服务机器人扮演着越来越重要的角色，服务机器人产业的市场在不断扩大，各种专用服务机器人的销售数量都在逐年提升。无线通信、路径搜寻、导航与定位、机器视觉、物体识别、人物跟随、人机交互等构成了家庭服务机器人的主体，在无线通信方面，使用网络和机器人进行紧密结合；采用三个万向轮呈 180 度夹角来控制机器人运动方向，使得机器人可以朝任意方向移动，而不需要先改变朝向再进行运动。而在人物跟随方面，使用的是通过激光来进行步态识别的方法，具有高效、迅速、准确等优点；机器视觉方面，机器人采用微软最新的 Kinect2.0，具有高视频分辨率、图像清晰、动作捕捉准确等优点，同时在人脸的识别和物体识别中采用了机器学习的方法使得识别更加精准；机器人没有通过传统的采用里程计进行定位，而是通过激光数据的采集来进行定位，使得机器人的定位更加精确。而在路径规划方面，采用的是 Dijkstra 算法和 A*算法相结合，机器人能综合各方面因素选择出一条更好的路径。关键词:机器人、机器视觉、导航与定位 Abstract Home service robot is a special robot for human services, mainly engaged in home services, maintenance, maintenance, repair, transportation, cleaning, care and other work, it plays a role in the service of human daily life, but also acts as an electrical appliance, mobile robot assistant robot, entertainment robot, humanoid robot's role. With the advent of global aging, the burden of family and society are increasing, the home service robot plays an increasingly important role, the service robot industry market continues to expand, the number of sales of various special

service robots are increasing year by year. Wireless communication, path search, navigation and positioning, machine vision, object recognition, human-computer interaction, the characters follow constitute the main body of the home service robot, in wireless communication, combining the use of the network and the robot; using three universal wheels at a 180 degree angle to control the robot moving direction, so that the robot can move in any direction move, and do not need to change toward exercise. In the following figures are used, a method for gait recognition by laser, has the advantages of high efficiency, rapid and accurate; machine vision, the robot uses the latest Microsoft Kinect2.0, with a high resolution video, clear image, motion capture accurate advantages, at the same time in face recognition and object recognition in the the machine learning method makes the recognition more accurate; not by the traditional robot using odometer positioning, but through laser data acquisition for positioning, makes the robot more precise positioning. In the path planning, the use of Dijkstra algorithm and A* algorithm, the robot can integrate all aspects of factors to choose a better path. Keywords: robot, machine vision, navigation and positioning

目录一、课题背景与现状....................................................................................................1 1.1 市场调研......................................................................................................................2 1.2 技术背景......................................................................................................................2 1.2.1 国内研究水平.................................................................................................... 2 1.2.2 国外研究水平.................................................................................................... 3 二、研究目的和意义....................................................................................................3 2.1 研究目的.......................................................................................................................3 2.2 研究意义.......................................................................................................................3 三、方案设计与实施计划............................................................................................4 3.1 方案设计......................................................................................................................4 3.1.1 运动控制............................................................................................................ 4 3.1.2 导航功能............................................................................................................ 4 3.1.3 语音功能............................................................................................................ 5 3.1.4 视觉功能............................................................................................................ 5 3.2 实施计划......................................................................................................................7 3.2.1 运动控制............................................................................................................ 7 3.2.2 导航功能............................................................................................................ 9 3.2.3 语音功能.......................................................................................................... 12 3.2.4 视觉功能.......................................................................................................... 13 四、研究的主要内容..................................................................................................17 4.1 导航组.........................................................................................................................17 4.2 语音组.........................................................................................................................18 4.3 视觉组.........................................................................................................................18 五、创新点和结论......................................................................................................19 六、成果的应用前景..................................................................................................20 0

一、课题背景与现状 1.1 市场调研随着科学技术的发展，机器人在人类生活中扮演着越来越重要的功能。其中，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作，但不包括从事生产的设备。而家庭服务机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭服务，维护、保养、修理、运输、清洗、监护等工作，它扮演着服务于人类日常生活的角色，包括电器机器人、移动助理机器人、娱乐机器人、类人机器人等。国际机器人联合会（International Federation of Robotics，IFR）的调研结果显示，服务机器人产业的市场在不断扩大，各种专用服务机器人的销售数量都在逐年提升。保守估计 2 未来 3-5 年间，世界范围内具有专业用途的服务机器人的安装数量将会多达 9.38 万，而个人使用的机器人的交易数量将会接近 1560 万。随着全球老龄化的来临，社会和家庭负担都在加重，家庭服务机器人将会扮演越来越重要的角色。经过市场调研，我们发现，虽然目前国内外市场上已有一些成熟的家庭服务机器人，但其在无线通信、路径搜寻、物体识别、人机交互等方面都有一定的缺陷。同时，家庭服务机器人的市场仍有很大空缺，项目发展前景广阔。而现有关于家庭服务机器人研发的资料并不多，这要求我们的研究具有一定的原创性，另一方面，这也为我们的研究提供了发展空间。 1.2 技术背景 1.2.1 国内研究水平我国在服务机器人领域的研发与日本、美国等国家相比起步较晚。1995 年清华大学开发了一个七自由度移动式护理机器人，以高位截瘫人员作为护理对象，目标是在无人看护的情况下替患者完成取药、送水、翻书等工作。近年来,在国家 863 计划的支持下，我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作，并取得了一定的成绩，如哈尔滨工业大学研制的导游机器人、迎宾机器人、清扫机器人等；华南理工大学研制的机器人护理床；中国科学院自动化研究所研制的智能轮椅等。在教育机器人方面，我国开展了面对大、中小学的机器人竞赛活动， 1

很多企业开发了面向教育的机器人产品。虽然我国在上世纪 90 年代中后期就已经开始了服务机器人相关技术的研究，但是我国服务机器人市场从 2005 年前后才开始初具规模。目前，我国的家用服务机器人主要有吸尘器机器人、教育、娱乐、保安机器人、智能轮椅机器人、智能穿戴机器人、智能玩具机器人，同时还有一批为服务机器人提供核心控制器、传感器和驱动器功能部件的企业。目前市场上销售的保洁机器人有北京利而浦电器有限责任公司的福玛特保洁机器人、浙江海星电子科技有限公司的 HAC-2 智能吸尘器、深圳银星智能电器有限公司的 kv8 家用清洁机器人、台湾某公司的 QQ-2 保洁机器人、上海罗宝公司的罗宝智能吸尘器机器人等。 1.2.2 国外研究水平时至今日，机器人已从第一代示教再现型机器人、第二代带感觉的机器人发展到第三代智能机器人，而服务机器人正是第三代机器人的典型代表。目前国外的科学家们在移动机构设计、传感器融合与环境建模技术、路径规划技术、能源技术、智能控制技术、人机交互技术、成本控制等方面都取得了长足的进步。 1996 年日本东京大学的 Hashimoto 实验室提出了“智能空间”的概念,它将 PC 机、CCD(chargecoupleddevice)摄像机、麦克风、显示器等设备通过网络连接到一块,构建出了智能空间.智能空间的思想可以有广泛地应用.我们提出将智能空间技术应用于服务机器人系统,并对服务机器人智能空间技术进行了研究. 智能空间作为一种新的技术手段,可以有效地解决许多机器人靠自身无法解决或难于解决的问题,使得服务机器人应用变得轻松可行.在智能空间的支持下,服务机器人能在未知或半未知的动态环境中,连续长时间自主、精确、稳定地进行家政服务工作,同时能够对老弱人士进行监护,及时为其提供必要的服务.可以说, 与智能空间技术的结合,将使机器人走向家庭和社会的艰难之路变得平坦、宽阔并光明。时至今日，美国 iRobot 公司推出室内地毯和地板清洁机器人，具有污物探测功能，可根据房间地面的具体情况进行有重点的清洁。本田公司的双足机器人“ASIMO”，步行时速达 3km，几乎与人类相同。索尼 QRIO 机器人可以漫步、跳舞，做很多高难度动作而且能识别口语并做出回应。 2

三菱重工的家用机器人“Wakamaru”能识别家庭成员的脸部特征，并通过转动脸部和手腕来表现喜怒哀乐。韩国的“irobi”机器人不仅能念书、唱歌、讲故事当家里无人的时候，它还可以确认大门是否上锁以及煤气是否关闭[5]。假如有人闯进家门，它还可以将其拍摄下来给主人发电子邮件。美国的“InTouch Health”远程医疗机器人具有时双向的视频和语音传送系统以及行走系统，已成为医与患者之间的连心桥[5]。配备有各种检测装置的机器人保更成为美国军方后勤部门以及各大公司的新宠。日本机器人协会的调查报告显示，工业机器人未来的成长空间已十分有限；反观服务机器人将由大幅成长，预估 2025 年将有 517 亿美元的市场规模。英国半导体行业研究机构（VLSI Research)调查预估显示，智能机器人所需各种零件相关市场商机也达数十亿美元以上。虽然各种统计数据对机器人的种类划分不是很统一，导致预测结果有差异，但都表明了服务机器人未来的良好发展前景。二、研究目的和意义 2.1 研究目的虽然目前国内外市场上已有一些成熟的家庭服务机器人，但其在无线通信、路径搜寻、物体识别、人机交互等技术方面都有一定的缺陷。同时，家庭服务机器人的市场仍有很大空缺，项目发展前景广阔；除此之外，家庭服务机器人的智能化水平还有很大的提高空间，目前的家庭服务机器人只能在较为简单和单一的环境中工作，同时，其实现的功能也是十分有限，所以，我们项目组希望开发出一款性能更高、功能更加齐全的家庭服务机器人，能够适应更加复杂的现实环境，同时使得此家庭服务机器人在已有的各个功能上做到执行速度更快，错误率更低，同时能将各个功能有效的集成在一起，能够综合判断处理各种复杂的服务情况；设计出一个具有高度封装性，高度可靠性，高度健壮性的智能控制决策模块用于对家庭服务机器人各功能模块进行调用和异常处理。同时，我们的项目组希望在无线通信、路径搜寻、物体识别和人机交互等家庭服务机器人使用的关键技术方面进行突破创新，提高无线通信的稳定性，提高实时路径规划的速度，减少光照 3

等外界条件对物体识别和人脸识别的影响，提高算法的执行效率，增强人机交互的可靠性和现实性。 2.2 研究意义本课题从实际出发，根据当前机器人系统决策模块不成熟、中断异常处理能力弱，整体框架模糊、各模块通信方案缺失的情况，研究解决方案，提出了应用有限状态机和相应决策算法设计控制决策模块，对机器人功能模块进行划分和设计，并采用上下位机的分布式设计，切实提高家庭服务机器人在实际环境中工作能力，通过研究无线通信，提高无线通信的准确性和效率，可以帮助我们增加对信息流处理和使用的控制，改进路径搜索算法，降低其时间复杂度和空间复杂度，提高其执行效率，可以切实加快机器人在实际环境中执行任务的速度，增加服务机器人的实际应用意义，人脸识别和物体识别作为家庭服务机器人的关键功能，是家庭服务机器人走向实际应用不可缺少的功能点，交互性的强弱，从某种意义上讲，代表着家庭服务机器人的智能程度，所以提高交互性，对家庭服务机器人至关重要；本课题以家庭服务机器人人为实际研究和操作背景，通过研究一些国内外尖端前沿的技术，并对其进行创新和改进，使得家庭服务机器人的功能和智能化水平能够有较大程度的提升。三、方案设计与实施计划 3.1 方案设计 3.1.1 运动控制机器人的运动控制主要包含两方面即机器人在空间中的位移控制和机器人手臂的控制。其中位移控制通过在电机控制版上烧录电机控制程序，对 3 个轮子的基本运动动作进行封装，对上层提供接口，供导航等上层方案调用。机器人手臂的控制与此大同小异，在本层将机械臂的基本动作进行封装，为上层提供接口，供上层调用。目前机器人运动的运动控制基于 ros 提供的 move_base 包和 A*包，因此，无法实现内在核心控制算法参数的改变，只能通过调整接口之外的函数参数来实现微调，我们需要重新制定路径规划的合理方案，同时将最短路径算法和迪杰斯特拉算法融合起来，最终在应用中实现数据的融合，使得机器人的运动控 4

分享到：

赞收藏

资料库

家庭服务机器人项目研究报告.docx

相关推荐

人工智能

热门标签

最新资料