家庭環(huán)境智能空間中服務機器人導航技術研究.pdf

1、機器人技術的快速發(fā)展，使得機器人進入家庭服務的條件日趨成熟。機器人在家庭環(huán)境中快速、準確地導航是機器人進入家庭、提供各類服務的前提。區(qū)別于工業(yè)機器人所處的整備好的確定性環(huán)境，家庭環(huán)境變動性大，由不規(guī)則形狀的家具、相對狹窄的門和頻繁活動于其間的人類構成，且不能因為機器人的進入，大規(guī)模改動家庭環(huán)境，從而給生活主體人類帶來不便。
　　 若單純依靠增加機器人本體傳感器數(shù)量去感知環(huán)境，實現(xiàn)精確自主定位，將使機器人本體變得龐大苯重，不利于進

2、入家庭為人類服務。因此尋找實用且效率高的環(huán)境獲取方法，同時在不大量增加傳感器數(shù)量的前提下，實現(xiàn)精確定位，從而支持家庭服務機器人快速、準確導航成為一個極富挑戰(zhàn)性的課題。
　　 本文旨在建立家庭環(huán)境智能空間中移動機器人導航系統(tǒng)，利用0R-code智能信息標簽系統(tǒng)分布式存儲環(huán)境地圖，使機器人輕松獲得準確描述家庭環(huán)境的信息，利用人工地標和里程計信息融合方法解決移動機器人定位，采用改進A*算法，在拓撲-柵格混合地圖中搜索可通行區(qū)域，提取最

3、優(yōu)路徑，設計全局路徑規(guī)劃，利用雙閾值約束策略實現(xiàn)路徑跟蹤，并設計了沿墻走動態(tài)避障模塊，規(guī)避家庭環(huán)境中的動態(tài)障礙，最終實現(xiàn)移動機器人在家庭環(huán)境中的快速、準確導航。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)梳理導航任務的一般流程，構建了移動機器人導航的一般框架，分析提煉了實現(xiàn)精確導航的關鍵技術，在分析家庭環(huán)境導航任務需求后，設計了家庭環(huán)境智能空間中的導航方案，設計了家庭環(huán)境智能空間中移動機器人導航的軟件平臺。
　　 (2)設計了便捷的

4、智能標簽地圖存儲系統(tǒng)。將分層的描述環(huán)境的結構化拓撲-柵格混合信息，存儲在分布式的QR-code地標中，支持機器人在當前活動區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)運算資源最優(yōu)化。智能地標采用關聯(lián)式設計，智能地標中的相互關聯(lián)信息支持移動機器人識讀到第一個智能標簽后，即可獲得整個標簽系統(tǒng)信息，根據(jù)導航任務，更快地識讀下一個需要識讀的標簽。
　　 (3)設計了高精度的、可靠的移動機器人自主定位系統(tǒng)。利用智能空間信息共享特性，采取機器人里程計自主定位與智能空間中人工

5、地標定位信息融合的方式，定位機器人的位姿。里程計定位和人工地標的定位都不受外界光照、環(huán)境結構的影響，提高了定位信息的可靠性，通過人工地標與QR-code標簽關聯(lián)，提高了移動機器人定位的自主性。
　　 (4)設計了拓撲一柵格混合地圖中路徑規(guī)劃改進A*算法。全局路徑規(guī)劃搜索可通行區(qū)域，提取最優(yōu)路徑。設計了雙閾值約束路徑跟蹤策略，跟蹤路徑。而當預定路徑中由于動態(tài)障礙物的出現(xiàn)移動機器人不可通行時，在可通行區(qū)域提供的避障方向性指導基礎上，