面向任務(wù)的仿人機(jī)器人室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù).pdf

1、隨著人口老齡化社會問題的日益加劇，仿人機(jī)器人以它高度的靈活性和人性化設(shè)計受到眾多學(xué)者的關(guān)注。作為一款能夠模仿人類形態(tài)的智能化雙足執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它不僅可以完成上下樓梯、抓取物品等機(jī)械操作以彌補(bǔ)勞動力不足，而且能夠擔(dān)當(dāng)護(hù)理患者、照料老人兒童等情感角色，在家庭、醫(yī)療、教育和娛樂等領(lǐng)域得到了廣泛推廣。作為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點之一，在復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中，面對仿人機(jī)器人復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如何合理利用所感知的傳感信息，采用人性化的交互方式，分析用戶需求并以自主

2、實時定位為基礎(chǔ)進(jìn)行高效的路徑規(guī)劃，最終滿足用戶需求是機(jī)器人實現(xiàn)服務(wù)任務(wù)的關(guān)鍵所在。
　　本文以機(jī)器人NAO為實驗平臺，針對面向任務(wù)的室內(nèi)仿人機(jī)器人定位導(dǎo)航問題，從“任務(wù)交互”、“室內(nèi)定位”和“路徑規(guī)劃”三個方面展開了研究。為滿足不同用戶群體的交互需求，設(shè)計實現(xiàn)了多模式任務(wù)交互系統(tǒng)，機(jī)器人可以根據(jù)語音識別、手勢識別和遠(yuǎn)端控制等技術(shù)辨識出用戶當(dāng)前需求。以空間中傳感器感知環(huán)境的方式，借助人工地標(biāo)和環(huán)境模型等提供的信息，采用基于單應(yīng)矩陣分

3、解的視覺定位算法，實現(xiàn)自主實時定位。針對室內(nèi)機(jī)器人路徑規(guī)劃問題，首先采用模糊規(guī)則構(gòu)建分層環(huán)境模型，并引入啟發(fā)式搜索和滾動規(guī)劃的思想，結(jié)合快速搜索隨機(jī)樹和A*算法規(guī)劃合理路徑，以實現(xiàn)相應(yīng)的服務(wù)。
　　隨著多媒體技術(shù)和機(jī)器人智能化水平的發(fā)展，單模式的交互手段已經(jīng)無法滿足不同用戶群體的需求，針對單一交互方式枯燥乏味、準(zhǔn)確率低等不足，設(shè)計實現(xiàn)了多模式任務(wù)交互系統(tǒng)。首先對機(jī)器人的硬件和軟件作了詳細(xì)闡述，對目前常用的交互方式進(jìn)行深入分析。在此

4、基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了基于Hu不變矩和K近鄰分類算法的手勢識別。然后利用語音信號短時能量和過零率進(jìn)行起止點檢測，將有用語音信號作為語音識別模塊的輸入。最后利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)了基于遠(yuǎn)端監(jiān)控的交互方式。適用于正常人、聾啞人等多群體的多模式交互系統(tǒng)，拓寬了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。
　　為輔助機(jī)器人能夠快速、準(zhǔn)確地完成任務(wù)，提出了基于人工地標(biāo)修正的粒子濾波定位方法。首先設(shè)計了涵蓋空間定位信息的AR-mark人工地標(biāo)，提出了人工地標(biāo)的室內(nèi)分布原則。利

5、用基于單應(yīng)矩陣分解的視覺定位算法，實現(xiàn)了基于分布式人工地標(biāo)的室內(nèi)機(jī)器人自定位?？紤]到仿人機(jī)器人本體傳感器測量信息的不確定性，結(jié)合人工地標(biāo)定位無累積誤差的優(yōu)勢，采用粒子濾波定位算法完成機(jī)器人姿態(tài)的估計，保證了機(jī)器人室內(nèi)定位的準(zhǔn)確性。
　　針對室內(nèi)環(huán)境障礙物屬性的不同，在傳統(tǒng)柵格地圖的基礎(chǔ)上，本文利用模糊規(guī)則對室內(nèi)環(huán)境模糊分層處理，構(gòu)建分層環(huán)境模型。根據(jù)仿人機(jī)器人不同步態(tài)的運(yùn)動學(xué)方程，表示步態(tài)能量消耗函數(shù)，通過對室內(nèi)路徑規(guī)劃算法的分析