家庭服务机器人智能空间关键技术研究与设计

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1、山东大学硕士学位论文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，并提出了新的构想。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QRcode技术的二维自相似地标，该地

2、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canny边缘检测算法提取边缘，采用边缘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

3、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，山东大学硕十学付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sIFT算

4、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RANSAC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II山东大学硕十学位论文Abstract11leincrc嬲illgdcvelopmentofmbottcchniquesmal【髓“possibletodcvi∞锄dd“el叩seⅣiccrobotsforcivil印plicati伽

5、s．HDwcvcr'gcn眦lindoorenVim衄ent啪bevaIiable卸ddi咖rbcd觚quently，which嘶ngab加tmuchdifficlllty￡叫础孵础柚ddcvel叩ment0fhomescrviccrobots．hltelligcntspaccisap舳isingteclIllology’wllichisexpectcdtohelphomescrviccmbotwokinomnplexenVim砌entmoree鹤ily锄de疵ctively．htdligcntspaccisbuildedbysettiIlgm粕y】【inds

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