家庭服务机器人智能空间若干问题研究

论文摘要

为了实现移动机器人对家庭环境地图构建和自身的精确定位,利用智能空间的概念,可以将移动机器人同环境中的各种设备进行无线互连,扩展了移动机器人的感知能力,通过智能空间中的设备计算移动机器人携带传感器采集到的数据,减轻了移动机器人的负担。本文旨在以家庭环境为背景,构建智能空间,使得机器人能够快速准确地完成环境地图的构建和自身的精确定位。并在此前提下,进行路径规划,使移动机器人完成各项服务。主要研究内容如下:首先,给出了研究服务机器人的意义,介绍了智能空间这一新兴概念,并给出了智能空间构建的基本技术要求。在构建的智能空间下,利用图像处理的方法,得到二维环境地图。其次,对移动机器人的同时定位与建图技术进行了介绍,论述了该技术应用过程中所遇到的一些难点,给出了扩展卡尔曼滤波方法和Rao-Blackwellised粒子滤波方法解决移动机器人同时定位与建图的一般过程,通过将机器人同时定位与建图过程与智能空间技术相结合,采用了一种混合式的同时定位与建图方法,结合了Rao-Blackwellised粒子滤波和扩展卡尔曼滤波方法的优点,避免了两种方法的缺点,利用Rao-Blackwellised粒子滤波进行局部地图的创建,然后融合到全局地图中,通过与扩展卡尔曼滤波方法的仿真结果进行比较。最后,在智能空间构建地图的前提下,采用了人工势场法进行路径规划。该方法具有反应速度快,安全可靠的优点,可以保证移动机器人在环境中每个坐标点都有对应的运动方向,在家庭环境中,具有一定应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 智能空间
• 1.2.1 智能空间的概念
• 1.2.2 研究现状及发展趋势
• 1.3 相关技术研究综述
• 1.3.1 移动机器人同时定位与建图
• 1.3.2 路径规划和避障
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 1.5 论文的组织结构
• 第2章 服务机器人智能空间构建
• 2.1 智能空间技术基础
• 2.1.1 智能空间的描述
• 2.1.2 智能空间技术
• 2.2 服务机器人智能空间构建
• 2.2.1 服务机器人智能空间架构
• 2.2.2 环境地图的建立
• 2.3 本章小结
• 第3章 SLAM 问题研究
• 3.1 同时定位与建图（SLAM）问题简介
• 3.1.1 定位问题
• 3.1.2 地图创建问题
• 3.2 SLAM 问题的研究
• 3.2.1 同时定位与地图创建问题的一般架构
• 3.2.2 SLAM 问题的技术难点
• 3.3 智能空间下SLAM 问题研究
• 3.3.1 智能空间与机器人SLAM 交互过程
• 3.3.2 智能空间下 SLAM 的关键技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 智能空间下SLAM 问题研究
• 4.1 SLAM 问题机器人模型
• 4.2 智能空间下机器人SLAM 问题论述
• 4.3 机器人SLAM 问题仿真研究
• 4.3.1 EKF-SLAM
• 4.3.2 Fast-SLAM
• 4.3.3 混合式的SLAM 算法实现
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 智能空间下机器人路径规划问题研究
• 5.1 人工势场法简介
• 5.2 人工势场法
• 5.3 机器人路径规划
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢