大規(guī)模復雜場景下室內(nèi)服務機器人導航的研究.pdf

1、機器人導航是機器人領域的一項基本研究，其重要意義在于:在所處環(huán)境中自主移動的是很多種類機器人能夠完成其它復雜任務的前提。近幾十年來，隨著機器人技術和人工智能技術的不斷發(fā)展，以及整個社會對服務機器人日益增長的使用需求，學術界和工業(yè)界都投入大量的資源對機器人導航技術進行了深入研究和應用探索，使得室內(nèi)機器人的導航技術日趨成熟。室內(nèi)機器人的導航技術大體可分為三個發(fā)展階段:工業(yè)機器人階段，家庭服務機器人階段和公共服務機器人階段。公共服務領域場景相

2、比工廠場景和普通家庭場景更加復雜，這給現(xiàn)階段以適應普通家庭環(huán)境為導向的室內(nèi)機器人導航技術帶來新的問題和挑戰(zhàn)，這也是本文研究的大背景。
　　目前主流的室內(nèi)機器人導航框架主要包括三大技術:地圖構建，機器人定位和導航規(guī)劃。這些技術在家庭場景中均已經(jīng)得到長足的發(fā)展和進步，但是將這些技術應用到大規(guī)模復雜動態(tài)的公共服務場景時，卻面臨著一些工程方法和理論上的困難。針對這些問題，本文提出了一些提出了新的方法或技術改進，具體的內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:

3、r>　　1.機器人導航需要有詳細的環(huán)境模型信息，因此適用于大規(guī)模環(huán)境的地圖構建算法是機器人導航技術的基礎工作。通常公共服務場景的面積遠大于普通家庭環(huán)境，可以達到上萬平方米甚至更大的規(guī)?！，F(xiàn)有的地圖構建算法在大規(guī)模場景地圖構建問題中效率低下，需要耗費大量的存儲資源。針對大規(guī)模的場景地圖構建問題，本文提出一種基于四叉樹的高效地圖表示方法;并設計了一套應用于四叉樹地圖的訪問碼機制，利用該機制能夠快速的訪問地圖節(jié)點數(shù)據(jù);最后提出了大規(guī)模環(huán)境下基

4、于四叉樹地圖表示的地圖構建方法，實驗表明基于四叉樹的SLAM方法能夠減少50％到70％的內(nèi)存消耗。
　　2.公共服務場景的環(huán)境十分復雜，具有高度的動態(tài)性，環(huán)境中通常存在密集且流動的人群。人群密集環(huán)境下的機器人導航依賴于穩(wěn)定的機器人定位模塊，但是復雜動態(tài)環(huán)境下的機器人定位十分困難。本文分析了動態(tài)環(huán)境下的機器人定位存在的問題及其原因，并設計了基于里程計標定和環(huán)境自感知的定位改進算法，極大地降低了錯誤觀察對機器人定位的影響，從而顯著提高

5、動態(tài)環(huán)境下機器人定位的魯棒性。
　　3.傳統(tǒng)的機器人導航系統(tǒng)缺乏對環(huán)境中行人因素的考慮，其導航表現(xiàn)并不能滿足公共服務領域場景下Human-aware導航的需求，與人類自身的導航行為相差甚遠。針對當前導航規(guī)劃算法在人機環(huán)境下存在的問題，本文利用激光傳感器對行人進行識別和跟蹤，并對其運動狀態(tài)進行估計和預測;進而利用行人預測信息來改進基于動態(tài)窗口的局部路徑規(guī)劃算法，提高機器人導航在人機交互方面的舒適性，自然性和交互性。
　　總而言