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《山东大学》 2015年
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与人共融的家庭服务机器人定位与导航

段朋  
【摘要】:服务机器人的定位与导航,不仅需要具备基本的导航算法,而且还要考虑应用环境中人的舒适感、满意程度等诸多精神方面的需求。传统的机器人导航方式侧重于感知决策模式下的自主运动,追求定位导航的精确性和抗干扰能力,很少涉及人的运动模式发现和行为意图理解,缺乏与人友好、和谐共处的属性。本文针对人-机共存的半结构动态家庭环境,深入研究智能空间辅助的服务机器人高性能定位、导航与控制的相关方法和关键技术,探索与人共融的家庭服务机器人定位导航新形式,以提高服务机器人的智能化水平和执行服务任务的效率。论文的主要工作如下:(1)针对家庭环境下人的运动发现,提出了一种具有高精度、强鲁棒性和目标识别能力的人体快速检测、定位与跟踪方法。首先,基于分布激光雷达搭建了家庭环境下的人体检测、定位与跟踪平台,使之具备多目标跟踪能力。其次,为弥补该系统只能进行运动目标跟踪,难以完成目标识别的缺憾,融合视觉检测信息,提取目标的颜色和轮廓特征,实现了具有特征识别能力的目标跟踪,不仅扩展了服务机器人的感知能力,而且从根本上解决了“服务对象在哪里,其状态如何”的问题。(2)为增强复杂动态家庭环境下服务机器人自主定位能力,将基于自然特征的场景识别技术与Monte Carlo方法有机结合,提出了一种由粗到精、定位状态实时监控的服务机器人位姿估计方法,并对新添粒子的引入方式进行了深入研究。在场景识别阶段,基于SURF算法提取不变性特征,构建特征词典,实现了家庭环境下不同场景的特征向量表示形式。针对传统BOW模型表示图像的不稳定问题,提出了一种基于统计的几何一致性检验方法,提高了场景识别的准确率。在位姿估计阶段,采用信息熵和粒子有效性数目实时监测当前粒子的定位状态,为新粒子的引入增添了理论依据。实验效果表明,该方案能够实现动态环境下具有强鲁棒性的服务机器人快速定位。(3)针对传统路径规划方法在家庭环境下展现出来的局限性,提出一种基于人的行走轨迹的服务机器人导航方法。首先,在人体检测、定位与跟踪的基础上,探讨了行人轨迹的描述方式,提出了一种基于核密度估计的关键点提取与轨迹表达方法,通过轨迹在空间距离、运动方向、运动速度上的相似性度量实现了行人运动轨迹的分类。其次,为避免路径搜索算法在全局空间中的扩展,提高算法的实时性,提出了一种基于轨迹引力函数的改进RRT-Connect算法,实现了趋于行走轨迹的路径搜寻方案。最后,实现了基于拓扑-栅格环境模型双层路径规划,在安全导航的基础上,提高了导航效率。(4)依据家庭环境中人的运动行为具有一定规律性的假设,提出了一种基于人的运动模式分析的服务机器人导航与控制方法。研究了基于观测序列的行人运动模式建模方法。阐述了融合人的生活习惯的多约束路径规划模式,结合感知-慎思-反射复合行为模式,提出了一种基于多层感知模型的服务机器人避让方案,并给出了相应的运动控制实现,使之具有主动避让能力,增强了人-机共融的友好性。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP242

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 王田苗;陶永;魏洪兴;陈殿生;;基于智能空间的家庭服务机器人混合定位方法[J];北京航空航天大学学报;2009年02期
2 朱齐丹;李科;雷艳敏;孟祥杰;;基于全景视觉的机器人回航方法[J];机器人;2011年05期
3 赵守鹏;田国会;李晓磊;;基于单个人工地标的机器人自主定位[J];山东大学学报(工学版);2007年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴华;秦世引;;基于增量式路标表观学习的移动机器人定位[J];北京航空航天大学学报;2010年06期
2 孔令富;吴培良;;物联网机器人系统研究进展[J];燕山大学学报;2013年06期
3 吴皓;田国会;陈西博;张涛涛;周风余;;基于机器人服务任务导向的室内未知环境地图构建[J];机器人;2010年02期
4 吴培良;朱玲;张玮;;动态家庭环境智能空间服务机器人全息建图方法[J];科技导报;2010年12期
5 吴皓;田国会;薛英花;张涛涛;;基于QR code技术的家庭半未知环境语义地图构建[J];模式识别与人工智能;2010年04期
6 吴皓;田国会;王家超;周风余;;室内非结构化环境三维栅格语义地图的构建[J];模式识别与人工智能;2012年04期
7 张毅;张磊;杨杨;陈红松;黎胜辉;徐晓东;;基于智能手机控制的家居服务机器人研发[J];机器人技术与应用;2013年01期
8 李军强;王娟;赵海文;刘今越;;下肢康复训练机器人关键技术分析[J];机械设计与制造;2013年09期
9 朱齐丹;刘学;蔡成涛;;基于均匀分布特征的机器人归航[J];机器人;2013年05期
10 宋沐民;路飞;陆娜;田国会;;智能空间下基于分层任务网络的服务机器人任务规划[J];控制理论与应用;2014年07期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 吴皓;基于服务任务导向的机器人地图构建研究[D];山东大学;2011年
2 宋保业;面向服务任务的智能空间支持技术研究与实现[D];山东大学;2011年
3 薛英花;智能空间中基于多模式信息获取的物品定位与物品管理[D];山东大学;2011年
4 吴培良;家庭智能空间中服务机器人全息建图及相关问题研究[D];燕山大学;2010年
5 韩震峰;面向煤矿井下探测的多节履带式机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
6 陈立栋;互补结构分辨率增强的折反射全向成像系统研究[D];国防科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜海涛;医院环境下智能空间视觉服务支持系统[D];山东大学;2011年
2 张涛涛;基于智能空间的服务机器人导航若干关键问题研究[D];山东大学;2011年
3 李骁宇;智能家居服务机器人记忆库的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 杨学永;智能空间辅助家庭服务机器人定位与建图的方法研究[D];燕山大学;2011年
5 卜范骞;基于智能空间的服务机器人定位与构图技术研究[D];山东大学;2008年
6 姜楠;服务机器人视觉导航技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
7 吕连军;基于家庭服务机器人的定位方法研究[D];吉林大学;2013年
8 冯正明;基于视觉的智能轮椅定位研究及实现[D];广东工业大学;2014年
9 丁娜娜;面向任务的仿人机器人室内定位导航技术[D];山东大学;2014年
10 李健;智能空间下基于参数驱动机制的服务任务规划问题研究[D];山东大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 陈永光,李修和;基于信号强度的室内定位技术[J];电子学报;2004年09期
2 陈凤东;洪炳镕;;一种基于图像的移动机器人泊位方法[J];机器人;2010年02期
3 全红艳,张田文;基于运动的摄像机定标方法的综述[J];计算机工程与应用;2003年22期
4 谷红亮;史元春;申瑞民;陈渝;;一种用于智能空间的多目标跟踪室内定位系统[J];计算机学报;2007年09期
5 田国会;李晓磊;赵守鹏;路飞;;家庭服务机器人智能空间技术研究与进展[J];山东大学学报(工学版);2007年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 龙珑;邓伟;胡秦斌;覃晓;;仿生昆虫家庭安保机器人运动轨迹的实现[J];制造业自动化;2012年23期
2 ;运动轨迹模拟及尺寸优化[J];机电信息;1996年06期
3 张立勋;赵凌燕;王岚;王建;;一种测量人行走时骨盆运动轨迹的新方法[J];哈尔滨工程大学学报;2006年01期
4 王文宇;;文件运动轨迹追踪技术的研究及实现[J];计算机系统应用;2010年04期
5 孔令富;李海涛;;基于位置和运动轨迹的老年人异常行为检测[J];计算机工程与设计;2012年02期
6 詹盛;徐远新;石涌泉;王畅;张亚岐;;基于模糊着色Petri网的车辆运动轨迹预测[J];计算机工程与应用;2014年03期
7 胡茂林,章权兵,韦穗,胡茂林;二次曲线运动轨迹恢复的新方法[J];工程图学学报;2002年03期
8 陈磊;李钊;李俊山;胡双演;王蕊;杨威;;基于运动轨迹的视频摘要技术[J];无线电通信技术;2008年01期
9 楼淑君;;文件运动轨迹描述思辨——与吴品才教授商榷[J];档案与建设;2010年02期
10 谭显波;;运动轨迹估计算法在关键人物自动捕获中的应用[J];计算机科学;2012年07期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 李广庆;王茂斌;王人成;华超;;矢状面人体运动轨迹检测与分析系统的研制[A];中华医学会第八次全国物理医学与康复学学术会议论文汇编[C];2006年
2 李广庆;王人成;王茂斌;华超;;矢状面人体运动轨迹检测与分析系统的研制[A];中国医师协会第二届康复医学论坛、中国康复医学会第四届青年学术会议、北京康复医学会第三届会员代表大会论文集[C];2005年
3 郭璐;沈模卫;关忻;;上肢伸展姿势及运动轨迹预测[A];第十届全国心理学学术大会论文摘要集[C];2005年
4 闫剑锋;李战怀;;一种基于运动轨迹的视频检索方法[A];第十九届全国数据库学术会议论文集(研究报告篇)[C];2002年
5 沈国治;;苹果Ⅱ型计算机在铅球运动教学与训练中的应用[A];第五届全国运动生物力学学术会议论文摘要[C];1985年
6 王加;陈慧;;基于驾驶员操纵及车辆运动轨迹信息的驾驶分心辨识方法[A];面向未来的汽车与交通——2013中国汽车工程学会年会论文集精选[C];2013年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 天津市第四十二中学 姜学军 张秀芬;带电粒子在电场中的运动轨迹发生偏转演示器[N];大众科技报;2004年
2 本报驻浙记者 蒋萍 本报实习生 赵征南;浙大机器人 能发旋转球[N];文汇报;2011年
3 王淑娟;服务机器人离我们还有多远?[N];科技日报;2011年
4 李慎;平抛物体的运动[N];中国电脑教育报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 段朋;与人共融的家庭服务机器人定位与导航[D];山东大学;2015年
2 杨剑宇;面向运动轨迹的高效表示和快速识别的综合签名描述与动态索引[D];中国科学技术大学;2012年
3 郭璐;上肢伸展姿势及运动轨迹预测[D];浙江大学;2006年
4 李爱娟;智能车辆运动轨迹规划方法的研究[D];南京航空航天大学;2013年
5 柳成林;拖曳锚在海床土中的运动模型及运动轨迹的理论预测方法[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜晴岚;基于机器视觉的行人运动轨迹识别研究[D];西安工业大学;2015年
2 常磊;基于复合传感器的运动轨迹追踪技术研究[D];沈阳理工大学;2015年
3 贾绍龙;驼背体影响下体表控制点位置变化模型[D];苏州大学;2015年
4 邹青刚;生物水质监测中的活体鱼运动轨迹算法研究[D];杭州电子科技大学;2011年
5 卢南琼;智能群体运动轨迹提取技术的研究[D];上海交通大学;2011年
6 黄忠主;面向监视视频的运动轨迹提取方法研究[D];国防科学技术大学;2011年
7 王灯殿;乒乓球拍运动轨迹分类的研究[D];北京交通大学;2015年
8 崇信毅;基于视频监控数据的人群行为分析[D];北京交通大学;2012年
9 杨蒙;额叶癫痫发作运动轨迹及癫痫的体质学调查[D];成都中医药大学;2014年
10 陶建明;基于三次三角插值样条的数控运动轨迹描述与平滑处理[D];扬州大学;2014年
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