隨著科技的發(fā)展,和人類(lèi)日常生活、工作密切相關(guān)的家居服務(wù)機(jī)器人受到越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái),智能掃地機(jī)器人在已在國(guó)內(nèi)外消費(fèi)市場(chǎng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化,給人們的生活帶來(lái)極大的便利。目前,市面上的掃地機(jī)器人具備路徑規(guī)劃、自動(dòng)充電、作業(yè)規(guī)劃、避障等簡(jiǎn)單功能,但掃地機(jī)器人智能化程度不高,普遍缺乏對(duì)環(huán)境的理解能力,復(fù)雜感知、認(rèn)知與決策能力弱,不具備對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)辨別、按類(lèi)處理的能力,清掃效率低并且缺乏適應(yīng)性強(qiáng)的路徑規(guī)劃方法。研究基于機(jī)器視覺(jué)的掃地機(jī)器人環(huán)境感知能力,并對(duì)垃圾進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)與分類(lèi),有利于增強(qiáng)垃圾清掃的主動(dòng)性和效率,同時(shí)能夠大大增強(qiáng)掃地機(jī)器人對(duì)不同垃圾的分類(lèi)處置的能力。為了提高掃地機(jī)器人的智能化程度,本文圍繞垃圾檢測(cè)與分類(lèi)問(wèn)題、行駛區(qū)域的檢測(cè)問(wèn)題展開(kāi)研究,論文主要完成了以下三部分工作:(1)搭建了掃地機(jī)器人試驗(yàn)平臺(tái),該平臺(tái)主要包括嵌入式視覺(jué)處理系統(tǒng),車(chē)載攝像頭,全向運(yùn)動(dòng)Anycbot四輪驅(qū)動(dòng)機(jī)器人底盤(pán)。配備的視覺(jué)傳感器支持垃圾的檢測(cè)與分類(lèi)和行駛區(qū)域檢測(cè),滿足原理驗(yàn)證和算法驗(yàn)證的需求。(2)針對(duì)家居環(huán)境下垃圾快速、準(zhǔn)確檢測(cè)與分類(lèi)的問(wèn)題。本文選擇檢測(cè)速度較快的YOLOv2網(wǎng)絡(luò)作為主網(wǎng)絡(luò)。同時(shí),為了充分利用圖像的高分辨率特征,將YOLOv2網(wǎng)絡(luò)和密集連接卷積網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,通過(guò)嵌入深層密集模塊實(shí)現(xiàn)圖像淺層和深層特征的復(fù)用和融合,從而減少特征信息丟失;最后通過(guò)采用訓(xùn)練數(shù)據(jù)增強(qiáng)化處理和多尺度訓(xùn)練策略,完成垃圾檢測(cè)分類(lèi)模型的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)表明,本文方法的垃圾檢測(cè)識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到84.98%,實(shí)時(shí)檢測(cè)速度達(dá)到26幀每秒,基本滿足實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。(3)針對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景中掃地機(jī)器人行駛區(qū)域的檢測(cè)問(wèn)題,本文選擇了一種用于語(yǔ)義分割的deepabV3+網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)室內(nèi)機(jī)器人行駛區(qū)域進(jìn)行判別。deepabV3+網(wǎng)絡(luò)模型采用Encoder-Decoder架構(gòu),Encoder部分使用Xception模型并采用了空洞空間金字塔池化捕獲更高語(yǔ)義信息,增加特征提取的能力,Decoder部分采用一個(gè)簡(jiǎn)單有效的模塊,逐漸恢復(fù)目標(biāo)細(xì)節(jié)信息和相應(yīng)的空間維度。該方法在公開(kāi)的ADE20K數(shù)據(jù)集與自建數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了測(cè)試,取得了良好效果,雖然在多目標(biāo)分割任務(wù)上分割效果還有待加強(qiáng),但很好地解決了室內(nèi)行駛區(qū)域分割問(wèn)題。在室內(nèi)行駛區(qū)域分割上,該方法達(dá)到了預(yù)期的要求。本文在垃圾的檢測(cè)與分類(lèi)以及室內(nèi)場(chǎng)景中行駛區(qū)域的檢測(cè)問(wèn)題上進(jìn)行的嘗試有助于增強(qiáng)掃地機(jī)器人的智能化水平,研究方法對(duì)于智能掃地機(jī)器人技術(shù)研發(fā)具有推動(dòng)作用和重要的借鑒價(jià)值,相關(guān)方法也值得進(jìn)一步深入研究與分析。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TP242
【部分圖文】：

行業(yè)經(jīng)歷了 20 多年的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和變革，現(xiàn)在已經(jīng)機(jī)器人產(chǎn)品之一。1996 年，人類(lèi)歷史上出現(xiàn)了第bite)”，如圖 1-1 所示，這款掃地機(jī)器人是由瑞制造。第一臺(tái)掃地機(jī)器人的出現(xiàn)完全改變了人們對(duì)“三葉蟲(chóng)”才被推向市場(chǎng)，并成為人類(lèi)歷史上第一機(jī)器人的外形和基本功能頗具現(xiàn)在智能掃地機(jī)器”。機(jī)身是由圓餅形的塑料外殼構(gòu)成，高度 13 厘行清掃。機(jī)器人配有基本的傳感器，可拆卸的滾筒車(chē)輪能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)�！叭~蟲(chóng)”通過(guò)超聲波檢測(cè)自身障礙物，第一代“三葉蟲(chóng)”掃地機(jī)器人不能很好規(guī)避感器，但是沒(méi)有下視探頭，所以只能在水平方向上和房門(mén)出貼上磁條作為虛擬墻限制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)范葉蟲(chóng)”的功能不如現(xiàn)在掃地機(jī)器人強(qiáng)大，但其作業(yè)為現(xiàn)在的智能掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

了各種款式的掃地機(jī)器人，在網(wǎng)絡(luò)和商場(chǎng)都能夠見(jiàn)英國(guó)的工程技術(shù)創(chuàng)新公司戴森推出了 Dyson 360 E在頂端搭載了一個(gè) 360°全景攝像頭，采用 30 幀的測(cè)，并分析周?chē)h(huán)境，經(jīng)過(guò)圖像處理等后，利用算。通過(guò)獲取的前后圖像當(dāng)中各個(gè)地標(biāo)的位置變化掃地機(jī)器人的當(dāng)前位置，將攝像頭獲取的的圖像整與更新。解決了定位問(wèn)題，而且提高了清掃覆蓋。于 2015 年推出名為 Botavac 系列掃地機(jī)器人。該以 360°旋轉(zhuǎn)的激光雷達(dá)( Light DetectionAnd Rangi通過(guò)掃描自身周?chē)h(huán)境獲得三維的數(shù)字地圖合理司推出的新型掃地機(jī)器人利用激光雷達(dá)和 SLA mapping)技術(shù)檢測(cè)自己的相對(duì)位置，有效區(qū)分清加了清掃效率和覆蓋率，避免了盲動(dòng)性，清潔能力

湘潭大學(xué)碩士學(xué)位論文能耗，并提高掃地機(jī)器人工作的目的性和效率，也有利于智能型掃地機(jī)器人內(nèi)家庭進(jìn)一步普及與實(shí)用化。.2.2 垃圾檢測(cè)與分類(lèi)研究現(xiàn)狀目前有關(guān)掃地機(jī)器人的報(bào)道很多，但是關(guān)于掃地機(jī)器人如何對(duì)垃圾檢測(cè)與的研究很少，掃地機(jī)器人智能化程度還非常弱，普遍不具備對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)、按類(lèi)處理的能力。垃圾檢測(cè)與識(shí)別所面臨的問(wèn)題有：（1）由于視角、尺化等因素，通過(guò)二維圖像信息準(zhǔn)確識(shí)別三維物體本身就是一個(gè)難題，如圖示。（2）室內(nèi)場(chǎng)景下，環(huán)境復(fù)雜多變、障礙物遮攔、地面紋理等干擾，增檢測(cè)和識(shí)別的難度，如圖 1-4 所示。（3）垃圾種類(lèi)繁多，屬性差異大。如-5 所示。
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本文編號(hào)：2887042