隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn),城市人口數(shù)量顯著增加,其中樓宇則是大多數(shù)身處城市的人們?nèi)粘９ぷ髋c生活的場(chǎng)所,因此服務(wù)機(jī)器人在樓宇場(chǎng)景下有著巨大的應(yīng)用空間,而機(jī)器人在樓宇內(nèi)的多樓層自主導(dǎo)航功能則是這類(lèi)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用的基礎(chǔ)。為了讓機(jī)器人能夠在樓宇內(nèi)進(jìn)行多樓層大范圍活動(dòng),本文設(shè)計(jì)了移動(dòng)操作機(jī)器人的自主導(dǎo)航系統(tǒng)并對(duì)其中的導(dǎo)航過(guò)程環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)及電梯按鍵檢測(cè)與操作技術(shù)展開(kāi)研究,讓機(jī)器人在無(wú)需改造樓宇內(nèi)電梯的前提下,僅依靠自身的傳感器與執(zhí)行器搭乘垂直電梯,實(shí)現(xiàn)完全自主的多樓層導(dǎo)航。本文的多樓層導(dǎo)航系統(tǒng)面向移動(dòng)操作機(jī)器人,一共有五部分構(gòu)成,分別為任務(wù)規(guī)劃、移動(dòng)平臺(tái)導(dǎo)航、機(jī)械臂操作、環(huán)境狀態(tài)檢測(cè)以及機(jī)器人硬件。其中任務(wù)規(guī)劃模塊采用人工設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行調(diào)度。導(dǎo)航模塊基于傳統(tǒng)的單地圖導(dǎo)航框架針對(duì)多樓層導(dǎo)航任務(wù)進(jìn)行改進(jìn),在實(shí)現(xiàn)單樓層導(dǎo)航的基礎(chǔ)上,通過(guò)選取樓層間的空間一致特征點(diǎn),采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)齊多樓層地圖,并利用多路復(fù)用機(jī)制完成地圖的切換,解決了機(jī)器人在多樓層地圖間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。機(jī)械臂操作部分負(fù)責(zé)檢測(cè)電梯面板按鍵進(jìn)而實(shí)現(xiàn)操作,本文基于字符寬度變換對(duì)電梯面板圖像進(jìn)行了候選區(qū)域提取,并根據(jù)電梯按鍵的空間與幾... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

我國(guó)65歲以上人口數(shù)變化趨勢(shì)

要機(jī)器人能夠在樓宇內(nèi)進(jìn)行跨樓層的大范圍導(dǎo)航。根據(jù)調(diào)研，目前市場(chǎng)上也有許多機(jī)器人企業(yè)針對(duì)上述應(yīng)用需求開(kāi)發(fā)出了能夠進(jìn)行多樓層導(dǎo)航的服務(wù)機(jī)器人，并且已經(jīng)在酒店、寫(xiě)字樓等公共場(chǎng)所落地應(yīng)用。針對(duì)機(jī)器人的跨樓層問(wèn)題，這類(lèi)解決方案對(duì)樓宇內(nèi)電梯的電氣設(shè)備進(jìn)行了改裝，讓機(jī)器人能夠通過(guò)射頻與電梯連接并收發(fā)指令信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)電梯的運(yùn)行狀態(tài)獲取與控制。雖然這類(lèi)方法能夠解決機(jī)器人乘梯問(wèn)題，但是由于需要對(duì)樓宇設(shè)備進(jìn)行改裝，一定程度上也限制了其面向個(gè)人消費(fèi)者與大范圍的推廣。a)文件遞送b)迎賓接待c)行李搬運(yùn)圖1-2樓宇內(nèi)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用示意圖然而要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在樓宇內(nèi)多樓層的自主導(dǎo)航，除了需要考慮其自主乘梯問(wèn)題，還需要考慮樓宇場(chǎng)景的非結(jié)構(gòu)化、動(dòng)態(tài)與復(fù)雜性。尤其是樓宇中往往存在大量的人類(lèi)活動(dòng)，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中還需要保證人類(lèi)的安全，這要求機(jī)器人能夠?qū)χ車(chē)h(huán)境進(jìn)行良好的感知。同時(shí)對(duì)于僅依賴機(jī)器人自身設(shè)備的自主多樓層導(dǎo)航任務(wù)，機(jī)器人各個(gè)設(shè)備之間的統(tǒng)籌與調(diào)度也對(duì)機(jī)器人實(shí)際導(dǎo)航的穩(wěn)定與可靠性起到關(guān)鍵作用。因此可以總結(jié)出機(jī)器人在樓宇內(nèi)全自主導(dǎo)航需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵子問(wèn)題：1.機(jī)器人如何自主操作與搭乘未經(jīng)改裝的電梯；2.導(dǎo)航過(guò)程中如何進(jìn)行環(huán)境的感知并且保證運(yùn)動(dòng)的安全；3.如何設(shè)計(jì)自主導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)機(jī)器人設(shè)備與功能進(jìn)行調(diào)度。本文主要針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)研究，針對(duì)機(jī)器人在樓宇內(nèi)的全自主導(dǎo)航問(wèn)題，設(shè)計(jì)機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，并研究樓宇內(nèi)導(dǎo)航過(guò)程感知與自主乘梯技術(shù)，解決機(jī)器人在建筑結(jié)構(gòu)已知的未經(jīng)更改的樓宇環(huán)境中的完全自主導(dǎo)航問(wèn)題。拓展了服務(wù)機(jī)器人在樓宇環(huán)境中的應(yīng)用范圍，有利于服務(wù)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中的落地推廣。本文所研究的樓宇內(nèi)多樓層自主導(dǎo)航技術(shù)與系統(tǒng)，屬于自主無(wú)人系統(tǒng)的智能技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)?

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文4層地圖的構(gòu)建，考慮到機(jī)器人需要搭乘電梯實(shí)現(xiàn)跨樓層導(dǎo)航，文中使用了機(jī)器人的彩色攝像頭對(duì)電梯所處樓層進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)加入激光雷達(dá)檢測(cè)開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)，一同控制機(jī)器人進(jìn)出電梯的時(shí)機(jī)。文中還利用了機(jī)器人的彩色攝像頭對(duì)電梯按鍵進(jìn)行檢測(cè)，并使用機(jī)械臂操作按鍵，進(jìn)而完成機(jī)器人全自主乘梯導(dǎo)航。文獻(xiàn)[3]中，針對(duì)機(jī)器人乘直梯導(dǎo)航問(wèn)題，同樣利用了PR2機(jī)器人的彩色攝像頭對(duì)電梯按鍵進(jìn)行快速模板匹配實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，完成檢測(cè)后，使用機(jī)器人的小視野結(jié)構(gòu)光深度攝像頭獲取按鍵的空間位置，根據(jù)檢測(cè)得到的空間位置，控制機(jī)械臂按動(dòng)電梯。文章中還考慮了機(jī)器人的任務(wù)流程控制，使用了有限狀態(tài)機(jī)對(duì)系統(tǒng)中的硬件與功能進(jìn)行統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)，進(jìn)而通過(guò)各個(gè)組件的協(xié)作實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人自主乘梯。a)PR2機(jī)器人b)PR2操作電梯面板[3]圖1-3PR2機(jī)器人搭乘電梯文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了一款專門(mén)用于旅館客房服務(wù)的移動(dòng)操作機(jī)器人，文中機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)樓宇內(nèi)多樓層乘梯導(dǎo)航。該機(jī)器人的移動(dòng)平臺(tái)由四個(gè)電機(jī)加麥克納姆輪實(shí)現(xiàn)全向的驅(qū)動(dòng)，移動(dòng)平臺(tái)上裝配有二維的激光雷達(dá)用于樓宇內(nèi)地圖的建立、機(jī)器人定位與導(dǎo)航避障。為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主搭乘升降直梯導(dǎo)航，機(jī)器人配備有羅技C920的彩色攝像頭用于對(duì)電梯操作按鍵的檢測(cè)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為多個(gè)Dynamixel–AX12A組成的5自由度機(jī)械臂，機(jī)械臂安裝于垂直的電動(dòng)導(dǎo)軌上，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同高度的電梯按鍵的操作。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]機(jī)器人視覺(jué)的電梯轎廂門(mén)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)[J]. 金曉磊,潘鵬.  單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用. 2018(04)
[2]一種基于視覺(jué)識(shí)別的按鈕自主操作機(jī)械手[J]. 黃晶晶,陶衛(wèi)軍,胡洋洋,劉佳耀,丁林祥.  南京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2017(05)



本文編號(hào)：3331691