【摘 要】
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近年来,随着机器人技术的快速发展,社会对居家机器人的需求不断上升。智能居家机器人分类有扫地机器人、家居辅助机器人和厨房助手机器人等,这些机器人不能分类识别目标物并放置。针对现有居家机器人能够清理的垃圾种类有限问题,本课题以全向移动机器人为移动平台,对室内环境中的路径规划、目标分类识别以及机械臂抓取三项技术进行研究。基于机器人操作系统（ROS）搭建软件系统,在仿真和实际环境中构建环境地图,结合路径规
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近年来,随着机器人技术的快速发展,社会对居家机器人的需求不断上升。智能居家机器人分类有扫地机器人、家居辅助机器人和厨房助手机器人等,这些机器人不能分类识别目标物并放置。针对现有居家机器人能够清理的垃圾种类有限问题,本课题以全向移动机器人为移动平台,对室内环境中的路径规划、目标分类识别以及机械臂抓取三项技术进行研究。基于机器人操作系统（ROS）搭建软件系统,在仿真和实际环境中构建环境地图,结合路径规划算法实现机器人的自主导航,识别垃圾种类,通过机械臂抓取后放置。首先,分析机器人任务需求,确定机器人整体系统方案。基于ROS构建机器人软件控制系统和硬件系统,对机器人关键器件选型,搭建机器人样机。其次,研究路径规划算法,在全局路径规划中,将粒子群算法（PSO）与蝙蝠算法（BA）融合,通过PSO算法动态调整BA算法参数,改善全局路径的平滑度,使机器人与地图中障碍物保持安全距离。在局部路径规划中,采用局部搜索（LS）算法消除全局路径规划算法中不可行的候选点,实现动态避障。搭建基于ROS的居家仿真环境,验证融合的路径规划算法。然后,构建家居垃圾数据集,对YOLOv3-tiny模型进行轻量化处理,提高识别速度,仿真环境下采用YOLOv3-tiny识别物体。分析机械臂运动学模型,通过RRT算法实现机械臂抓取路径的规划,采用XACRO建立机器人与机械臂模型,在仿真环境下通过Moveit!软件平台实现机械臂抓取物体。最后,在实际环境中进行三个测试实验。第一个实验,采用融合的路径规划算法对机器人自主导航进行测试;第二个实验,对比建图前后是否存在障碍物对机器人路径规划的影响;第三个实验,采用改进的YOLO模型进行垃圾种类识别,通过机械臂抓取垃圾并放置。实验结果表明,融合的路径规划算法能够实现平滑的全局路径,与障碍物保持安全距离,能够实现垃圾的种类识别并进行抓取放置。
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