近年来,不管是Alpha Go先后战胜中日围棋世界冠军,还是新华社联合搜狗发布的全球首个“AI合成主播”顺利完成了 100秒的新闻播报,或是百度阿波罗无人车高调亮相央视春晚,无不佐证着人工智能近些年取得的突破性进展,一股“人工智能+”的产业革命浪潮正在迅速向各个行业扩展,并渗透到我们生活的方方面面。而自动驾驶作为人工智能的一个重要应用领域,目前仍然存在很多不足,想要使人形机器人管家走进家家户户也还需要漫长的研发过程。本实验室曾尝试以无人机为载体代替人形机器人,以信息的采集、交流、处理为重点,打造一款开放式轻型智能管家系统。但实验证明无人机在室内有限空间飞行存在噪音大、导航困难以及安全性难以保证的缺点。本论文吸取过往经验,以智能小车为载体开发了一款结合虚拟现实技术的室内智能管家系统。本文重点负责其中智能小车定位和地图制作、路径规划、避障,以及环境检测等功能的开发,所完成的主要研究工作和成果如下。论文以六轮智能小车为载体,开发研制了实验室智能管家硬件系统。该系统包括激光雷达、摄像头、笔记本电脑,以及智能小车驱动电路、温湿度环境传感模块和电器控制模块等。为了克服智能小车底盘低矮的不足,还设计安装了可升降摄像头平台。论文研究了基于激光雷达的SLAM技术。通过粒子群算法,在存在噪声和遮挡等不利条件下,实现了相邻两个采集点激光雷达测距数据的准确匹配拼接,以及进一步的整个实验室的地图拼接制作。借助整个实验室地图,还实现了智能小车在任一点的位置和方向测定。论文实验探讨了两种基于计算机视觉的小车定位技术,即基于棋盘格的小车定位和基于特征匹配的小车定位。特别是提出了根据棋盘格的三个角点对相机进行定位的简便快速算法,给出了相关公式的详细推导。在基于特征匹配的小车定位方法中,采用实时性和准确性较高的ORB算法提取特征点,同时将Lowe’s算法和Ransac算法相结合,剔除误匹配点,筛选真匹配点,来控制小车朝正确的方位运动,使得小车在巡航一周后准确回到起始位置,由此克服了在地面不平坦时,基于单线激光雷达制作实验室地图难以闭合的问题。论文在VS2017平台下,借助OPEN CV,开发了一套基于智能小车的实验室智能管家软件系统,实现了智能小车的室内定位、地图制作、路径规划和避障等基本功能,以及环境监测和电器控制等附加功能的开发。同时还借助MATLAB实现了相机标定。在课题组其他成员的协助下,进一步实现了物品识别与管理、实验室智能管家VR建模,以及VR环境下的交互式展示与管理等。实验表明,本文所开发基于轻型智能小车的实验室智能管家系统工作稳定,特别是本论文负责的智能小车的室内定位和自动避障控制等关键技术达到预设要求,基本满足实验室智能管家系统的需求。该系统是一个开放式系统,随着更多软件和硬件模块的加入,其功能必将越来越完善,智能化程度越来越高。