基于视觉的家庭服务机器人运动控制系统研究

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随着社会的不断进步,人口老龄化以及独生子女居多的现象越来越严重,导致对许多“空巢”老人的照顾缺失,迫切需要一个为老年人提供日常基础服务的解决方案。随着科学技术的进步,机器人产业的高速发展,加上国家对家庭服务机器人政策上的支持,研究适合走进家庭的服务机器人成为必然趋势。本课题依托山东省科技攻关计划“基于机器人的智能家居远程医疗保健监护平台研究”,对家庭服务机器人的运动控制系统进行了研究。为了使机器人变得更加智能,利用各种传感器来获取未知的环境信息、对机器人进行定位以及对指定目标物体进行识别,从而完成相应的服务。本文就家庭服务机器人所涉及到的运动控制方面展开研究,主要包括以下内容:(1)搭建家庭服务机器人的系统,其主要由两轮差动驱动的移动平台、六自由度模块化串联操作机械臂、感知子系统、控制子系统几大组成部分,并对每个部分进行了详细地介绍。(2)运动学分析是机器人运动控制的理论依据,针对服务机器人的结构,分别建立了两轮差动驱动的移动平台的运动学模型、里程计模型,对六自由度的模块化串联机械臂进行了正、逆运动学分析并利用MATLAB软件对其仿真验证。(3)详细介绍了一种利用激光测距仪对未知环境进行感知的基于直线特征的环境地图创建方法,通过将扫描数据点进行直线分割、合并、拟合、匹配,完成二维环境地图的构建。分析了里程计定位方法与激光定位方法的特点,将两种方法组合,并用一种误差比重关系推出更加精确的移动机器人的位姿表达式,以实现对机器人更加精确的定位。(4)详细介绍了应用在家庭服务机器人识别特定目标物体方面的SIFT算法,该算法通过完成待测物体图像与预存图像之间相似点的匹配,以完成目标识别任务。在不同情况下进行了多组图像匹配实验,结果验证了SIFT图像匹配算法是有效的,并进行了机器人的运动控制实验,机器人能够将特定物体识别出来,从而进行相应的抓取操作。
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