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目前,尽管已有诸多学者对室内移动式服务机器人的各项技术进行了研究,但是如何实现这些技术,并将它们有机结合,融入到一个系统中去,也是室内移动式服务机器人的一个重要研究领域,具有较高的现实意义。本文以此为目的,对室内移动式服务机器人系统,特别是其中的体系结构、定位技术、避障技术和地图构建技术等几个关键技术进行了研究,给出了这些技术的具体实现方法,并通过实验对其有效性进行了验证。
本研究首先对机器人的体系结构进行研究。在对该技术的研究现状进行分析的基础上,以有效性、实时性和协调性为目的,提出一种新的混合式体系结构,用于指导服务机器人系统的实现,并对该结构的组成及各部分的功能关系进行详细介绍。其次,对服务机器人系统进行设计。具体包括机器人机构本体设计、控制系统设计、通信系统设计和运动控制系统设计等。其中在机器人运动控制部分,本文采用基于优先级的行为仲裁机制解决机器人的行为选择问题。再次,对服务机器人的定位技术、避障技术和室内环境下的地图构建技术进行研究。在定位技术上,采用基于里程计的相对式定位方法对机器人进行定位;在避障技术上,本文提出一种基于超声波传感器圆形阵列的避障方法;在地图构建技术上,本文提出一种基于超声波传感器的室内几何地图构建方法。本文以应用为目的,完整地描述了室内移动式服务机器人系统的实现过程,并在其中的某些关键技术上,提出一些创新性算法。实验表明,本文所设计的机器人系统有效地实现了机器人自主移动所需要的定位、避障和地图构建等功能,进而证明了所提出的混合式体系结构的合理性。