智能机器人原理与应用 课件 第11章 家庭智能空间服务机器人系统.pptx

智能机器人原理与应用“智能检测技术与模式识别”研究所

11家庭智能空间服务机器人系统智能空间是一种新的人机交互协作的复杂系统，它通过普适传感器网络，把大量的多模态传感器和带有嵌入式处理器的计算、信息设备相互连接起来，从而将计算智能分布和嵌入到环境与日常工具中，以满足各种特定需要[7]。与服务机器人研究的最终目的一致，智能空间研究也是为了提高人的生活质量；从技术层面上看，将智能空间技术与服务机器人技术结合起来，可以实现两者优势的互补[8]：一方面，服务机器人只需与智能空间建立通信即可随时随地感知整个家庭环境，摆脱了必须集各种传感器于一身的束缚；另一方面，服务机器人的引入大大提高了智能空间感知与执行的主动性。可见，智能空间服务机器人的研究，是服务机器人技术与智能空间技术的完美结合，是不同于两者的各自独立发展，却可以同时进行的另一条道路，其研究也必将丰富机器人和智能空间领域的相关理论。

11.1家庭智能空间服务机器人系统介绍11.1.1家庭服务机器人1.家庭服务机器人研究尚不成熟当前的家庭服务机器人研究和应用远远没有达到我们的期望，这其中一部分原因是当前对服务机器人本身，包括智能、自主等方面的研究还不成熟：首先，机器人的智能程度较为低下，目前机器人的服务功能往往是通过使用者预先对机器人设置定时启动，或通过遥控等设备发出指令为绝对前提，机器人缺乏主动智能；其次，机器人感知和自主运动能力尚待提高，为机器人本体配备更多的感知设备，难以从根本上解决机器人全局范围内有效信息的感知问题，反而导致了成本和计算开销的增加。因此，机器人进入家庭作业仍受到很大的限制，其基本功能如定位、导航和物体识别等仍是最具有挑战性的课题。

11.1家庭智能空间服务机器人系统介绍11.1.1家庭服务机器人2.家庭服务任务的难度众所周知，家庭服务机器人面对的是整个家庭环境及其中的各种目标，不同于工业现场固定和可编程的环境，其复杂性具体表现为以下几个方面。(1)机器人工作环境为较为拥挤、混杂的家庭环境，且动态性较高；(2)家庭目标种类繁多特征各异，部分目标具有较强的移动性并在家庭环境进出；(3)家庭环境和目标相辅相承，融为一体，并无明确界限可分。由于上述因素的影响，造成了家庭环境及其中目标的多而混杂、异质性和动态性，在此情况下，传统的只适合在特定条件、特定场合下完成简单任务的工作模式和处理方法将不能满足家庭服务机器人任务的需要。

11.1家庭智能空间服务机器人系统介绍11.1.2智能空间1.智能空间的特点近年来，伴随计算机、信息和网络技术的飞速发展，出现了基于普适计算理论的智能空间技术，它是一种新的复杂系统，通过普适传感器网络，把大量的多模态传感器安装在室内的多个位置，并将其与带有嵌入式处理器的计算设备进行互连，从而将计算智能分布和嵌入到附有唯一识别标签的环境与日常目标中，以实现对环境及其中目标的随时、随地感知，满足各种特定任务的需要。可见，智能空间既可以提供对其所在环境的精确观测信息，同时又具备高效快速的信息处理能力。

11.1家庭智能空间服务机器人系统介绍11.1.2智能空间2.智能空间的应用前景智能空间技术旨在建立一个以人为中心的充满计算和通信能力的空间，让计算机参与到日常活动中，使用户能像与其他人一样与计算机系统发生交互，从而随时随地、透明地获得人性化的服务。从普适计算的角度来看，智能空间是普适计算理论研究的理想实验平台，同时作为一种集成化系统，智能空间也具有十分重要的应用价值，在智能交通、应急反应、机器人等领域显示出广泛的应用前景。

11.1家庭智能空间服务机器人系统介绍11.1.3家庭智能空间服务机器人系统构建背景1.家庭智能空间服务机器人系统的理念家庭智能空间服务机器人系统的建立主要是通过在室内环境布撒各种信息检测传感器、用于数据处理和信息服务的计算主机、人-机交互的触摸显示器界面、网络系统以及数据库等软硬件设施，从而将室内家庭环境改造为遍布观测和处理能力的信息空间，为服务机器人提供海量信息的环境信息，并通过无线传输方式与机器人交互，辅助机器人实现准确导航、精确定位等工作，进而完成抓取、运送、整理家具和物品等各种家庭服务任务。

11.1家庭智能空间服务机器人系统介绍11.1.3家庭智能空间服务机器人系统构建背景2.家庭智能空间服务机器人系统的系统构成图11.1给出了一种以摄像机为节点构建智能空间传感器网络的家庭智能空间服务机器人系统示意图。本章的研究同样是基于摄像机节点来构建智能空间传感器网络。摄像机1摄像机N智能空间摄像机网络智能空间主机ZigBeeZigBee操作目标服务对象摄像头图11.1家庭智能空间服务机器人系统构成

11.2机器人同步定位、传感器网络标定与环境建图众所周知，机器人定位、传感器网络标定与环境建图