面向社区的智能安保服务机器人系统的设计与实现

摘要

现如今入室盗窃案件显现出了逐步递增的趋势，据相关机构的调查，一半的盗窃案件发生在安保力量薄弱的住宅小区，部分地区甚至达到了八成。尽管这些地区装设了监控、报警系统，但仍存在漏检、漏报等情况，诸多监控死角以及越来越高明的盗窃手段也使得以往以人员防范为主的安保方式越来越无法满足社区的日常需求，因此利用智能机器人执行安保任务变得很有必要，也将是最终的发展趋势。本文针对上述环境，设计了一种社区智能安保服务机器人系统。
　　智能安保服务机器人系统主要由智能安保服务机器人、磁钉导航线路、WIFI无线视频传输和监控中心组成。为了更好地实现机器人系统的安保职能与智能性，本文首先展开了智能安保服务机器人系统的整体方案设计，该机器人底盘采用差速驱动的轮式结构；顶端配备一个二自由度的视觉云台；壳体由3D打印而成；腰部装配有若干超声波、红外传感器，底部配有磁场检测电路；内部还设计了无刷电机驱动电路、机器人控制板以及raspberry硬件开源平台。
　　如何设计一种全天候的精确自主导航方式，对于提高机器人的巡视效率和安保质量至关重要。鉴于社区居住环境比较紧密且有美观要求，因此本文采用了基于磁钉的自主导航技术，利用磁钉进行导引，其灵活性较好，易于改变和扩充路径。
　　为了实现安保服务机器人与安保人员、监控人员之间的实时通讯，本文设计了一种基于socket编程以WIFI信号为载体的无线视频传输方式。
　　为了提高安保服务机器人系统的智能化水平，视觉系统的应用是其关键所在。文中首先在 YIQ颜色空间中建立人脸模型，并将聚类的思想应用于人脸模型中，采用肤色和人脸轮廓特性筛选出由 Adaboost算法在起始帧中检测出的人脸区域，将筛选后的区域匹配均值漂移向量进行跟踪，并自适应调整搜索窗口。然后往复运行上述检测与跟踪算法，来实现对社区环境中陌生人及可疑人员的人脸进行检测与跟踪。
　　最后，文中对智能安保服务机器人系统在磁钉导航、无线视频传输以及多人脸自适应检测与跟踪进行了实验验证。实验结果表明，智能安保服务机器人能够在不同的轨迹线路中实现自主导航，能够在室外实现无线视频传输，并能在不同的环境下实现多人脸的动态检测与跟踪，在各个方面均表现出良好的性能。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题的研究背景与意义

1.3 安保服务机器人的研究现状与应用

1.4 机器人自主导航的研究现状与应用

1.5 服务机器人视觉系统的研究现状与应用

1.6 课题的主要研究内容

1.7 本章小结

第2章 智能安保服务机器人系统的整体方案设计与制作

2.1 引言

2.2 安保服务机器人三维结构设计与制作

2.3 安保服务机器人驱动控制系统

2.4 监控控制终端软件界面设计

2.5 无线视频传输

2.6 本章小结

第3章 智能安保服务机器人自主导航系统的设计与开发

3.1 引言

3.2 自主导航系统结构

3.3 磁钉的选取与排布

3.4 磁场检测系统电路方案

3.5 磁钉横向偏差计算

3.6 安保服务机器人磁钉导航

3.7 本章小结

第4章 智能安保服务机器人的多人脸动态检测与跟踪

4.1 引言

4.2 人脸检测

4.3 人脸筛选

4.4 人脸跟踪

4.5视频图像序列中的多人脸动态检测与跟踪实验

4.6 本章小结

第5章 智能安保服务机器人系统测试

5.1 引言

5.2 无线视频传输实验

5.3 自主导航实验

5.4 多人脸动态检测与跟踪实验

5.5 障碍物检测实验

5.6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士论文期间所取得的科研成果

致谢