家庭服务机器人自主巡迹监视与智能交互物联技术研究

摘要

随着机器人产业的变革与发展，服务机器人开始成为全球各国之间竞争的重要领域。与此同时，人们对智能化家居生活的需求也越来越大。因此，服务机器人与智能家居的全方位、深层次的结合，不仅能使人们的家居生活更加安全、简单、便捷，也为今后服务机器人与智能家居的发展提供了一个全新的方向。但目前服务机器人仍然存在着功能单一、互动性差、人性化弱等缺点，这严重制约着服务机器人在家居环境中的应用和推广。
　　本文首先对国内外服务机器人发展背景、前沿技术进行了详细的调查，分析出了现有服务机器人在家庭环境中普及应用的不足和需求，给出了一种面向家庭服务的机器人综合服务系统的解决方案。围绕解决方案，本文具体展开了以下几方面的工作:
　　(1)对家庭机器人综合服务系统开展了多方面的需求分析，并且从功能目标、技术要求等多角度设定预期，给出了系统原理与基本组成。
　　(2)针对传统智能巡逻人工势场法的障碍物前振荡、局部最小值、目标不可达等缺陷，本文提出了障碍物处理、设置中间目标点、取直线等一系列的修改方法，从而获得了一种改进的新算法，通过仿真实验验证了该算法具有适应性强、路径短等优点。
　　(3)对系统的语音交互功能进行设计，针对语音交互的核心—语音云平台和对话数据库进行了优化分析、合理选型及有机集成，可满足人机交互、控制的服务需求，提高了系统的性价比和开发效率。
　　(4)以现有智能家居为基础，通过融入机器人语音交互服务，实现了家电设备的协作控制及其他家庭应用服务功能拓展。
　　(5)针对系统的智能巡逻监视、语音交互以及家电物联控制三大模块，以NAO机器人和270-S为基础进行了功能实现，设计了家庭巡逻监控、语音交互案例、家电模拟控制实验，并进行了集成性测试，验证了方案的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 自主路径规划方面

1．2．2 语音识别交互方面

1．2．3 智能家居方面

1．3 论文主要研究内容及体系

第二章 家庭机器人综合服务系统

2．1 需求分析

2．2 功能目标

2．3 技术要求

2．4 系统架构

2．5 本章小结

第三章 路径规划算法的设计与研究

3．1 传统人工势场法

3．2 算法修改方案

3．2．1 障碍物的处理

3．2．2 设置中间目标点

3．2．3 路径优化

3．3 仿真和结果

3．3．1 仿真实验初始设定

3．3．2 仿真结果及分析

3．4 本章小结

4．1 顶层设计

4．2 语音交互模块实现

4．2．1 MSP简介

4．2．2 语音识别原理及实现流程

4．2．3 语音对答实现流程

4．2．4 语音合成实现流程

4．3 本章小结

5．1 顶层设计

5．1．1 语音控制家电方式工作流程设计

5．1．2 家电自主控制方式工作流程设计

5．2 家电物联控制模块实现

5．2．1 无线传感网络设计

5．2．2 网关硬件设计

5．2．3 主控平台设计

5．2．4 数据采集与信号转换设计

5．2．5 控制指令的学习

5．3 本章小结

6．1 平台选型

6．1．1 平台机器人选型

6．1．2 主控平台选型

6．2 平台功能实现

6．2．1 语音交互功能实现

6．2．2 家电物联控制功能实现

6．2．3 智能巡逻监视功能实现

6．3 功能测试

6．3．1 语音交互功能应用测试

6．3．2 家电物联控制应用测试

6．3．3 智能巡逻监视功能测试

6．4 本章小结

7．1 论文总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文专利和参与的工程项目