家庭智能空间服务机器人全息环境地图相关理论与技术研究

环境地图研究是移动机器人领域的基础性课题，融合家庭目标并动态更新的家庭环境地图是家庭服务机器人环境认知、路径规划，并最终提供高效、智能服务的先决条件。本申请项目集成智能空间全局感知和机器人主动建图优势，提出了家庭智能空间服务机器人全息环境地图的概念，并对全息环境地图的相关理论和关键技术问题展开研究。首先，通过对家庭环境特点及现有环境地图表示方式的分析，寻求适于更新的、可全面描述家庭环境及其目标分布的地图表示方式；然后，探索智能空间传感器网络辅助下的机器人全息环境地图构建方法；最后，研究家庭复杂动态背景下的智能空间传感器网络多目标实时鲁棒跟踪算法，并据此设计全息环境地图的更新方法。本申请项目的研究作为提高机器人环境理解，实现高效智能服务的有效途径，其研究成果对家庭服务机器人理论成熟及应用推广具有促进作用。

本项目集成智能空间全局感知和机器人主动建图优势，提出了家庭智能空间服务机器人全息环境地图的概念，并对全息环境地图的相关理论和关键技术问题展开研究。获得的主要成果包括：设计了服务机器人新型双目视觉系统并研究了其双目结构参数标定；提出了双目主动视觉监测平台下基于SIFT特征的目标识别算法；构建了目标过完备特征集模型并据此研究了服务机器人目标同时识别与位姿判定方法；提出了基于傅里叶-隐马尔科夫模型的人体行为识别算法；提出了基于免疫无监督分类的老年人行为分析方法；提出了基于位置和运动轨迹的老年人异常行为检测算法；提出了基于欧式距离变换的人体2D关节点标定方法；设计了一种新的约束多目标优化方法；提出了智能空间辅助家庭服务机器人的定位方法；提出了同时传感器网络标定与机器人定位问题及其滤波实现算法；提出了基于MPF的分布式移动机器人与无线传感器节点同时定位算法；设计了面向对象的家庭全息地图表示、构建与存储方法；提出了一种服务机器人家庭全息地图构建方法研究；提出了一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法；提出了家庭智能空间服务机器人系统同时定位、标定与建图问题及其滤波实现算法；提出了一种基于特征约束和均值漂移的机动目标粒子跟踪；提出了一种基于无线传感器网络的分布式目标跟踪算法；设计了动态家庭环境智能空间服务机器人全息建图方法，给出了基于目标跟踪定位与位姿判定的地图更新方法；设计了基于全息地图的机器人与操作手同步路径规划。本项目解决了家庭服务机器人实用化过程中的若干关键技术问题，有效提高了机器人理解环境、提供高效智能服务的能力。