家庭服務(wù)機(jī)器人物品搜尋與定位技術(shù)分析

霍偉明

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 528311）

家庭服務(wù)機(jī)器人物品搜尋與定位技術(shù)分析

霍偉明

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 528311）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，服務(wù)機(jī)器人在社會(huì)中的使用越來(lái)越廣泛，家庭服務(wù)機(jī)器人作為服務(wù)機(jī)器人中的一種，為人們的日常生活提供了很大的便利，可幫助人們有效的實(shí)現(xiàn)家庭物品管理。在家庭環(huán)境下，依照主人的物品需求，機(jī)器人搜尋任務(wù)物品，并對(duì)其進(jìn)行定位后，準(zhǔn)確、快速的獲取任務(wù)物品，完成主人的要求。在本文中，重點(diǎn)分析了家庭服務(wù)機(jī)器人物品搜尋與定位技術(shù)。

家庭服務(wù)機(jī)器人；物品搜尋；定位；技術(shù)

前言

在家庭服務(wù)機(jī)器人中，綜合了多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)，其誕生及應(yīng)用在某個(gè)方面很好的體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)及IT技術(shù)在發(fā)展中的突破。家庭服務(wù)機(jī)器人逐漸的普及到各個(gè)家庭中后，將會(huì)在很大程度便利人們的生活。家庭環(huán)境中，服務(wù)機(jī)器人的主要任務(wù)為搜尋物品、定位物品、運(yùn)動(dòng)至物品處、獲得物品，而這一過(guò)程中的實(shí)現(xiàn)需要相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)的支持。

1 家庭環(huán)境下物品識(shí)別與定位的特點(diǎn)

與其他的環(huán)境相比，服務(wù)機(jī)器人在家庭環(huán)境下識(shí)別與定位物品時(shí)具備一定的特殊性。在一個(gè)家庭環(huán)境內(nèi)部，包含的物品比較多，而且每種物品在外形、顏色等方面都存在比較大的差異，這無(wú)疑增添了服務(wù)機(jī)器人識(shí)別物品的難度。光照條件在家庭環(huán)境中的穩(wěn)定性比較差，尤其白天時(shí)段，室內(nèi)的光照情況隨著太陽(yáng)角度的變化而變化，而且在特殊情況下，室內(nèi)的光線會(huì)變得非常暗，同時(shí)，在需要識(shí)別物品的周?chē)?，可能?huì)存在一些遮擋物，提升了識(shí)別背景的復(fù)雜化程度，進(jìn)一步的增加了服務(wù)機(jī)器人物品識(shí)別與定位的難度[1]。此外，家庭環(huán)境并非是一個(gè)空曠的房間，而是包含比較多的房間，室內(nèi)各個(gè)物品的位置會(huì)隨著室內(nèi)人員需求而變動(dòng)，此時(shí)，服務(wù)機(jī)器人在搜尋物品時(shí)，當(dāng)物品與服務(wù)機(jī)器人之間的距離比較大時(shí)，會(huì)影響物品識(shí)別及定位的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)階段，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)物品識(shí)別功能時(shí)所采用的技術(shù)為機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，鑒于家庭環(huán)境中物品識(shí)別與定位的特殊性，利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的物品識(shí)別功能時(shí)，難度比較大，而且即使能夠?qū)崿F(xiàn)，物品識(shí)別的準(zhǔn)確性、速度等都會(huì)受到一定的影響，影響服務(wù)機(jī)器人的使用體驗(yàn)度?；诖耍谘芯糠?wù)機(jī)器人的物品識(shí)別與定位技術(shù)時(shí)，必須要充分的考慮家庭環(huán)境的特殊性，以便于提高服務(wù)機(jī)器人的服務(wù)效果。

2 家庭服務(wù)機(jī)器人物品搜尋與定位技術(shù)

2.1 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

盡管無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)因具體的應(yīng)用目的和環(huán)境有所不同，但在工作原理方面是相同的，由此看來(lái)，無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)中的組成部分包含三個(gè)部分：①應(yīng)答器，也被稱之為電子標(biāo)簽，主要的功能是對(duì)識(shí)別和發(fā)送的信息進(jìn)行存儲(chǔ)；②讀寫(xiě)器，主要的功能是對(duì)標(biāo)簽信息讀取和寫(xiě)入，由上位機(jī)對(duì)其運(yùn)行進(jìn)行控制，與應(yīng)答器通訊時(shí)，通過(guò)天線來(lái)實(shí)現(xiàn)；③天線，主要的功能是實(shí)現(xiàn)電磁波與電流信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。

在家庭環(huán)境中，利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別物品時(shí)，具備以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：①在物品表面，粘貼電子標(biāo)簽后，電子標(biāo)簽ID固定，由此一來(lái)，服務(wù)機(jī)器人在識(shí)別物品時(shí)，無(wú)論物品的形態(tài)、顏色為何，只需要識(shí)別其貼放的電子標(biāo)簽ID之后即可準(zhǔn)確的定位，提升了物品識(shí)別的簡(jiǎn)便程度[2]；②在天線識(shí)別范圍內(nèi)，服務(wù)機(jī)器人識(shí)別電子標(biāo)簽時(shí)，準(zhǔn)確率非常高，而且識(shí)別速度會(huì)顯著提升；③電子標(biāo)簽所具備的存儲(chǔ)空間比較大，因此，家庭中多種多樣的物品的電子標(biāo)簽信息都可以實(shí)現(xiàn)有效的存儲(chǔ)，便于服務(wù)機(jī)器人順利的開(kāi)展物品搜尋工作，同時(shí)，電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的信息支持更新[3]；④穿透性是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的一個(gè)特點(diǎn)，服務(wù)機(jī)器人在搜尋與定位物品時(shí)，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，可以穿透障礙物，完成識(shí)別；⑤光線并不會(huì)影響無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)，提升了服務(wù)機(jī)器人識(shí)別的可靠性。

完成物品的識(shí)別之后，還需要進(jìn)行物品定位。在無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)中，物品定位的方式有兩種：①有源定位；②無(wú)源定位，家庭環(huán)境中，服務(wù)機(jī)器人利用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)物品進(jìn)行定位時(shí)，更適合于采用無(wú)源定位，主要原因是無(wú)源標(biāo)簽具備比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，貼放時(shí)比較方便，而且成本比較低，定位精度高，可促使服務(wù)機(jī)器人有效地完成物品搜尋與定位工作。

2.2 紅外定位技術(shù)

家庭環(huán)境中，服務(wù)機(jī)器人必須要具備自主定位及導(dǎo)航的能力，從而順利的完成各種物品搜尋與定位任務(wù)，提升物品識(shí)別的效率及準(zhǔn)確性。自主定位是導(dǎo)航的基礎(chǔ)，因此，在保障導(dǎo)航的正確性時(shí)，必須要采取相應(yīng)的及時(shí)來(lái)提升自主定位的準(zhǔn)確性。紅外定位技術(shù)中，以紅外射線技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位紅外發(fā)射接收器。在紅外定位設(shè)備中，組成部分包含兩個(gè)：①紅外射線發(fā)射接收器，結(jié)構(gòu)包含紅外發(fā)射器和紅外接收器，紅外接收器圍在紅外發(fā)射器的周?chē)虎诒粍?dòng)式紅外標(biāo)簽，紅外射線貼在標(biāo)簽上，而紅外射線是由特殊的材料制成，發(fā)射裝備為發(fā)射器讀頭。

紅外定位系統(tǒng)在進(jìn)行定位時(shí)，標(biāo)簽水平面應(yīng)該與讀頭水平面一致，基于此，在貼放標(biāo)簽時(shí)，可選擇為室內(nèi)天花板，并在服務(wù)機(jī)器人頂端放置紅外反射接收器，標(biāo)簽被讀頭檢測(cè)到之后，通過(guò)串口，將檢測(cè)到的坐標(biāo)信息發(fā)送到服務(wù)機(jī)器人的接收器中，從而將服務(wù)機(jī)器人的朝向、位置信息等確定，完成物品定位[4]。除了單一的標(biāo)簽識(shí)別功能之外，紅外定位設(shè)備還具備另一項(xiàng)重要的功能——地圖構(gòu)建功能，此種功能以相鄰標(biāo)簽位置關(guān)系的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，在與兩個(gè)標(biāo)簽間間隔距離2m內(nèi)的位置處放置紅外發(fā)射接收器，兩個(gè)標(biāo)簽被讀頭檢測(cè)到之后，其相對(duì)位置即可被計(jì)算出來(lái)。通過(guò)紅外定位系統(tǒng)的這兩項(xiàng)功能，可以促使服務(wù)機(jī)器人有效的實(shí)現(xiàn)物品定位。

3 結(jié)論

服務(wù)機(jī)器人在家庭環(huán)境中的物品搜尋與定位工作存在一定的特殊性，物品識(shí)別與定位的難度比較大，傳統(tǒng)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)無(wú)法有效的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)及紅外定位技術(shù)的應(yīng)用，可有效地提升服務(wù)機(jī)器人物品搜尋與定位的效率、準(zhǔn)確性，促使服務(wù)機(jī)器人順利的完成物品識(shí)別任務(wù)，實(shí)現(xiàn)物品科學(xué)管理。

[1]吳皓，田國(guó)會(huì)，陳西博，等.基于機(jī)器人服務(wù)任務(wù)導(dǎo)向的室內(nèi)未知環(huán)境地圖構(gòu)建[J].機(jī)器人，2010（02）：196～203.

[2]李國(guó)棟，田國(guó)會(huì)，薛英花.基于QRCode技術(shù)的家庭服務(wù)機(jī)器人視覺(jué)伺服抓取操作研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（S1）：30～36.

[3]李攀.PID控制算法在家用智能服務(wù)機(jī)器人物品搜尋中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2015（07）：1365～1368.

[4]陳楠，胡穎，張俊，等.基于Kinect的服務(wù)機(jī)器人任務(wù)操控學(xué)習(xí)方法的研究[J].集成技術(shù)，2013（02）：1～7.

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2016-4-15