家庭助老服务机器人研究与设计

发布时间：2020-06-26 15:09

【摘要】：目前随着我国老龄化程度的不断加深,使得人们对家庭助老服务机器人的刚性需求越来越明显。同时,我国也不断加大对助老助残服务机器人的科研支持与投入。进而使得对家庭助老服务机器人的研究越来越受到科研工作者的重视。助老服务机器人的相关技术也逐渐成为研究的热点,如人机交互方式、机器人路径规划、物品识别抓取、即时定位与建图等技术。本文主要研究了助老服务机器人的离线语音识别语音与路径规划两个方面的技术。在限定的生活场景下,老人可以通过语音命令控制机器人完成助老服务。本文深入研究了语音识别相关算法以及语言模型训练工具。针对使用官方语言模型无法有效识别由多个单词组成的短语的问题,首先根据使用需求设计制作了小词汇量语料库、训练了中文识别的语言模型,其次将关键字识别应用到部分短语解码过程中以降低误识率。在此研究基础上,设计并完成了一个基于Pocketsphinx的离线语音识别模块。将该语音识别系统发布至Android手机进行测试。在室内环境下,测试三位不同人员对语料库中的固定短语识别准确率,正识率保持在97%左右,可以满足使用需求。针对跳点搜索算法在路径规划过程存在冗余点多,累计转折角度大以及在路径点处无法调整机器人姿态的问题,提出了一种改进的算法。该算法通过检测原始路径中前后路径点间的连通性达到去冗余点、减小转折角的目的。实验过程中使用向量叉积和向量点积完成路径点处的方向识别和转角计算。在30X30规模的地图中测试改进后的算法性能,相对原始算法路径长度缩减了近30%,累计转折角度减少了将近50%,有效地提高了机器人的路径选择效率。本文提出的改进跳点搜索算法有效地缩短了路径的长度,减少了冗余路径点,使得机器人可以在路径点处自主调整位姿。通过研究和设计,完成了一款助老服务机器人的原型系统,同时将该改进算法应用到该系统中的路径规划中。该系统可以使用语音实现基本的指令控制,并完成室内导航的基本功能,达到了预期目标。
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

在家庭卫生清扫辅助方面，主要有美国的Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司的Ｍｉｎｔ系逡逑列保洁机器人以及机器人企业巨头ｉＲｏｂｏｔ推出的扫地机器人，如图１－２所示，该逡逑型服务机器人主要是协助用户打扫家庭卫生，用户可以设定一个固定打扫时间即逡逑２逡逑

知用户助力行走的姿态信息，需要配合诸多传感器完成信息的获取分析，行走控逡逑制决策的主要目的通过分析采集得到的信息计算和预测各个关节部分需要旋转逡逑的角度以动态地调整整个步态。如丰田研发的行走康复辅助机器人，如图１－３。逡逑该辅助服务机器人一方面可以帮助因下肢麻痹而无法自如行走的人练习走步，另逡逑一方面了可以在家庭中帮助老人完成捡拾掉在地面的物品的动作。该医疗服务机逡逑器人最大的特点是“可穿戴”，用户只需要将其穿戴在身上，然后配合用户的行逡逑走意图运动，辅助用户一定的“力量”，同时用户的练习的过程及训练结果都会实逡逑时在屏幕上显示出来。逡逑，逡逑图１－３行走康复辅助机器人逡逑在情感交互方面，考虑到老年人群体大多数是一个孤独、子女陪伴时间短暂逡逑的群体，情感陪护机器人主要通过人机交互的方式与老人聊天派遣寂寞感与孤独逡逑感。目前应用到机器人上的情感交互技术主要有语音交互技术、手势识别技术以逡逑及表情识别交互技术。语音交互技术发展较快，一些在语音识别技术基本可以满逡逑足日常用语的交互

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