服务机器人室内环境层次化地图构建方法研究
[Abstract]:A service robot perceiving and understanding the indoor environment is one of the basic and long-term goals in the field of artificial intelligence. Because the service robot can only realize the natural interaction between the man and the robot only by understanding the environment of the human being, in general, the communication between human and robot is mostly the task of the human being to the machine man, and then the task of the robot. The task proposed by human language is a semantic relation that implies a lot of complex information. The hidden information includes the physical location information, the description information of the object and the relationship between the objects, etc. the information corresponds to the metric map, the feature map and the semantic map. The single map is difficult to satisfy the robot. Therefore, it is of great significance to build a comprehensive indoor map for the theoretical research and practical application of service robots. However, different types of maps can not be simply merged. The hierarchical map is an effective method for merging maps. This combination is realized by a cascade of maps, so it is constructed. Building a hierarchical map is the key point of this paper. In order to realize hierarchical map building of service robots, this paper studies the construction techniques of metric maps, feature maps and semantic maps. The measurement map is the basis of hierarchical map, while position and posture estimation is the basis of measuring map building. This paper proposes a scale weighting. PMWN (Polar Metric-Weighted Norm) realizes the matching of 2D scanning data and solves the influence of the rotation and translation of the service robot in the matching process, thus reducing the number of iterations to improve the efficiency. The rotation of the service robot is calculated by the residual estimation of the PMWN, and the translation of the service robot is calculated through the geometric meaning of the PMWN. Finally, using the position and posture obtained by the KF (Kalman Filter) fusion odometer and the position and posture obtained by the PMWN, the feature map is the middle layer of the hierarchical map. This paper proposes a method to divide the 2D scan data provided by the metric map layer based on the hypothesis testing, and extract the corner, line segment and arc on the basis of the data partition. We use the method of hypothesis testing to match these features, and use the weight based feature fusion method to fuse the features. In order to improve the effect of the measurement map construction, these features are used to realize closed loop detection. Finally, feature maps are formed by feature extraction, matching and fusion. The semantic map is the top layer of the hierarchical map. A semantic region is used to represent semantic maps. The semantic region is composed of semantic identities. The semantic identification contains the local contour information of the indoor environment. The semantic identification is collected by matching the contour information. The particle filter is used to update the semantic identification weight, and then the current region of the service robot is estimated by the Viterbi algorithm. The semantic regional navigation algorithm based on Bayesian network is used to guide the service robot to the specified area. The hierarchical map is composed of the metric map, the feature map and the semantic map. The hierarchical map is used to encapsulate the service robot task through the cascade of maps to realize the service robot task of the natural language description. If the indoor environment is in the indoor environment There is a small change in it, so the relationship between different levels can be changed flexibly to adapt to the unchanging task on the hierarchical map. First, this paper validates the measurement map, the feature map and the semantic map respectively, and then verifies the hierarchical map through the comprehensive experiment. The experimental methods of each map are different, The metric map is based on PMWN attitude estimation. By comparing with PSM and Mb-ICP, the accuracy, efficiency and close loop accuracy of the algorithm are verified. The feature maps are composed of features. The stability and accuracy of the features depend on the experiment of complex environment feature extraction and the feature extraction experiments of large-scale environment. Semantic map uses semantics. Regional implementation, through long-term experiment and robot kidnapping experiment, verifies the ability of the robot to perform long term task in the semantic area. Finally, the hierarchical map verifies the flexibility of the hierarchical map through the environment change but the task invariable experiment. Service robots perform the stability of tasks in hierarchical maps.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP242
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,本文编号:2146992
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