基于人機信息交互的室內服務機器人導航研究

（長春工業大學人文信息學院自動化系，長春 130122）

隨著人工智能技術的全方面發展，服務型機器人不再是設想，已經進入了概念型號階段，為降低服務行業人工成本提供了一條新的途徑[1]。服務機器人具有初級的智慧，可以依照人機交互的指令，實現半自主工作，為人類提供設定好的服務內容。但是在當前階段，受環境復雜性、導航精度等技術原因制約，室內服務機器人的導航問題尚沒有完善的解決方案，是業界努力攻破的難題之一[2]。為此，提出一種以人機信息交互為技術路徑的導航方法研究。

1 基于人機信息交互的機器人導航方法

導航方法以視覺成像為信息輸入，通過預先設定的圖像信息特征，完成指令的輸入。路徑規劃算法根據這些特征，完成位置定位，并規劃好到達目的地的最優路徑。為提高導航的實用性能，還增加了機器人位置的實時校正，保證位置信息的可靠性。

1.1 視覺成像定位方法

為提供對視覺圖像處理的支持，軟件設計采用單目視覺的機器人定位法，從立體視覺的視角出發，優點是能獲取周圍環境的深度信息，能夠準確定位，全方位的視覺感知不需要控制攝像頭的轉動。具有簡單易用和降低算法難度等特點。與超聲波測距機等距離信息傳感器相結合，實現場景內立體視覺定位，構建具有三維向量環境特征信息的環境模型。考慮到室內照明條件的不均一性，需要為視覺成像定位設備提供補光照明設備，擺脫復雜環境條件下對室內照度條件的嚴苛要求。

1.2 最優移動路徑規劃

在構建了環境模型并定位到自身位置的情況下，可以根據可移動路線，在當前位置和目標位置間通過算法計算位移量，選擇出最優移動路徑。最優路徑規劃算法的核心是“直線移動，規避障礙”。這里的障礙是廣義的概念，既包括制約機器人通過的障礙物體，也包括人為設定的禁止進入區域。移動路徑規劃的流程是：定位—目標位置—障礙判定—障礙物類型分析—規避方式選擇—制定移動路線—執行。定位是通過上文所述視覺特征值定位；目標位置是人機信息交互設定的位置；障礙判定是通過視覺三維成像，獲取障礙物的物理信息；障礙物類型分析是關鍵的一步，根據獲取到的障礙物信息，判定規避方式，選擇繞過或跨過方式；根據選定的規避方式，計算機器人自身的動作指令集；執行指令，完成動作。

1.3 機器人位置校正

由于視覺定位和超聲波測距的精度與匹配性問題，為機器人定位導航帶來了誤差，為消除誤差，保證精度，采用人機信息交互的位置校正方法。機器人位置校正采取周期檢測的方式進行。在校正模式下，機器人導航設備根據采集到的信息，給出當前自身位置、目標位置和擬移動路線，以平面圖像的形式展示給校正人員，校正人員根據標定過的位置測定儀器獲取機器人當前位置，與機器人的輸出值進行比較，發現差異并校正，由此實現本文研究。

2 實驗驗證

為驗證機器人導航方法的有效性，采用實驗的方式予以驗證。實驗對象由移動機器人和人機交互平臺組成，實驗場地在實驗房間進行，人為的布置了模擬室內設施的障礙。布局圖如圖1（a）所示。機器人由所在位置出發，在人機信息交互的幫助下，選擇路線規避障礙物，移動到圖中A點位置。

圖1（a）實驗場地與障礙物布局圖

圖1（b）機器人導航移動路線圖

實驗一共進行了10次，每次人為的將機器人初始位置加以改動。機器人通過實驗人員提供的位置圖像特征信息，均能夠準確的繞開障礙物，到達A點。導航路線示意如圖1（b）所示。實驗結果證明機器人在人機信息交互下通過導航成功地避開了障礙物，到達指定位置，導航方法具有有效性。

3 結束語

導航是實現機器人功能的第一步，準確、安全、高效的導航能夠為機器人提供智能化的移動能力，只有機器人可以自由移動，才能夠為人類提供各種各樣的服務，這是服務機器人的趨勢與方向。希望通過本文的設計，為機器人智能化提供一條切實可行的技術路徑。