基于視覺—語音交互式室內(nèi)層次地圖構(gòu)建與導(dǎo)航系統(tǒng).pdf

1、本文在搭載有Kinect視覺傳感器和SICK LMS100激光傳感器的Pioneer-3AT機器人硬件平臺上，在開源操作系統(tǒng)ROS框架內(nèi)，搭建了一個完整的基于骨架追蹤和語音標注的交互式柵格-拓撲-語義層次地圖構(gòu)建和導(dǎo)航系統(tǒng)。
　　整個系統(tǒng)包括交互模塊，控制模塊，制圖模塊和導(dǎo)航模塊四個主要部分。交互模塊中:本系統(tǒng)使用了基于Kinect骨架追蹤和基于科大訊飛云服務(wù)的視覺-語音交互于段。機器人通過Skeleton Tracking算法獲

2、取用戶的骨架位置信息，通過手機端的語音識別APP記錄對于人類來說有特殊意義的地點的語義名稱?？刂颇K中:機器人將視覺交互模塊獲得的骨架位置信息按照一定的函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)化成機器人的角速度和線速度從而跟隨用戶移動。制圖模塊中:在跟隨用戶移動過程中機器人自下而上的建立了柵格-拓撲-語義三層地圖。機器人通過Gmapping算法使用里程計和激光數(shù)據(jù)實時構(gòu)建出周圍環(huán)境柵格地圖。將特殊地點語義名稱結(jié)合柵格地圖的坐標位置值定義為拓撲節(jié)點，使用增量算法構(gòu)建出

3、拓撲地圖。最后抽取出每個拓撲節(jié)點的語義名稱，建立語義地圖。底層?xùn)鸥竦貓D用于機器人理解環(huán)境，上層語義地圖用于人類理解環(huán)境，中間的拓撲層通過在語義名稱和坐標值之間建立對應(yīng)關(guān)系，成為上層地圖和底層地圖之間聯(lián)系的橋梁。導(dǎo)航模塊中:用戶通過手機端APP向機器人發(fā)送目的地語音名稱，機器人收到語音信號后，首先在語義層地圖找到相應(yīng)的語義節(jié)點，然后在拓撲層找到對應(yīng)語義節(jié)點的坐標值，最后將柵格地圖轉(zhuǎn)化成耗散地圖，使用Adaptive Particle Fi

4、lter算法完成全局定位，A*搜索算法完成路徑規(guī)劃，最終到達目的地。
　　交互式制圖因為加入了人類智力不僅可以提高機器人的制圖效率，而且可以在地圖中加入人類語義信息。柵格-拓撲-語義層次地圖可以在人類認知環(huán)境方式-語義概念和機器人認知環(huán)境方式-傳感器數(shù)據(jù)之間建立橋梁，有效減少人機之間的認知鴻溝。此外，整個系統(tǒng)在ROS框架內(nèi)實現(xiàn)，嚴格按照功能不同對程序進行了模塊化，使本系統(tǒng)具有良好的可擴展性和可移植性。并在不同的真實環(huán)境下做了大量的