家庭服務(wù)機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)展與進步，服務(wù)機器人在社會中的使用越來越廣泛，家庭服務(wù)機器人作為服務(wù)機器人中的一種，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，機器人搜尋任務(wù)物品，并對其進行定位后，準確、快速的獲取任務(wù)物品，完成主人的要求。在本文中，重點分析了家庭服務(wù)機器人物品搜尋與定位技術(shù)。

家庭服務(wù)機器人；物品搜尋；定位；技術(shù)

前言

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

1 家庭環(huán)境下物品識別與定位的特點

與其他的環(huán)境相比，服務(wù)機器人在家庭環(huán)境下識別與定位物品時具備一定的特殊性。在一個家庭環(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，這無疑增添了服務(wù)機器人識別物品的難度。光照條件在家庭環(huán)境中的穩(wěn)定性比較差，尤其白天時段，室內(nèi)的光照情況隨著太陽角度的變化而變化，而且在特殊情況下，室內(nèi)的光線會變得非常暗，同時，在需要識別物品的周圍，可能會存在一些遮擋物，提升了識別背景的復(fù)雜化程度，進一步的增加了服務(wù)機器人物品識別與定位的難度[1]。此外，家庭環(huán)境并非是一個空曠的房間，而是包含比較多的房間，室內(nèi)各個物品的位置會隨著室內(nèi)人員需求而變動，此時，服務(wù)機器人在搜尋物品時，當(dāng)物品與服務(wù)機器人之間的距離比較大時，會影響物品識別及定位的準確性。

現(xiàn)階段，機器人實現(xiàn)物品識別功能時所采用的技術(shù)為機器視覺技術(shù)，鑒于家庭環(huán)境中物品識別與定位的特殊性，利用機器視覺技術(shù)來實現(xiàn)機器人的物品識別功能時，難度比較大，而且即使能夠?qū)崿F(xiàn)，物品識別的準確性、速度等都會受到一定的影響，影響服務(wù)機器人的使用體驗度。基于此，在研究服務(wù)機器人的物品識別與定位技術(shù)時，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)機器人的服務(wù)效果。

2 家庭服務(wù)機器人物品搜尋與定位技術(shù)

2.1 無線射頻識別技術(shù)

盡管無線射頻識別技術(shù)在應(yīng)用的過程中，系統(tǒng)會因具體的應(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，無線射頻識別系統(tǒng)中的組成部分包含三個部分：①應(yīng)答器，也被稱之為電子標(biāo)簽，主要的功能是對識別和發(fā)送的信息進行存儲；②讀寫器，主要的功能是對標(biāo)簽信息讀取和寫入，由上位機對其運行進行控制，與應(yīng)答器通訊時，通過天線來實現(xiàn)；③天線，主要的功能是實現(xiàn)電磁波與電流信號之間的轉(zhuǎn)換。

在家庭環(huán)境中，利用無線射頻識別技術(shù)來實現(xiàn)識別物品時，具備以下幾個方面的優(yōu)勢：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，服務(wù)機器人在識別物品時，無論物品的形態(tài)、顏色為何，只需要識別其貼放的電子標(biāo)簽ID之后即可準確的定位，提升了物品識別的簡便程度[2]；②在天線識別范圍內(nèi)，服務(wù)機器人識別電子標(biāo)簽時，準確率非常高，而且識別速度會顯著提升；③電子標(biāo)簽所具備的存儲空間比較大，因此，家庭中多種多樣的物品的電子標(biāo)簽信息都可以實現(xiàn)有效的存儲，便于服務(wù)機器人順利的開展物品搜尋工作，同時，電子標(biāo)簽中存儲的信息支持更新[3]；④穿透性是無線射頻識別技術(shù)的一個特點，服務(wù)機器人在搜尋與定位物品時，通過此項技術(shù)的應(yīng)用，可以穿透障礙物，完成識別；⑤光線并不會影響無線射頻識別系統(tǒng)，提升了服務(wù)機器人識別的可靠性。

完成物品的識別之后，還需要進行物品定位。在無線射頻識別技術(shù)中，物品定位的方式有兩種：①有源定位；②無源定位，家庭環(huán)境中，服務(wù)機器人利用無線射頻識別技術(shù)對物品進行定位時，更適合于采用無源定位，主要原因是無源標(biāo)簽具備比較簡單的結(jié)構(gòu)，貼放時比較方便，而且成本比較低，定位精度高，可促使服務(wù)機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)，提升物品識別的效率及準確性。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，必須要采取相應(yīng)的及時來提升自主定位的準確性。紅外定位技術(shù)中，以紅外射線技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)實時定位紅外發(fā)射接收器。在紅外定位設(shè)備中，組成部分包含兩個：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)射器的周圍；②被動式紅外標(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)在進行定位時，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，可選擇為室內(nèi)天花板，并在服務(wù)機器人頂端放置紅外反射接收器，標(biāo)簽被讀頭檢測到之后，通過串口，將檢測到的坐標(biāo)信息發(fā)送到服務(wù)機器人的接收器中，從而將服務(wù)機器人的朝向、位置信息等確定，完成物品定位[4]。除了單一的標(biāo)簽識別功能之外，紅外定位設(shè)備還具備另一項重要的功能——地圖構(gòu)建功能，此種功能以相鄰標(biāo)簽位置關(guān)系的計算結(jié)果為基礎(chǔ)，在與兩個標(biāo)簽間間隔距離2m內(nèi)的位置處放置紅外發(fā)射接收器，兩個標(biāo)簽被讀頭檢測到之后，其相對位置即可被計算出來。通過紅外定位系統(tǒng)的這兩項功能，可以促使服務(wù)機器人有效的實現(xiàn)物品定位。

3 結(jié)論

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

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

[2]李國棟，田國會，薛英花.基于QRCode技術(shù)的家庭服務(wù)機器人視覺伺服抓取操作研究[J].東南大學(xué)學(xué)報（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)機器人物品搜尋中的應(yīng)用[J].計算機與數(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.

TP242.6

A

1004-7344（2016）13-0221-01

2016-4-15