医院服务机器人室内导航算法与自主充电系统研究

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1、硕士学位论文医院服务机器人室内导航算法与自主充电系统研究RESEARCHONINDOORNAVIGATIONALGORITHMANDAUTONOMOUSCHARGINGSYSTEMOFSERVICEROBOTINHOSPITAL罗振华哈尔滨工业大学2015年12月国内图书分类号：TP242.6学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文医院服务机器人室内导航算法与自主充电系统研究硕士研究生：罗振华导师：陈明助理教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2

2、015年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.6U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONINDOORNAVIGATIONALGORITHMANDAUTONOMOUSCHARGINGSYSTEMOFSERVICEROBOTINHOSPITALCandidate：LuoZhenhuaSupervisor：AssistantProf.ChenMingAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要医院服务机器人在非典过后得到国内研究者的重视，同时日益突出的医疗保健需求与医院传统纯人工作业模式的低效服务之间的矛盾也促使相关技术研

4、究逐步展开。本文在公司需求基础上对医院服务机器人室内定位、导航及自动充电算法及方案进行研究，采用易于移植的操作系统ROS进行高效开发。开展的相关工作如下：本文对ROS自带导航算法中不适合医院服务机器人部分进行改进，提出增加原有自定位方法中观测模型的修补项，以提高机器人在动态环境下自定位的可能性，通过公式推导及相关实验可证明改进思路具有自定位更强鲁棒性；采用直线导航和类BUG避障方案代替原有COSTMAP及局部速度控制方式，通过仿真实验证明改进方法在全局路径规划中较原有方案行进距离更短，更具实时性，对原有方案具有

5、一定替代性。接着在现有机器人平台基础上，通过对自动充电设计需求及注意事项的总结，设计机器人自动充电整个体系。充电方式采用机械结构及软件控制相结合的方式，用于确保机器人可以以高成功率实现功能。由于自动充电实现过程中采用里程计坐标为其全局坐标系，因此机器人里程计数据的精准性对于自动充电的顺利完成具有特殊意义。文中采用卡尔曼滤波来融合当今流行的光流法里程计信息及机器人自身编码器里程计信息来提高里程计的精度。实际实验测试可知此方法具有可行性，但由于视觉里程计的易受光线及地面特征明显程度影响，此方法在工程实现上具有一定难

6、度。最后通过实体机器人平台实验逐步测试文中提及的自定位方式、局部导航修改方法及自动充电系统的可行性，并在模拟医院场景中实验整体工程样机，通过可靠地实际实验证明，本文提及的导航改进方案及设计的自动充电系统具有一定的现实实用性。关键词：医院服务机器人；ROS；粒子滤波；路径规划；卡尔曼滤波I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThehospitalservicerobotbelongstothecategoryofservicerobot.Infectiousdiseases,theagedtendenc

7、yofpopulationandindustrialdemandmainlycontributetothestudyofitsrelatedtechnologiesgradually.Basedonthecompany'sdemand,thispapermainlyresearchontheindoornavigation,positioningandself-chargingmethodsofthehospitalservicerobot.Accordingtosummarizetheshortcomings

8、ofthepreviousstudies,thispaperdecidestoadoptamoreeasytransplantoperatingsystem'ROS'toprogramtherobot'scontrolsystemtoavoidrepetitivework.TheROSnavigationalgorithmisimprovedfirst.Repairitemsofobs