Tinker家庭服務機器人
作者：韓新宇 自動化系
指導老師：張新鈺 汽車系
關鍵詞：機器人 決策優(yōu)化 智能控制
摘要
目前的家用服務型機器人僅能完成特定的功能，缺乏泛用性，智能程度也較為欠缺。為此，我們——清華大學未來機器人團隊希望構建一個功能齊全、實用方便的智能機器人系統(tǒng)，承擔起家庭中方方面面的家務工作，騰出人們的雙手，方便人們的生活。
Tinker作為家庭中使用的機器人，配有特別設計的機械結構、多種傳感器和多用途機械臂；且有配套的建圖、導航、控制算法。為了提供人性化的交互服務，Tinker還有人臉識別、人體姿勢識別、語音識別、語音合成等功能。
建圖與導航
Tinker能在新的環(huán)境中不斷探索、不斷認知。Tinker擁有用于建圖的激光雷達。在環(huán)境中時，Tinker會用基于點云匹配的算法確定自己位置并建立環(huán)境的地圖。
根據(jù)地圖中的障礙情況，Tinker使用A*算法進行導航。這種實時的算法能避開固定的障礙物和走動的行人、寵物，保障用戶的生命與財產安全。
Tinker的建圖結果與導航路線規(guī)劃
由于Tinker配備了低減速比的驅動電機和減速器，在機器人移動時只會發(fā)出輕微的噪聲。緊湊的結構給Tinker帶來了小巧的身材，能讓它通過室內的房門；且其重心較低，在運運動時能保持穩(wěn)定，不會晃動。
機械臂控制與操作
Tinker的機械臂是完成各種操作任務的主要手段。對于簡單的操作任務，Tinker通過位于頂部的攝像頭定位后即可直接抓取。
Tinker抓取水瓶
對于精細的操作任務（如插插頭、拼積木等），Tinker可以用位于機械臂末端的攝像頭從不同角度觀察任務目標，并確定其精確位置，隨后再進行操作。
Tinker精細操作（抓取薄物體）模擬圖
此外，Tinker還可以借助機械臂的位置來標定相機的外部參數(shù)。機械臂的末端可以夾取一個標記，隨著機械臂的位置變化，相機會在不同的地方檢測到標記。根據(jù)這些位置，可以解出相機自身的位置和朝向。這個功能可以大幅降低啟動前的工作量。
Tinker用機械爪夾取標記來確定相機（頂部）的位置姿態(tài)
人機交互
Tinker不僅能完成用戶的指令，還能通過人性化的交互服務給用戶良好的使用體驗。Tinker擁有語音識別、人體姿勢識別等功能，可以通過動作或語音感知用戶的意圖，并用語音合成技術做出回應。
Tinker上還搭載了基于稀疏表示的人臉識別算法，可以識別并記錄數(shù)十張人臉。這使Tinker能針對不同的用戶做出個性化的回應。
使用OpenNI+NITE方案檢測得到的人體骨架
基于稀疏表示的人臉識別算法檢測結果
