Tinker家庭服務(wù)機(jī)器人
作者：韓新宇 自動(dòng)化系
指導(dǎo)老師：張新鈺 汽車系
關(guān)鍵詞：機(jī)器人 決策優(yōu)化 智能控制
摘要
目前的家用服務(wù)型機(jī)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(xué)未來(lái)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)希望構(gòu)建一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的智能機(jī)器人系統(tǒng)，承擔(dān)起家庭中方方面面的家務(wù)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(jī)器人，配有特別設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、多種傳感器和多用途機(jī)械臂；且有配套的建圖、導(dǎo)航、控制算法。為了提供人性化的交互服務(wù)，Tinker還有人臉識(shí)別、人體姿勢(shì)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成等功能。
建圖與導(dǎo)航
Tinker能在新的環(huán)境中不斷探索、不斷認(rèn)知。Tinker擁有用于建圖的激光雷達(dá)。在環(huán)境中時(shí)，Tinker會(huì)用基于點(diǎn)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(jìn)行導(dǎo)航。這種實(shí)時(shí)的算法能避開固定的障礙物和走動(dòng)的行人、寵物，保障用戶的生命與財(cái)產(chǎn)安全。
Tinker的建圖結(jié)果與導(dǎo)航路線規(guī)劃
由于Tinker配備了低減速比的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器，在機(jī)器人移動(dòng)時(shí)只會(huì)發(fā)出輕微的噪聲。緊湊的結(jié)構(gòu)給Tinker帶來(lái)了小巧的身材，能讓它通過(guò)室內(nèi)的房門；且其重心較低，在運(yùn)運(yùn)動(dòng)時(shí)能保持穩(wěn)定，不會(huì)晃動(dòng)。
機(jī)械臂控制與操作
Tinker的機(jī)械臂是完成各種操作任務(wù)的主要手段。對(duì)于簡(jiǎn)單的操作任務(wù)，Tinker通過(guò)位于頂部的攝像頭定位后即可直接抓取。
Tinker抓取水瓶
對(duì)于精細(xì)的操作任務(wù)（如插插頭、拼積木等），Tinker可以用位于機(jī)械臂末端的攝像頭從不同角度觀察任務(wù)目標(biāo)，并確定其精確位置，隨后再進(jìn)行操作。
Tinker精細(xì)操作（抓取薄物體）模擬圖
此外，Tinker還可以借助機(jī)械臂的位置來(lái)標(biāo)定相機(jī)的外部參數(shù)。機(jī)械臂的末端可以?shī)A取一個(gè)標(biāo)記，隨著機(jī)械臂的位置變化，相機(jī)會(huì)在不同的地方檢測(cè)到標(biāo)記。根據(jù)這些位置，可以解出相機(jī)自身的位置和朝向。這個(gè)功能可以大幅降低啟動(dòng)前的工作量。
Tinker用機(jī)械爪夾取標(biāo)記來(lái)確定相機(jī)（頂部）的位置姿態(tài)
人機(jī)交互
Tinker不僅能完成用戶的指令，還能通過(guò)人性化的交互服務(wù)給用戶良好的使用體驗(yàn)。Tinker擁有語(yǔ)音識(shí)別、人體姿勢(shì)識(shí)別等功能，可以通過(guò)動(dòng)作或語(yǔ)音感知用戶的意圖，并用語(yǔ)音合成技術(shù)做出回應(yīng)。
Tinker上還搭載了基于稀疏表示的人臉識(shí)別算法，可以識(shí)別并記錄數(shù)十張人臉。這使Tinker能針對(duì)不同的用戶做出個(gè)性化的回應(yīng)。
使用OpenNI+NITE方案檢測(cè)得到的人體骨架
基于稀疏表示的人臉識(shí)別算法檢測(cè)結(jié)果
