题目：护理机器人的室内结构化环境建模及导航技术研究

我国人口老龄化问题日趋严峻，空巢老人数量日益增长，护理人员急剧短缺，因此研究针对老年人的自主移动护理机器人技术具有重要现实意义和学术价值。为实现护理机器人在室内结构化环境中的自主移动和操作，本文对环境建模和自主导航技术进行了研究。具体研究成果如下：
1. 在Linux操作系统平台上集成了机器人操作系统ROS（Robot Operation System）。利用ROS对Kinect摄像机的底层驱动，采用ROS中基本的定位导航软件框架构建护理机器人软件体系，并在集成控制与可视化界面中进行仿真分析。仿真与实验证明，ROS分布式控制与模块化编程的特点使得软件效率提高的同时也降低了程序的耦合度。
2. 基于Kinect摄像机感知未知环境，提出了护理机器人的地图构建算法。在地图构建的过程中，机器人周期地采集里程计反馈值与Kinect观测信息，改进并优化Rao-BlackWellized粒子滤波算法，将里程计运动估计与传感器匹配信息进行融合以生成下一时刻的采样粒子，采用自适应重采样技术在特定的时刻进行重采样。实验结果表明，该算法提高了二维地图的准确度与软件执行效率。
3. 设计了护理机器人在二维地图下的自主定位及路径规划算法。利用上述构建的二维栅格地图，基于膨胀理论生成代价地图，结合当前观测信息，采用基于KL距离的粒子滤波算法进行机器人自定位。利用A*算法进行全局路径规划，并采用动态窗口法进行局部路径规划，生成机器人当前时刻的速度指令。经验证，该方法实现了机器人在已知地图下的自主导航，定位精度小于0.5m，满足室内定位需求。
4. 设计了七自由度机械臂运动控制软件系统。构建了基于D-H法的机械臂运动学模型，在几何法运动学分析与Newton-Euler法动力学分析的基础上进行运动控制并搭建上位机软件，在OpenGL环境中进行建模仿真。实验结果表明机械臂在动力学控制下，运动稳定度及平滑性大大提高。
5. 搭建了护理机器人地图构建以及自主导航实验平台，通过SLAM与导航实验验证了上述算法的可行性和有效性。在护理机器人全向移动平台上安装摄像机、控制器、处理器，运行ROS并集成所提出的地图构建以及定位导航算法。采用遥控器控制机器人运行一段路径后，保存地图，机器人可基于此地图完成自定位与自主导航任务。