● 摘要
当前，人口快速老龄化伴随现代化而来，养老保障和养老服务已经成为我们构建社会主义和谐社会的新课题。社会的老年化及少子化，加上护理人员短缺，导致老年人的日常护理成为一个亟待解决的严重的社会问题。护理机器人则是针对行动不便、缺乏旁人照料的空巢老人提供的一个智能移动生活保姆与伙伴。本文结合国家863计划《助老/助残机器人系统集成、监控与产品综合展示平台》重点项目，围绕已知室内环境下的护理机器人路径规划技术展开了研究，取得如下研究成果：1．针对护理机器人的应用环境，设计了护理机器人路径规划总体任务方案。将护理机器人自主路径规划任务分为机器人自定位、障碍物检测、人机交互界面开发、环境建模、路径搜索五个子任务。其中，机器人定位和障碍物检测分别采用同项目团队成员提出的基于双目视觉的定位方案和基于激光测距仪的障碍物检测方案，本文着重对护理机器人人机交互界面开发、环境建模和路径搜索做了独立方案设计。2．分析了目前环境建模的研究现状，采用栅格法对护理机器人工作环境进行地图建模；提出了利用原始地图图片来一次性自动创建栅格地图的方法，该算法实施简单，只需对创建出来的栅格地图略微修改便能准确地表示实际环境地图，避免了人工逐一创建栅格或建立数字地图矩阵；同时提出了障碍物检测过程中对原始栅格地图的更新方法。3．将护理机器人的室内路径规划分为机器人自主路径规划和用户手动辅助路径规划。对于机器人自主路径规划，采用启发式路径搜索算法并对一定能够找到最短路径的A*算法（属于启发式路径搜索算法）做了算法流程介绍和性质分析。基于之前创建的栅格地图，对两种启发式搜索法（其中之一是A*算法）作了软件仿真并对结果进行了对比，从而确定了自主规划的路径搜索算法，同时为了提高规划出的路径在实际情况下的安全性，对算法作了改进，可以提高机器人实际路径跟踪的安全性；提出了自主路径规划下的避障策略并作了仿真。最后，对用户手动辅助路径规划作了方案设计，确定了用户画线和描点拟合两种路径规划方式。4．开发了以老年人为用户对象的护理机器人人机交互界面。首先确定了护理机器人人机交互界面的功能需求，然后分析了老年人的生理特征及其对人机交互界面的影响，从而提出了面向老年人界面设计的建议，根据功能需求及设计建议对用户界面进行了设计并基于Visual Studio 2010平台进行了界面功能实现。实现了触摸屏输入和语音输入两种用户输入方式。5．搭建了护理机器人实物平台，进行了机器人定位、障碍物检测和用户手动路径规划及路径跟踪的实验，实验结果显示较高的精度，验证了以上方案的可行性。