[发明专利]基于蛙跳算法的智能家庭服务机器人系统及服务方法

说明书

技术领域

本发明涉及家庭服务机器人，属于未知环境中机器人的路径规划领域，是机器人技术与群体智能技术相结合的应用，特别涉及基于蛙跳算法的智能家庭服务机器人系统及方法。

背景技术

随着服务机器人技术和家庭应用科技的不断发展，家庭服务机器人越来越受到人们的关注，也越来越贴近人们的日常生活，具有广阔的应用前景。

在移动机器人相关技术的研究中，路径规划是一个重要环节和关键课题，是移动机器人研究领域的热点问题，同时也是移动机器人导航中一个非常具有挑战的问题。目前，路径规划的方法有很多种，比如人工势场法、遗传算法、神经网络法、蚁群算法等等。但传统的人工势场法存在几大缺陷:存在陷阱区;在相近障碍物之间不能发现路径;在狭窄通道中摆动;当目标点附近处有障碍物时机器人无法到达目标点；遗传算法具有很好的全局搜索能力,但运算速度慢、占据存储空间大、容易陷入早熟等缺点；神经网络法具有很好的学习能力,但当障碍物较多且环境为动态时,网络结构庞大且神经元的阈值随时间的变化而需要不断地改变;蚁群算法收敛速度慢,容易陷入局部最优。

蛙跳算法(SFLA)是Eusuff等人于2003年提出的一种基于群体的亚启发式协同搜索群智能算法。该算法结合了模因算法和粒子群优化算法的优点。把蛙跳算法应用在路径规划上是一个新的尝试。通过模仿青蛙捕食的行为，可以使机器人找到一条到达目标的路径，但该算法容易陷入局部最优。

发明内容

本发明提供了一种基于蛙跳算法的智能家庭服务机器人系统及方法。对室内环境信息进行获取与处理后，采用改进的蛙跳算法对机器人进行路径规划，使得机器人在收到相应指令后，能自己规划出一条避开障碍物到达目标位置，抓取服务对象所需要的目标，并送到服务对象的手中，完成任务。

本发明实现上述发明目的的技术方案是：基于蛙跳算法的智能家庭服务机器人系统，其特征在于：包括

一由可控运动的左、右轮带动行走的机器人，机器人具有由电机驱动器驱动的机械手；

所述机器人前端携带机载摄像头，用于扫描目标物体的高度信息；

所述机器人正前方设置一个或多个超声波传感器，用来探测机器人前进过程中的障碍物；

所述机器人通过无线通信模块或者语音识别模块接收服务对象的指令，确定目标；

还包括一安装在室内屋顶用于拍摄室内环境图片的摄像头，摄像头通过无线网路将拍摄的图片发送给机器人；机器人对图片进行处理后，建立室内栅格地图，并进行目标、服务对象以及机器人自身位置定位，然后通过改进的蛙跳算法进行路径规划，根据计算得到机器人所要经过的最佳位置和机器人探测到的障碍物、目标位置以及自身位置，计算出机器人的左右轮的角速度，控制机器人到达目标点处。

2.基于蛙跳算法的智能家庭服务机器人服务方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)机器人携带有存储设备，超声波传感器，机载摄像头，语音识别模块，无线通信模块，电机驱动器和机械手；

（2）由室内屋顶安装的摄像头对室内环境图像进行获取，并发送给机器人进行处理，建立环境地图，完成机器人初始位置定位；

（3）机器人建立自身运动学模型，其运动状态变量为(x,y,θ)^T，其中(x,y)为机器人在平面坐标系中的坐标，θ为机器人前进的方向角；

（4）机器人利用语音识别模块或者无线通信模块接收来自服务对象的指令，确定需要抓取的目标以及服务对象的位置，并利用环境地图进行目标和服务对象定位；

（5）机器人根据环境地图，利用改进的蛙跳算法制定机器人的路径规划，计算出从机器人当前位置到目标所要经过的所有最佳位置点；

（6）机器人根据自身运动模型和下一个要到达的最佳位置点，计算其左、右轮的角速度，控制电机驱动器驱动机器人向前运动；

（7）机器人判断是否到达目标，如果没有返回步骤（6），如果到达目标，则利用机载摄像头进行立体扫描，获取目标离地面的垂直高度，驱动机械手运动到目标位置抓取目标；

（8）机器人抓取目标后，自动运行到服务对象处，完成服务工作。

3.根据权利要求1所述的基于蛙跳算法的智能家庭服务机器人服务方法，其特征在于：所述步骤（2）室内屋顶安装有摄像头对室内环境图像进行获取，并发送给机器人进行处理，建立环境地图，完成机器人初始位置定位是指：