《移动式家庭服务机器人认知导航技术研究及产业化》

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对工作于家庭环境的移动式服务机器人而言,传统导航技术存在地图表达缺少语义信息,导航行为呆板,导航效果依赖高成本传感器等问题,成为制约移动机器人进入家庭的关键技术瓶颈。为解决此问题,该项目构建了基于语义的多层次环境地图,设计了拟人化的机器人导航行为,实现了室内导航技术的低成本和产业化,推动了移动机器人技术进步,让机器人走入千家万户,促进了服务机器人产业发展。

主要创新包括:

(1)定义了表征家庭环境的景物语义地图构架,改进了基于深度学习的物体检测技术和地图构建技术,利用真实环境样本,将物品识别率提升了15%;设计了基于消费级双目视觉和超声波传感器的机器人环境检测系统,相对于常用的激光和立体视觉传感器,硬件成本降低了85%;实现了家庭地图的几何描述、拓扑和物体语义表征。通过对1.6余万台机器人在实际家庭环境中的使用情况统计,发现地图尺度涵盖30~300平方米,自动建图成功率达96%,证明了上述算法和系统的适用性。

(2)建立了机器人的情绪和心境空间,提出了表达机器人情绪和心境变化的情感引擎,与导航技术相结合,提升了机器人导航行为的安全性、合理性和拟人化程度。通过该情感引擎驱动的机器人导航技术,已在16000多个家庭、3000多个商用场景中使用,成功率高达98%,得到了用户和观众的普遍认可。

(3)设计了机器人传感系统的自动检测和标定方法,研制了传感器标定系统,实现了机器人在生产线上的自主标定,简化了生产流程,减少了人工费用,使得成品率达到99%以上,为有效降低机器人系统硬件成本提供了技术支撑,在国内外率先实现了大型家用服务机器人的规模化生产。

该成果获批国际专利2项,中国发明专利32项,实用新型专利9项,软件著作权15项,外观专利12项,发表论文31余篇(期刊和会议31篇),SCI他引335次。成果产生的直接经济效益近1.7亿元,市场销量2万台左右。该成果创新发展了人机共融环境下的地图构建和导航技术,强化了家庭场景下的导航效果,提升了用户体验,研制了面向家庭服务机器人批量生产的关键性智能制造装备和系统,有效降低了移动式家庭服务机器人的硬件成本,形成了一整套具有完全自主知识产权的,大型家庭服务机器人关键技术、研发、生产体系,促成了全球首批大型移动式家庭服务机器人的规模化生产和推广应用,对家庭服务机器人的产业化进行了卓有成效的探索,提升了中国在先进制造领域的自主创新水平和国际竞争力。

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