面向?qū)ο蟮募彝ト⒌貓D表示與構(gòu)建

孔令富，高勝男，吳培良

（燕山大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，河北 秦皇島066004）

0 引 言

家庭服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主地為人類(lèi)提供服務(wù)的機(jī)器人。環(huán)境地圖的表示和構(gòu)建作為機(jī)器人進(jìn)行路徑規(guī)劃和定位導(dǎo)航的依據(jù)，由此其成為機(jī)器人研究的熱點(diǎn)之一［1］。

在機(jī)器人地圖研究領(lǐng)域，其表示主要有以下幾大類(lèi)：第一，柵格地圖，基于柵格的移動(dòng)機(jī)器人地圖表示［2］，雖然易于創(chuàng)建和維護(hù)，但當(dāng)柵格數(shù)量增大時(shí)（在大規(guī)模環(huán)境或環(huán)境劃分比較細(xì)時(shí)），對(duì)于地圖維護(hù)行為所占的內(nèi)存和CPU時(shí)間會(huì)迅速增加，使計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)處理變得很難。第二，拓?fù)涞貓D，利用拓?fù)錁?gòu)建機(jī)器人地圖［3］，可實(shí)現(xiàn)快速的路徑規(guī)劃，且全局連貫性好，但是當(dāng)環(huán)境中存在兩個(gè)相似的地方時(shí)，此方法將很難確定是否為同一節(jié)點(diǎn)。第三，混合地圖，綜合考慮幾何和拓?fù)鋬煞N表示方法的優(yōu)缺點(diǎn)，創(chuàng)建幾何－拓?fù)浠旌檄h(huán)境地圖［4］，在全局空間采取拓?fù)涿枋鲆员ＷC全局連續(xù)性，在局部環(huán)境中則采用幾何表示以利于機(jī)器人精確定位，但是地圖只有結(jié)構(gòu)化環(huán)境信息，不包含機(jī)器人操作對(duì)象，即家庭中的物品和家庭成員。第四，語(yǔ)義地圖，文獻(xiàn)［5］提出了機(jī)器人語(yǔ)義地圖，使得機(jī)器人具有人的認(rèn)知能力，但沒(méi)有解決路徑規(guī)劃問(wèn)題。第五，全息地圖，文獻(xiàn)［6］提出了全息地圖這一概念，融合家庭全局空間及其中目標(biāo)資源分布和動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境稱為服務(wù)機(jī)器人的全息家庭環(huán)境，記錄全息家庭環(huán)境信息的地圖稱為服務(wù)機(jī)器人的家庭全息地圖，該地圖完成了 “目標(biāo)在哪里”和 “我要去目標(biāo)那里”，但沒(méi)有完成 “對(duì)目標(biāo)的深層認(rèn)知”和 “對(duì)目標(biāo)的操作”的任務(wù)。

為了滿足高效、智能服務(wù)的需求和使家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能，就要求機(jī)器人在環(huán)境認(rèn)知、路徑規(guī)劃和目標(biāo)操作過(guò)程中應(yīng)具備 “類(lèi)人思想”——服務(wù)機(jī)器人的思維類(lèi)似人的思維，因此，本文建立了適宜機(jī)器人理解和路徑規(guī)劃的面向?qū)ο蟮募彝ト⒌貓D，其將是機(jī)器人地圖構(gòu)建的趨勢(shì)。

1 面向?qū)ο蟮募彝ト⒌貓D表示

1.1 面向?qū)ο蟮乃枷?/h3>

面向?qū)ο笏枷耄?］以現(xiàn)實(shí)世界中客觀存在的事物（即對(duì)象）為中心來(lái)思考問(wèn)題和認(rèn)知問(wèn)題，對(duì)象是一個(gè)統(tǒng)一體，它是由描述內(nèi)部狀態(tài)表示靜態(tài)屬性的數(shù)據(jù)以及可以對(duì)這些數(shù)據(jù)施加的操作封裝在一起構(gòu)成的，如圖1所示。其核心機(jī)制是：聯(lián)合，即將同一類(lèi)對(duì)象中的若干個(gè)對(duì)象組合起來(lái)，成立一個(gè)高水平的對(duì)象；聚集，即將幾個(gè)不同類(lèi)型的簡(jiǎn)單對(duì)象組合成一個(gè)復(fù)雜對(duì)象，每個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)象是復(fù)雜對(duì)象的一部分；繼承，即自動(dòng)地為一個(gè)對(duì)象提供來(lái)自另一個(gè)對(duì)象的屬性和方法。

圖1 對(duì)象組成

1.2 物品—房間—家庭三層表示模型

為了使機(jī)器人能夠完成與其服務(wù)對(duì)象的友好交互，就要求機(jī)器人必須按照人對(duì)家庭環(huán)境的理解方式來(lái)理解其工作環(huán)境。從機(jī)器人路徑規(guī)劃和服務(wù)操作的任務(wù)要求出發(fā)，借鑒人對(duì)環(huán)境的面向?qū)ο蠓謱诱J(rèn)知思想，將家庭環(huán)境中的對(duì)象劃分為實(shí)體－房間－家庭3個(gè)層次共13種類(lèi)型，并為各層對(duì)象賦予不同的幾何抽象，見(jiàn)表1。

表1 各層對(duì)象及其幾何抽象

本文將物品層數(shù)據(jù)、房間層數(shù)據(jù)和家庭層數(shù)據(jù)融合形成物品—房間—家庭表示模型。面向?qū)ο蟮募彝ト⒌貓D可表示如下

式 中：Household holographic map——家庭全息地圖，S——物品層，R——房間層，H——家庭層。

1.2.1 物品層表示

物品對(duì)象包含對(duì)應(yīng)的屬性、功能和操作方法等語(yǔ)義信息，在機(jī)器人找到物品后用以指導(dǎo)機(jī)器人對(duì)該物品的操作，這一過(guò)程類(lèi)似于人按照產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)使用某產(chǎn)品。

物品層表示為機(jī)器人操作提供依據(jù)。此層的物品對(duì)象包含屬性（名稱、所屬房間、是否被占用、位置、區(qū)域、特征、功能），方法（如何操作以實(shí)現(xiàn)可提供的功能）。

面向?qū)ο蟮奈锲穼颖硎?/p>

其中，Si為三維模型的物品對(duì)象（object），ns表示物品層含有的物品數(shù)目。P表示物品對(duì)象的屬性（property），包含名稱N、所屬房間R、是否可使用U、位置L、物品所在區(qū)域A、特征FE、功能FU；名稱是該物品的名稱Si.N；可否使用包括 “yes”和 “no”兩種情況，其中 “yes”表示該物品可以使用，“no”表示該物品不可使用；位置是該物品點(diǎn)在全息地圖中的空間坐標(biāo) ｛x，y，z｝；區(qū)域是該物品在全息地圖中所占的區(qū)域 ｛a＜x＜b，c＜y＜d｝；特征包括ODCS、SIFT、紋理、顏色和幾何形狀等物品屬性；FU表示物品具有什么功能，例如冰箱的功能是冷凍和保鮮；M表示該物品如何使用，即機(jī)器人對(duì)該物品的操作過(guò)程，其中，包括物品操作manipulate objects和執(zhí)行命令executive command。

1.2.2 房間層表示

單個(gè)房間對(duì)象由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、具有各自功能的物品、環(huán)境特征，及兩者之間的可行通路聚集而成。環(huán)境特征包含對(duì)應(yīng)的環(huán)境特征信息，用以完成機(jī)器人在局部環(huán)境內(nèi)的自定位?？尚型愤B接物品和環(huán)境特征的空間位置，為機(jī)器人定位目標(biāo)物品并進(jìn)行路徑規(guī)劃提供依據(jù)。

房間層表示為機(jī)器人路徑規(guī)劃和操作規(guī)劃提供依據(jù)。此層包括三類(lèi)對(duì)象，第一，物品操作點(diǎn)對(duì)象，該對(duì)象包含屬性（名稱、是否被占用），方法（物品操作方法），位姿（操作點(diǎn)在全息地圖的位置）；第二，房間環(huán)境可達(dá)點(diǎn)對(duì)象，該對(duì)象包含屬性（名稱、是否被占用）S，方法（目標(biāo)物品操作點(diǎn)的選?。蛔耍ōh(huán)境可達(dá)點(diǎn)在全息地圖的位置）；第三，運(yùn)動(dòng)路段對(duì)象，該對(duì)象包含屬性（名稱、所屬房間、是否可通過(guò)、起點(diǎn)、終點(diǎn)、幾何形狀）方法（最優(yōu)路徑的選?。?。

面向?qū)ο蟮姆块g層表示

其中，Ri表示單個(gè)房間對(duì)象，包括第一，物品操作點(diǎn)集OP，由nop個(gè)物品操作點(diǎn)OPi組成，該點(diǎn)對(duì)象由物品屬性O(shè)P＿P和方法OP＿M(jìn)封裝而成，其屬性包含物品操作點(diǎn)名稱OP＿N、是否空閑OP＿O和位置OP＿L，方法是該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)物品的操作過(guò)程。機(jī)器人在相應(yīng)的OPi處完成人發(fā)出的語(yǔ)義指令。第二，環(huán)境可達(dá)點(diǎn)集AP，由nap個(gè)環(huán)境可達(dá)點(diǎn)對(duì)象APi組成，該點(diǎn)對(duì)象由環(huán)境可達(dá)點(diǎn)屬性AP＿P和方法AP＿M(jìn)封裝而成，其屬性包含環(huán)境可達(dá)點(diǎn)的名稱AP＿N、是否空閑AP＿O和位置AP＿L，方法是該點(diǎn)相應(yīng)物品的操作過(guò)程。機(jī)器人在該點(diǎn)搜索下一步行走的徑。第三，房間路徑集RO，由nro個(gè)房間路徑ROi組成，該線對(duì)象由房間路徑的屬性和方法封裝而成，其中屬性包含房間路徑的名稱RO＿N、所屬房間AP＿R，是否可行RO＿PA、路徑起點(diǎn)RO＿SP和路徑終點(diǎn)RO＿EP，方法表示環(huán)境可達(dá)點(diǎn)之間的位置關(guān)系說(shuō)明。機(jī)器人通過(guò)該路徑集在房間層進(jìn)行路徑規(guī)劃。

1.2.3 家庭層表示

將整個(gè)家庭環(huán)境空間視為一個(gè)復(fù)合對(duì)象，該對(duì)象由若干相對(duì)獨(dú)立的、各自具有不同功能的房間對(duì)象和走廊對(duì)象聚集而成。

家庭層表示為機(jī)器人路徑規(guī)劃提供依據(jù)。此層包括三類(lèi)對(duì)象，第一，房間對(duì)象，既是房門(mén)，該對(duì)象包含屬性（名稱、特征、區(qū)域、功能、可否進(jìn)出），如廚房對(duì)象、客廳對(duì)象等；第二，家庭環(huán)境可達(dá)點(diǎn)對(duì)象，該對(duì)象包含屬性（名稱、是否被占用），方法（構(gòu)成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路段對(duì)象），位姿（家庭環(huán)境可達(dá)點(diǎn)在全息地圖的位置），如拐角、墻角。第三，走廊路段對(duì)象，該對(duì)象包含屬性（名稱、起點(diǎn)、終點(diǎn)、可否可通過(guò)），如廚房－客廳路段對(duì)象。

面向?qū)ο蟮募彝颖硎?/p>

H表示家庭層（即家庭對(duì)象）包括：第一，房門(mén)對(duì)象集D，由nd個(gè)房門(mén)對(duì)象Di組成，該點(diǎn)對(duì)象由房門(mén)的屬性D＿P和方法D＿M(jìn)封裝而成，其中屬

性包含房門(mén)的名稱D＿N、特征D＿F、房間區(qū)域D＿A和位置D＿L，方法是機(jī)器人操作房門(mén)的過(guò)程。第二，環(huán)境可達(dá)點(diǎn)集A，由n個(gè)環(huán)境可達(dá)點(diǎn)對(duì)象Ai組成，該點(diǎn)對(duì)象由環(huán)境可達(dá)點(diǎn)的屬性A＿P和方法A＿M(jìn)封裝而成，其中屬性包含環(huán)境可達(dá)點(diǎn)的名稱A＿N、是否空閑A＿O和位置A＿L，方法是機(jī)器人搜尋下一步路徑的方法。第三，走廊路段集C，由n個(gè)走廊路段對(duì)象Ci組成，該線對(duì)象由走廊路段對(duì)象的屬性C＿P和方法C＿M(jìn)封裝而成，其中屬性包含走廊路段的名稱C＿N、走廊起點(diǎn)C＿SP、走廊終點(diǎn)C＿EP和可否通行C＿PA，方法是機(jī)器人在房間層的路徑規(guī)劃方法。

2 全息地圖的構(gòu)建

利用面向?qū)ο蟮乃枷胩岢隽嗣嫦驅(qū)ο蟮募彝ァ块g—物品三層全息地圖的表示方法，此表示方法只是理論上的面向?qū)ο蟮谋硎痉椒ǎ⒉荒軌虬凑沾朔椒ù鎯?chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。因此，在給出了各層對(duì)象的選取原則和數(shù)據(jù)采集方法的情況下，將全息地圖的表示方法轉(zhuǎn)換成可存貯在數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型，即將數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換層面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)全息地圖各個(gè)層之間的層與層的嵌套。

2.1 設(shè)計(jì)對(duì)象聯(lián)系圖

依據(jù)搜集到用于全息地圖的表示和構(gòu)建的全部數(shù)據(jù)及機(jī)器人對(duì)全息地圖的任務(wù)需求，設(shè)計(jì)出容易被人理解的全息地圖的ER模型（即ER圖）并據(jù)此設(shè)計(jì)出對(duì)象聯(lián)系圖，家庭環(huán)境中所有對(duì)象的聯(lián)系如圖2所示。

圖2 家庭環(huán)境中對(duì)象聯(lián)系

2.2 創(chuàng)建各層的存儲(chǔ)表

根據(jù)之前研究的各層對(duì)象的表示方法和對(duì)象聯(lián)系圖，抽化出公共的表，之后在創(chuàng)建其它表時(shí)就可以繼承公共表的屬性。

每一層都創(chuàng)建各自的表，用以儲(chǔ)存各自的對(duì)象。創(chuàng)建表示時(shí)，在繼承公共表的基礎(chǔ)上要填充該表所特有的屬性；

例如，創(chuàng)建subjects表存儲(chǔ)物品對(duì)象的屬性，subjects表結(jié)構(gòu)定義如下：

在物品層中，物品的種類(lèi)繁多，包括書(shū)、電腦、桌子等，但這些多屬于物品，所以用繼承性定義它們：

在房間層和家庭層不僅有對(duì)象屬性的繼承，對(duì)象與對(duì)象之間又存在著嵌套關(guān)系。

例如，在家庭層，環(huán)境可達(dá)點(diǎn)集和走廊路徑集都屬于家庭對(duì)象的屬性，而它們各自都有自己的屬性，依此它們的屬性嵌套在家庭對(duì)象里。

Family（name，area，environment node set（name，used，location，mathod），arrived node set（name，starting node，ending node，used，mathod），mathod）

其它表的創(chuàng)建也類(lèi)似于此。

2.3 對(duì)象空間數(shù)據(jù)的采集

機(jī)器人通過(guò)攝像機(jī)、測(cè)距儀和里程儀等傳感器獲取對(duì)象基本數(shù)據(jù)信息。

實(shí)際中，不同幾何抽象的對(duì)象的屬性可分為外觀屬性、內(nèi)涵屬性和空間數(shù)據(jù)屬性。文獻(xiàn)［8］詳細(xì)介紹了通過(guò)QR碼獲取對(duì)象的前兩者屬性的方法，本文主要介紹點(diǎn)空間數(shù)據(jù)、線空間數(shù)據(jù)、面狀和體狀空間數(shù)據(jù)的采集及將其轉(zhuǎn)換到全息地圖坐標(biāo)下的方法。各層對(duì)象數(shù)據(jù)、對(duì)象與全息地圖的關(guān)系如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)、對(duì)象與全息地圖的關(guān)系

2.3.1 體狀空間數(shù)據(jù)的采集

體狀空間數(shù)據(jù)的采集就是獲取體狀物品在全息地圖中的位置和姿態(tài)。文獻(xiàn)［9］利用體狀物品的特征點(diǎn)集構(gòu)建體狀物品模型，得到的模型表示如下

其中，PointID為特征點(diǎn)的編號(hào)，σ和θ分別為SIFT特征的尺度和主方向，F(xiàn)V＝［Desceriptor1，...，Desceriptor128］分別為該特征點(diǎn)的128維特征描述符。PR＝［XR，YR，ZR，1］T表示該特征點(diǎn)在目標(biāo)參考坐標(biāo)系CR下的坐標(biāo)。

本文假設(shè)該模型已離線構(gòu)建完成，基于該模型在線計(jì)算體狀物品在地圖中的位姿。具體過(guò)程分為三步：

（1）機(jī)器人通過(guò)雙目視覺(jué)對(duì)特征點(diǎn)定位。在雙目捕獲圖像中，根據(jù)模型中的SIFT特征數(shù)據(jù)（即σ，θ，F(xiàn)V）得到兩幅圖像中對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的像素坐標(biāo)，同時(shí)根據(jù)兩攝像機(jī)的內(nèi)參數(shù)和兩攝像機(jī)坐標(biāo)系在機(jī)器人坐標(biāo)系的位姿（即兩攝像機(jī)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的外參數(shù)），通過(guò)雙目三角測(cè)量公式得到該特征點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的位置［10］。利用相同方法，得到機(jī)器人坐標(biāo)系下至少6個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)。

（2）針對(duì)上面得到多個(gè)特征點(diǎn)，聯(lián)合各特征點(diǎn)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的空間位置，及其在體狀目標(biāo)模型中目標(biāo)參考坐標(biāo)系下的空間位置（即PR），計(jì)算出體狀目標(biāo)在機(jī)器人坐標(biāo)系下的位姿（R1，t1）［11］（即體狀目標(biāo)參考坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量）。

（3）根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前位姿（R2，t2），通過(guò)坐標(biāo)變換計(jì)算出體狀目標(biāo)在全息地圖下的位姿（R3，t3），其關(guān)系如圖4所示。

圖4 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系

至此，得到了體狀目標(biāo)在地圖中的位置和姿態(tài)。

2.3.2 點(diǎn)空間數(shù)據(jù)的采集

點(diǎn)數(shù)據(jù)包括物品點(diǎn)、物品操作點(diǎn)和環(huán)境可達(dá)點(diǎn)，此三類(lèi)點(diǎn)數(shù)據(jù)根據(jù)上一章節(jié)給出的點(diǎn)對(duì)象的選取原則進(jìn)行采集。

（1）物品點(diǎn)通過(guò)體狀物品的SIFT特征點(diǎn)推得其三維中心點(diǎn)（X，Y，Z）即為物品點(diǎn)。

（2）因?yàn)槲锲凡僮鼽c(diǎn)在房間層，該類(lèi)點(diǎn)用于機(jī)器人操作物品，只要能夠?qū)ふ业轿恢眉纯?，因此，通過(guò)物品點(diǎn)映射在X－O－Y坐標(biāo)系下的坐標(biāo)（X，Y）推得二維的物品操作點(diǎn)。

（3）由于環(huán)境可達(dá)點(diǎn)位于房間層和家庭層，其目的就是機(jī)器人路徑規(guī)劃，所以采集二維的環(huán)境可達(dá)點(diǎn)即可。通過(guò)物品的特征點(diǎn)（物品的拐角點(diǎn)）和物品操作點(diǎn)推得環(huán)境可達(dá)點(diǎn)。其關(guān)系如圖5所示。

由于體狀物品的特征點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為全息地圖坐標(biāo)系下，因此在此基礎(chǔ)上推得的各類(lèi)點(diǎn)對(duì)象均是全息地圖坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

圖5 點(diǎn)對(duì)象的推導(dǎo)

2.3.3 線空間數(shù)據(jù)的采集（selecting line data）

線空間數(shù)據(jù)是全息地圖中機(jī)器人的行走路徑。機(jī)器人根據(jù)自身位姿及內(nèi)部傳感器里程儀來(lái)記錄各個(gè)路徑對(duì)象，分別存儲(chǔ)到相應(yīng)的層。

在各個(gè)點(diǎn)空間數(shù)據(jù)都提取完畢的基礎(chǔ)上，線空間數(shù)據(jù)采集分為3個(gè)步驟：

（1）搜索出環(huán)境可達(dá)點(diǎn)；

（2）搜索出物品操作點(diǎn)；

（3）機(jī)器人確定某一起點(diǎn)和終點(diǎn)，通過(guò)自身的遍歷記錄下兩點(diǎn)之間的路徑點(diǎn)。

最后，此三步完成后獲取線空間的所有路徑點(diǎn)數(shù)據(jù)，之后通過(guò)最小二乘法擬合成線段，將其在全息地圖坐標(biāo)系下的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到全息地圖中。

2.4 對(duì)象數(shù)據(jù)輸入

在個(gè)層的表都創(chuàng)建完畢時(shí)，將機(jī)器人提取的數(shù)據(jù)輸入到各自的表中。

例如，將bed1對(duì)象的數(shù)據(jù)（屬性）輸入到表subjects中：

2.5 地圖更新

由于家庭環(huán)境是人居住的地方，因此其是不穩(wěn)定的，各層各個(gè)對(duì)象的狀態(tài)存在人為的因素，因此該地圖要再物品狀態(tài)改變是進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新，即對(duì)象屬性的更新。

例如，藥瓶對(duì)象的位置改變是要對(duì)其屬性進(jìn)行更新：

Update subjects

Set subjects.subjects＿location＝MDSYS.SDO ＿GE－OMETRY（

2001，

NULL，

MDSYS.SDO＿POINT＿TYPE（x，y），

NULL，

NULL）

Where subjects.Name＝’藥瓶’）；

3 實(shí)驗(yàn)與分析

本實(shí)驗(yàn)以Pioneer2－DX移動(dòng)機(jī)器人為原型，以南北通透三居室的傳統(tǒng)戶型為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了機(jī)器人更容易的發(fā)現(xiàn)及操作物品，將家庭物品貼上包含物品的屬性和操作方法的QR標(biāo)簽。

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的3居室家庭環(huán)境，通過(guò)機(jī)器人傳感器提取點(diǎn)對(duì)象、線對(duì)象和幾何對(duì)象數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、最小二乘法擬合等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，構(gòu)建出物品－房間－家庭表示模型。物品層包括27個(gè)物品、22個(gè)操作點(diǎn)、25個(gè)物品點(diǎn)和25條物品－操作點(diǎn)路徑，如圖6所示；房間層包括墻、物品、48個(gè)房間環(huán)境可達(dá)點(diǎn)和67條房間路徑，如圖7所示；家庭層包括墻、7個(gè)家庭環(huán)境可達(dá)點(diǎn)，房門(mén)和13條家庭路徑，如圖8所示。此三層構(gòu)成家庭全息地圖，如圖9所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文借鑒人面向?qū)ο蟮乃枷?，?gòu)建了家庭－房間－物品模型表示的家庭全息地圖。機(jī)器人根據(jù)家庭中對(duì)象的屬性對(duì)其進(jìn)行認(rèn)知。在家庭層，機(jī)器人根據(jù)房門(mén)對(duì)象、家庭環(huán)境可達(dá)點(diǎn)對(duì)象和家庭路徑對(duì)象完成房間之間的路徑規(guī)劃，找到物品所歸屬的房間；在房間層根據(jù)各個(gè)物品操作點(diǎn)對(duì)象、房間環(huán)境可達(dá)點(diǎn)對(duì)象及房間路段對(duì)象的關(guān)系進(jìn)行路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在房間內(nèi)的物品搜索；在物品層，機(jī)器人依據(jù)物品上貼有的QR碼上的操作說(shuō)明，完成對(duì)物品的操作。在家庭環(huán)境中驗(yàn)證了此表示方法的有效性。但對(duì)算法的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性，家庭環(huán)境復(fù)雜性對(duì)地圖表示和構(gòu)建的影響，以及各層對(duì)象的最優(yōu)選取等問(wèn)題，還需要進(jìn)一步的深入研究。

［1］Blanco JL，Gonzalez J，F(xiàn)ernaadez－Madrigal JA.Subjective local maps for hybrid metric－topological SLAM［J］.Robotics and Autono－mous Systems，2009，57（1）：64－74.

［2］Grisetti G，Stachniss C，Burgard W.Improved techniques for grid mapping with Rao－Blackwellized particle filter［J］.IEEE Transactions on Robotics，2007，23（1）：34－46.

［3］Blanco JL，Gonzalez J，F(xiàn)ernaadez－Madrigal JA.Subjective local maps for hybrid metric－topological SLAM［J］.Robotics and Autonomous Systems，2009，57（1）：64－74.

［4］Roriguez LD，Matiaf，Galan R.Building geometric feature based maps for indoor service robots［J］.Robotics and Autonomous Systems，2006，54（7）：546－558.

［5］Shrihari Vasudevan，Stefan Gachter，Viet Nguyen，et al.Cognitive maps for mobile robots－an object based approach［J］.Robotics and Autonomous Systems，2007，55（1）：359－371.

［6］WU Peiliang.Research on service Robot holographic mapping and its related issues under home intelligent space［D］.Qinhuangdao：College of Information Science and Engineering，Yanshan University，2010：74－85（in Chinese）.［吳培良.家庭智能空間中服務(wù)機(jī)器人全息建圖及相關(guān)問(wèn)題研究［D］.燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文.秦皇島：燕山大學(xué)信息工程學(xué)院，2010：74－85.］

［7］WU Zhengsheng，CUI Tiejun，GUO Jing.An object－oriented four－leveled spatial－data model［J］.Journal of Zhengzhou Institute of Surveying and Mapping，2006，23（5）：366－369（in Chinese）.［吳正升，崔鐵軍，郭婧.一種面向?qū)ο蟮?層空間數(shù)據(jù)模型［J］.測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2006，23（5）：366－369.］

［8］Andreas Nüchter，Joachim Hertzberg.Towards semantic maps for mobile robots［J］.Robotics and Autonomous Systems，2008，56（11）：915－926.

［9］WU Peiliang，KONG Lingfu，LI Haitao.Object simultaneous recognition and pose estimation for service robot［J］.Journal of Engineering Graphics，2010，31（5）：81－88（in Chinese）.［吳培良，孔令富，李海濤.服務(wù)機(jī)器人目標(biāo)同時(shí)識(shí)別與位姿判定研究［J］.工程圖學(xué)，2010，31（5）：81－88.］

［10］Ceil T，Marthaler D E.A variational approach to planing in three dimensions using level set methods［J］.Journal of Computational Physics，2006，211（1）：179－197.

［11］YANG Guanglin，KONG Lingfu，WANG Jie.A new calibration approach to hand－eye relation of manipulator［J］.Robot，2006，28（4）：400－405（in Chinese）.［楊廣林，孔令富，王潔.一種新的機(jī)器人手眼關(guān)系標(biāo)定方法［J］.機(jī)器人，2006，28（4）：400－405.］