20、服务机器人的半自动对象建模与场景分析

服务机器人的半自动对象建模与场景分析

1. 引言

在服务机器人系统中，完整且准确的场景模型是诸多任务（如规划、操作和抓取）的必要前提。为服务机器人开发的场景分析模块，其目标是提供场景中物体的最新列表以及它们各自的 6D 姿态。然而，服务机器人在实际应用（如家庭环境）中面临着巨大挑战，因为这些环境并非为自动化操作而设计，具有开放性、无约束性，光照无法控制且场景通常杂乱，物体类型多样、姿态和布局任意，还可能存在部分遮挡等问题。过去机器人操作场景简单，物体少且姿态有利，识别速度和准确率也不理想，无法满足实际应用需求。因此，要使家用机器人被市场接受，必须妥善解决场景分析问题。

2. 对象建模中心硬件设置

为了提取对象模型所需的数据，构建了一个专门的硬件设置。该设置需满足感知和操作组件所采用的算法和技术的约束条件，要处理的对象大小和形状各异，从杯子到纸板谷物包装都有。整个采集过程应尽可能自动化，以处理大量不同对象（目标是 100 个以上）并保证质量一致。

该系统包含三个主要硬件组件：
- 3D 数字化仪 ：使用柯尼卡美能达 3D 数字化仪获取高精度 3D 数据。它通过向物体投射激光线，并用相机观察线的变形来获取深度信息，扫描速度约为 2 - 5 秒/次，深度精度约为 0.5mm。由于大多数物体无法一次扫描完成，使用转盘自动重新排列物体位置，校准图表可测量转盘旋转轴，实现每次扫描的初步配准。
- 立体相机系统 ：采用两个 AVT Marlin IEEE1394 相机生成对象视图，提供高分辨率图像。利用转盘可实现视点的纵向变化，相机系统安装在可沿弯曲轨道移动的滑架上，能从水平