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：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 “類人思想”——服務(wù)機(jī)器人的思維類似人的思維，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)路徑的選取）。

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?，但并不能夠按照此方法存?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)類型轉(zhuǎn)換層面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)類型，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。

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