智能跟随机器人项目申请书

申请编号：入选编号：上海市硕士创新创业能力培养计划项目申请书项目名称：智能跟随机器人所在高校：申请部门负责人：申请部门负责人职务、职称：上海市大学生科技创业基金会制表填表日期：年月日

填表说明一、填写本申请书前，应认真阅读《上海市硕士创新创业能力培养计划管理方法》、《有关开展上海市硕士创新创业能力培养计划申报工作的告知》等有关文献，务必实事求是地填写。二、本申请书作为上海市硕士创新创业能力培养计划评审入选与培养创业项目存档备查之用，用A4纸打印，使用骑马钉左侧装订，封面之上不得另加其它封面。申请单位须在规定时间内将本申请书一式2份及表格电子版光盘报送上海市大学生科技创业基金会。三、硕士申请书须经硕士教育管理单位（部门）审核，本科生申请书须经创业基金会分会审核，订立明确意见并加盖公章后方可上报。四、部分栏目填写阐明：1.封面上“申请编号”、“入选编号”由创业基金会填写。2.学科门类名称、学科名称及其代码按照国务院学位委员会颁布的《学位授予和人才培养学科目录（）》填写。3.本表中涉及的人员均指人事关系附属本单位的在编人员，兼职人员不计在内。除学术带头人简况外，表中涉及的成果（论文、专著、专利、科研奖项、教学成果等）指本学科人员签名本单位获得的成果，凡签名其它单位所获得的成果不填写、不统计。4.封面“申请部门负责人”普通应为高校硕士教育管理部门或者分会负责人；申请内容中的“项目申请人”应为申请培训的硕士或本科生，项目团体组员不超出5人。5.本表填写内容不涉及国家秘密并可公开。6.本申请书全部信息必须全部填写，空白处请一律填“无”。

一、项目申请人信息申请人联系手机政治面貌群众电子邮箱博士/硕士/本科年级博士三年级所在院系计算机就读专业计算机应用技术所属一级学科计算机科学与技术拟创业项目所属领域□新材料□新能源□通信技术□先进制造业□互联网与移动技术☑软件和信息技术□生物医药□农业技术及产业□文化创意□其它二、拟创业项目状况拟创业项目成熟度☑处在项目立项研发阶段□已通过小试鉴定□已通过中试鉴定技术水平□国际先进☑国内先进□普通水平推广范畴□国际推广☑国内推广□区域推广□特定地区推广知识产权状态□授权国外有效发明专利□授权国内有效发明专利□国内有效实用新型专利□其它知识产权拟创业项目获奖状况奖项名称获奖时间获奖等第各类基金资助状况名称资助时间资助金额与否已成立创业公司□是☑否创业公司成立时间年月创业公司全称三、申请人导师信息导师姓名所在院系计算机工程与科学学院职务职称专家手机号码四、项目团体组员信息序号姓名所在高校博士/硕士/本科专业电子邮箱联系电话导师姓名1上海大学博士计算机应用技术2黄宗文上海大学硕士计算机科学与技术3上海大学硕士软件工程45五、申请人科研工作状况本课题组是上海大学计算机学院，智能信息解决实验室。导师徐凌宇专家是上海大学计算机学院博士生导师，国家海洋局重点实验室客座研究员。主持国家自然科学基金，国家“十二五”规划支撑项目，参加上海市重点学科建设项目，上海“智慧都市”建设085项目等等。本人参加了两项国家科技部重点攻关项目，一项上海市自然科学基金，一项“八六三”计划。申请发明专利一项（已受理），已发表科研论文2篇。现在实验室发表了20余篇信息融合科研论文，其中SCI检索5篇，EI检索7篇，ISTP检索5篇，中文核心期刊多篇，国家发明专利（已授权）1项，软件著作权2项。实验室现在正在与中国科学院上海高等研究院机器人实验室建立合作联系，与上海三临图像技术有限公司就建立联合研究实验室基本达成一致，近期将成立。实验室已经进行了10余年的海量图像数据解决研究，在多源传感器信息融合领域有了新的研究成果，将柔性关系加入到融合模型中。现在实验室拥有海量图像解决数据，并初步探讨形成了一系列研究办法，正努力向成果转化。六、拟创业项目介绍项目背景：现在，中国正处在经济高速增加向中高速增加转换的新常态下，“十三五”要解决制约经济新增加的软硬件环节。中央政府推出“中国制造2025”、“互联网+”等国家重大战略展开投资。随着我国劳动力成本日益增大，制造业面临巨大的危机，转型者能制造成为将来发展的大趋势,在此背景下，“机器换人”成为制造业的必然选择。日本早就提出《机器人新战略》，产值4470亿日元，出货量12.7万台,美国制订国家机器人安全新原则，提出《机器人技术路线图》，数量超26万台,欧洲启动《“地平线”战略》。韩国提出《机器人将来战略》。底，工信部出台《有关推开工业机器人产业发展的指导意见》,到，形成较为完善的工业机器人产业体系,哺育3-5家有国际竞争力的龙头公司和8-10个配套产业集群。在《中国制造2025》规划中明确我国将来十年机器人产业的发展重点为两个方向：一是开发工业机器人本体和核心零部件系列化产品，二是突破智能机器人核心技术，开发一批智能机器人,"十三五"期间，机器人发展必将迎来投资良机。上海地方政府出台《有关上海加紧发展和应用机器人增进产业转型提质增效的实施意见》,机器人产业政策红包密集，市场潜力巨大,工业机器人高速增加，服务机器人成为新蓝海。机器人是当代传感器技术、人工智能技术和自动化技术发展的典型体现，机器人技术的发展水平也代表一种国家制造技术的先进性发展水平。其中，移动机器人的发展最为快速，已经大规模实现商业化应用，基于工作中实际应用领域的不同，多个类型机器人采用的技术也各不相似。本项目旨在开发一种基于引导节点位置的自主跟随机器人，使得机器人跟随引导对象自主规划途径避障前行，该机器人在高尔夫球场、病人看护、物流基地、超市购物、领路导航和军事运输等方面有着重要应用。二、本项目开发过程中碰到的难点：1、即时定位与地图构建（SLAM）即时定位与地图构建（SimultaneousLocalizationAndMapping）指的是\o"机器人知识库"机器人在本身位置不拟定的条件下,在完全未知环境中创立地图,同时运用地图进行自主定位和导航。SLAM问题能够描述为:机器人在未知环境中从一种未知位置开始移动,在移动过程中根据位置预计和传感器数据进行本身定位,同时建造增量式地图。（1）定位(localization)：机器人必须懂得自己在环境中位置。（2）建图(mapping)：机器人必须统计环境中特性的位置（如果懂得自己的位置）（3）SLAM：机器人在定位的同时建立环境地图。其基本原理是运过概率统计的办法，通过多特性匹配来达成定位和减少定位误差的。图1

SLAM的基本过程移动机器人自定位与环境建模问题是紧密有关的。环境模型的精确性依赖于定位精度，而定位的实现又离不开环境模型。在未知环境中，机器人没有什么参考物，只能依靠自己并不十分精确的传感器来获取外界信息，犹如一种盲人在一种陌生环境中探索的状况。这种状况下，定位是比较困难的。有地图的定位和有定位的地图创立都是容易解决的，但无地图的定位和未解决定位的地图创立犹如"鸡--蛋"问题，无从下手。已有的研究中对这类问题的解决办法可分为两类：一类运用本身携带的多个内部传感器(涉及里程仪、罗盘、加速度计等)，通过多个传感信息的融合减少定位的误差，使用的融合\o"算法与数据构造知识库"算法多为基于卡尔曼滤波的办法。这类办法由于没有参考外部信息，在长时间的漫游后误差的积累会比较大。另一类办法在依靠内部传感器预计本身运动的同时，使用外部传感器(如激光测距仪、视觉等)感知环境，对获得的信息进行分析提取环境特性并保存，在下一步通过对环境特性的比较对本身位置进行校正。2、热点跟随技术机器人跟随技术包含两个环节，懂得目的在哪里，能自动跟随目的运动。最常见也是应用最广的就是GPS跟随，携带有GPS模块的手机或者手环等设备，与任务设备进行互相通信，不停告知彼此的位置，任务设备按照获得的GPS信息调节自己的姿态与速度跟随。在GPS跟随模式被激活后，机器人将通过自带的GPS模块拟定本身位置，并通过使用者的移动设备（例如手机）上的GPS模块拟定使用者所处的位置。因此GPS跟随与视觉跟随相比，合用的场景更加广泛。几个典型的场景：1.机器人与使用者之间临时出现遮挡物图2视线遮挡遮挡物或忽然出现的曜光会使跟随目的临时丢失。而GPS跟随则基本不受影响。2.特殊环境下跟随目的难以被视觉识别图3光线较暗光线灰暗的夜晚、反光强烈的雪地等场景都会造成此种状况，GPS跟随则均可合用于这些场景。3、识别规避障碍技术热点跟随技术虽有诸多好处，但是无法判断障碍物，还需要辅助其它技术，这里就要提到识别规避障碍技术。当机器人的传感器，或者是摄像头发现前方有障碍物的时候，机器人此时要停下来，首先对障碍物进行扫描，方便做出精确的判断，检测的重要参数应当涉及：障碍物的高度、宽度等重要信息，并将这些检测到的信息上报给机器人的“大脑”，由机器人的“大脑”先做出一种判断：该障碍能否通过？如果能够通过，则继续迈进；如果不能通过，机器人的“大脑”应当发送这样的指令：转身，将机器人的身体转过一种适宜的角度，比方说：30°角。等机器人转过身来后，要对其前方重新进行扫描，判断其前方与否尚有障碍物，且与否已绕过该障碍物，如果已绕过该障碍物，且前方无障碍物的状况下，那么，机器人就能够继续迈进了，任务完毕；如果前方尚有障碍物，且不能不能绕过该障碍物的状况下，就需要由机器人的“大脑”再次发送指令：命令机器人的身体再旋转30°角，此时，重新进行判断：与否能够绕过该障碍物，且前方无其它障碍物，如果这次OK了，那么，机器人就能够顺利绕过该障碍物，任务完毕。识别规避障碍技术，有两种解决方案，一种是在小车四周安装传感器，当检测到行进路线上有障碍物是，根据提前设计好的参数调节反向避过障碍。由于使用的传感器比较简朴，并不能判断障碍物轮廓，甚至识别障碍物。但是造价便宜，反映快速。尚有一种办法是使用摄像头，在行进中不停拍摄照片，通过图像识别技术，识别障碍物。当把两种信息进行信息融合能够有更加好的效果。4、智能导航技术导航技术是移动机器人的一项核心技术之一，"它是指移动机器人通过传感器感知环境信息和本身状态,实现在有障碍的环境中面对目的的自主运动"现在,移动机器人重要的导航方式涉及:磁导航,惯性导航,视觉导航等"其中,视觉导航通过摄像头对障碍物和路标信息拍摄,获取图像信息,然后对图像信息进行探测和识别实现导航"它含有信号探测范畴广,获取信息完整等优点,是移动机器人导航的一种重要发展方向,而基于非构造化环境视觉导航是移动机器人导航的研究重点。机器人视觉被认为是机器人重要的感觉能力，机器人视觉系统正如人的眼睛同样,是机器人感知局部环境的重要“器官”,同时依此感知的环境信息实现对机器人的导航。机器人视觉信息重要指二维彩色CCD摄像机信息,在有些系统中还涉及三维激光雷达采集的信息。视觉信息能否对的、实时地解决直接关系到机器人行驶速度、途径跟踪以及对障碍物的避碰,对系统的实时性和鲁棒性含有决定性的作用。基于计算机视觉的自主机器人导航一种办法是基于地图的机器人导航。基于地图的导航就是提供应自主机器人其导航环境的模型"在某些早期的视觉系统中,自主机器人导航环境的知识都是以网格表征,把三维空间中物体按体积垂直投影到二维水平面上,这种方式普通被引用为/占用地图0"后来,占用地图的思想被/虚拟力场0改善"虚拟力场也是一幅/占用地图0,不同的是在地图中每一种被占用的区域都对机器人施加斥力,而目的地图则对机器人施加引力,全部的这些力通过向量的加减运算的共同作用牵引机器人避开障碍物,向目的地运动。该产品的创新点：本机器人拥有红外传感器，摄像头，扬声器，通过信息融合技术，快速有效识别障碍，并且能够通过扬声器把识别出的物品告诉使用者，形成良好的交互。技术路线：我们通过TensorFlow框架运用GPU运行深度学习算法，来实现图像识别并构建智能跟随机器人，图4是我们的技术路线：图4物体识别机器人的体系构造。首先是核心芯片系统的选择。我们选择RaspberryPi，它有WiFi，四核CPU和一种千兆字节的RAM，另外尚有一种microSD卡能够加载Raspberian。有关全部组件如何协同工作的概述，请参见图4，有关Pi的照片，请参见图5。图5RaspberryPi。图6机器人底盘。另首先是外围设备的选择，和组装。由于直流电动机的运行电流高于RaspberryPi可提供的电流，因此需要单独的控制器，因此我们选择Adafruit电机帽（见图7）。图7带电机帽和相机的RaspberryPi为了获取图片，我们把相机连接到RaspberryPi，并提供可用于识别对象的实时视频。在众多摄像机中选择提供夜视的红外摄像机，以适应夜间摄影的需求。我们添加了一种USB扬声器，方便背面能够发出声音，提示并与顾客进行交互。图84WD机器人（右）和2WD机器人。配备Nginx将摄像机图像的请求直接传递到文献位置，并将其它全部内容传递给网络服务器。然后，建立了一种简朴的Python网络服务器，根据遥控车辆提供的键盘命令来旋转机器人的轮子。最后，安装TensorFlow。从相机的图像上推导tensorflow/contrib/pi_examples/label_image/gen/bin/label_image将输出排名靠前的五个猜想。图9连接在电脑上的机器人市场根据：全球服务机器人市场规模为60亿美元左右，而达成85亿美元左右。预计，-全球服务机器人市场将以13%增加率成长，到全球服务型机器人市场规模将近160亿美元左右。中国服务机器人市场规模为85亿元人民币，按照我国《机器人产业发展规划（-）》，预计到，服务机器人年销售收入有望超出300亿人民币。跟随机器人属于服务机器人的一种，有广阔的发展前景。现在国际上正在研发和测试跟随型机器人，而国内并没有看到跟随机器人产品。图10市场分析同类机器人比较：图11沃尔玛研究的机器人Budgee机器人：FiveElementsRobotics推出的Budgee机器人最高速度为每小时3.9公里左右，其重量只有9公斤左右，如果主人的行进速度太快，它就会用消息推送的方式提示主人慢某些。同时顾客还能够对它大小不一的两个眼睛的颜色进行设定。功效方面，Budgee能够轻松折叠起来，但是却能搭负约23公斤的东西。同时，Budgee充电一次能够持续使用10个小时。另外，Budgee采用了防水设计，其所内置的传感器能够有效避免其掉下楼梯和在碰到障碍时摔倒。Budgee的跟随功效通过嵌入在“耳朵”中的声纳传感器来实现，而在正常工作时，主人需要将一种小巧的模块安置在自己的腰带上，然后在对应的移动应用中设立Budgee的跟随距离。图12Gita机器人Gita私人货品运输机器人：图中这个淡蓝色的机器人，名为Gita，发音为“jee-ta”，意大利语意为“短途旅行”的意思，现在它处在概念机阶段。Gita运载的主体不是人，而是物品，它不仅能够跟随顾客进行购物，并且还能够协助顾客将所购商品搬运回家。Gita的制造商是Piaggio（比亚乔），比亚乔是欧洲规模最大的摩托车制造公司，是全球第一辆踏板车VESPA的制造商。Gita在2月2日公布，但是公司并没有透露Gita机器人的售价，也没有提及该款Gita机器人与公众见面的具体日期。本项目优势：更实惠现在Budgee机器人售价1399美元。而Piaggio并未公布Gita的具体售价。由于最初公布的版本并非面对消费市场，因此价格不会太低。相对于前面提到的跟随机器人的高昂价格，我们所设计的机器人，由于采用通用元器件，在硬件方面所耗费的金钱较少。因此我们所设计的机器人价格能够更低，现在预订价-3000元，相对比来说更加实惠，拥有更大的受众人群。更智能采用信息融合技术，在尽量减少设备造价的基础上，提供尽量快速智能的反馈。采用传感器进行检测规避障碍的同时，识别出障碍，并通过扬声器告诉使用者，这样在导航或者跟随的时候人机交互更和谐，更智能。更便捷同样是采用GPS跟随机制，现在研发的机器人都需要在人身上穿戴设备，并且设备比较笨重，不美观。而我们设计的机器人，以手机替代穿戴设备。只需要在手机中安装对应程序，机器人就能够进行跟随了。在几乎人人都有手机的社会中，这样的做法，不仅节省了设备造价，并且更加美观便捷。经济和社会效益：本项目产品推广后，节省了顾客的时间，方便了顾客的出行。使广大人民共享科技发展红利，提高人民幸福感，有助于社会的可持续发展和长治久安。另外变化生活方式，激发人民发明性，推动社会的进步。在经济上，我们拟售价-3000元每台机器人，推广阶段预计每月销售30台，发明收入6万元。带动就业和有关领域行业的发展。拟采用商业模式：产品的推广采用以线下推广为主，网上推广为辅，相结合的推广办法。网络宣传和推广，首先搜索引擎是最大的宣传平台，因此把自己的网站做好，并做好产品核心字和增加产品核心字权重；另首先在网络上：新浪、网易、腾讯、搜狐、凤凰网、CCTV、新华网、人民网等投放软文广告；同样的能够公布产品供求信息，选阿里巴巴、慧聪网、环球资源等；还能够在唛网公布，专注新产品宣传的网站；另外在百度懂得跟踪问答核心字。以上这些都是比较有效的网络宣传推广手段。线下宣传和推广涉及印发传单、媒体宣传、搞宣传活动、口碑推广、印名片、印塑料带、和本地有关产品销售点合作、企事业单位或政府合作推广、大客户直接定制整套解决方案、下游代理商加盟等等。之后是稳定的发展，稳定的发展说得直白一点就是在基本推广办法基础上不时的结合公司新产品搞促销活动，不定时的发送优惠卷，参加行业内的排行评比等活动，以期获得新闻价值，媒体的曝光。相对于推广的多样化，要将有关产品长久稳定的发展，有效的向市场上推广的话，那么就要合理的安排线下跟网上推广办法相结合，进行长久的有关推广。最后推广效果，对产品推广的效果进行跟踪，定时从使用人群中分析，改善或者取消效果不佳的推广手段，在效果明显的推广方略方面加大投入比重。这样才有助于产品长久稳定的发展。项目团体：组员介绍：博士1人，硕士2人，人员配备较好现在本项目已有3名组员，各个阶层人员比例较好，由一名专家带头，1名博士与2名硕士参加，从理论到技术实现了完美的伙伴。徐凌宇专家负责整个项目的全局管理，XXX负责整个智能跟随型机器人的核心技术设计，XXX、XXX硕士负责用两个月去有关机器人行业进行调研，大部分时间用于业务开展，以满足顾客需求。本人对创业的见解：本人认为创业带动就业，1、一种好的团体。事情的成败的决定因素在人，所谓谋事在人，只有人才干把事情做出来，因此一种好的创业团体是创业成功的核心，这个团体的组员可能不都是最优秀的，但一定要是能互补的，不管从性格上还是能力上，中国讲究的是中庸之道，其意就是这个世界本没有好坏之分，只有合不适宜，何不合理，适宜的，合理的就是最佳的。2、一种好的项目。一种好的项目，能够收到出其不意，先发制人的效果，让人以最快的方式赚到人生的第一桶金，并为后来的事业打下坚实的基础。3、好的执行力。这个很重要，有了执行力，你才干说你是在真正的创业，否则就是赵括将兵，纸上谈兵了。就算你手上有一种好的项目，也只是帮别人铺路而已，佳人年年忙红装，为她人做嫁衣裳。4、及时有效的沟通。有道理是话不说不清，理不辨不明，在这个信息化爆炸辐射的时代，及时有效的沟通变得尤为重要，只有沟通才干增强团体的凝聚力，才干发挥团体的集体智慧，才干统一团体的目的，才干集中团体的全部力量，才干消除团体的不和谐的声音，才干提高团体的执行能力。七、创业实践申请经费预算总经费（万元）3申请经费（万元）3自筹经费（万元）0