随着人工智能的迅速发展,未来生活将发生巨大改变,面对伤残人士,行动不便的老年人等需要被照顾的群体,家庭服务机器人将发挥举足轻重的作用。该文对家庭工具的认知及使用也便成为了服务机器人执行任务过程中的重要内容。对家庭常用工具及工具功用性的认知研究,是为了通过人工智能来赋予家庭服务机器人认知工具进而使用工具的能力。该文从工具的功用性部件边缘检测,功用性部件分类及应用,工具的分类识别等三个方面来展开研究,具体内容如下:首先,从高层语义的角度考虑,工具功用性可作为工具的基础语义。针对家庭服务机器人对工具的整体认知问题,提出了联合工具的各功用性部件进行工具整体建模的方法。该文借鉴结构随机森林的方法,对各功用性部件进行带状边缘的检测,接着组合检测到功用性部件并基于此进行工具功用性分类识别,以提高分类精度。其次,由于家庭日常工具种类及用途的多样性,机器人在服务过程中难以建立适配的语料库。针对该问题,鉴于工具功用性的分类识别,提出将盛(contain)、切(cut)、敲(pound)、支撑(support)和舀(scoop)5个家庭常用工具的主动功用性作为机器人的语料库。建立功用性字典,采用字典匹配的方法,使家庭服务机器人在执行任务过程中能够顺利完成对具有同种功能的替代工具的查找。最后,从图像分类的角度考虑,针对不同工具的整体建模问题提出了一种基于工具几何特征空间池化金字塔的工具建模方法,并对基于工具几何特征空间池化金字塔的工具建模方法展开具体描述,联合支持向量机(Support Vector Machines,SVM)线性分类器实现具体工具的分类识别。