基于ROS的機(jī)器人路徑導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4張CAD圖,基于,ROS,機(jī)器人,路徑,導(dǎo)航系統(tǒng),設(shè)計(jì),CAD 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展，人們生活中機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用隨處可見，掃地機(jī)器人、送餐機(jī)器人等，智能語音助手可以控制著家里的許多電子產(chǎn)品，使人們的生活變得非常的便利，當(dāng)然機(jī)器人在我國航空、醫(yī)療、軍事、等很多領(lǐng)域都有與許多應(yīng)用，且機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用普及必將是未來的趨勢，而談?wù)撈饳C(jī)器人，最為直觀的感受是它的自主移動(dòng)和導(dǎo)航技術(shù)，也是最讓我們最震撼的特點(diǎn)之一，本論文就是分析機(jī)器人的自主定位和導(dǎo)航技術(shù)，并分析設(shè)計(jì)路徑導(dǎo)航系統(tǒng)，對機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要開展工作如下： 1.由于以往機(jī)器人開發(fā)需要重復(fù)大量代碼才能實(shí)現(xiàn)，實(shí)際可用性和可擴(kuò)展性較差，本文介紹并采用ROS來設(shè)計(jì)機(jī)器人路徑導(dǎo)航系統(tǒng)。 2.在路徑規(guī)劃技術(shù)上，本文對全局路徑規(guī)劃Dijkstra算法和A*算法、局部路徑規(guī)劃DWA算法分析比較，采用最優(yōu)方案。 3.進(jìn)行最終方案的測試后總結(jié)并進(jìn)一步討論一些問題。 關(guān)鍵字--ROS、自主移動(dòng)機(jī)器人、路徑規(guī)劃、SLAM、建圖 山西能源學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文文獻(xiàn)綜述 引言 機(jī)器人技術(shù)的飛快發(fā)展，機(jī)器人的多樣化也逐漸體現(xiàn)出來，作為自主移動(dòng)機(jī)器人的重要組成部分：服務(wù)型機(jī)器人，也逐漸呈現(xiàn)在大眾面前，在如今的各大機(jī)器人會(huì)展中服務(wù)型機(jī)器人的智能化引起了各大媒體的關(guān)注，也逐步奠定了服務(wù)型機(jī)器人在機(jī)器人市場中相對比較重要的地位。近些年，服務(wù)型機(jī)器人在國內(nèi)已占據(jù)了機(jī)器人市場中的較大部分，為了在這場潮流中占據(jù)主要地位，我國需要大力發(fā)展機(jī)器人行業(yè)，逐步縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，提高智能化、模塊以及網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展。因此自主移動(dòng)機(jī)器人也成為了機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)的機(jī)器人來說，自主移動(dòng)機(jī)器人具有更強(qiáng)的應(yīng)用型，能夠代替人從事相應(yīng)的工作。本論文就自主移動(dòng)的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行討論。 機(jī)器人領(lǐng)域國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 我國的機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展，多樣化的機(jī)器人也逐漸投入各個(gè)領(lǐng)域使用，自主移動(dòng)的服務(wù)型機(jī)器人已經(jīng)呈現(xiàn)在人們的面前，機(jī)器人的普遍使用也讓媒體和很多國家關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域的未來，服務(wù)型機(jī)器人也必將是未來機(jī)器人市場的重要組成部分。 國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)給出服務(wù)型機(jī)器人的一個(gè)初步定義：服務(wù)型機(jī)器人是一種智能化的自主或者半自主工作的機(jī)器人，它能夠完成對人類有益的服務(wù)工作。聯(lián)合會(huì)還對服務(wù)型機(jī)器人按照各自的用途進(jìn)行分類：特殊用途機(jī)器人，國防用途機(jī)器人，娛樂機(jī)器人，智能教育機(jī)器人等等。近些年來，服務(wù)型機(jī)器人在一些發(fā)達(dá)國家得到較快的發(fā)展。日本已將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為政府既定的國策，為未來30年左右的科技發(fā)展做了相應(yīng)的規(guī)劃，并確定“技術(shù)戰(zhàn)略藍(lán)圖”。他們已經(jīng)把“為自己服務(wù)”的宗旨將機(jī)器人應(yīng)用于日常生活中，如此可以幫助他們節(jié)省了大量的工作。韓國的知識(shí)經(jīng)濟(jì)部發(fā)布了《服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》，強(qiáng)調(diào)發(fā)展智能化的機(jī)器人與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)社會(huì)相結(jié)合，希望通過對創(chuàng)新市場的開拓縮小與其他國家的差距，更進(jìn)一步提出了2018年提升本國機(jī)器人在全球的競爭力。歐洲機(jī)器人研究計(jì)劃則加強(qiáng)機(jī)器人模塊化的功能以及從事特殊環(huán)境作業(yè)機(jī)器人的研發(fā)。美國的機(jī)器人發(fā)展起步相對較早，它的發(fā)展思路是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。 機(jī)器人導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃技術(shù)一直是自主移動(dòng)機(jī)器人智能化的關(guān)鍵研究點(diǎn)，國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)都在此進(jìn)行了深入研究。如何準(zhǔn)確的到達(dá)目的地就需要路徑規(guī)劃以及導(dǎo)航定位技術(shù)，而現(xiàn)有的技術(shù)中對未知的環(huán)境進(jìn)行這方面的處理還不夠完善，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)自主移動(dòng)機(jī)器人即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(Simultaneous localization and mapping，以下簡稱SLAM)技術(shù)可以解決未知環(huán)境的導(dǎo)航定位問題。本論文的工作應(yīng)用場景主要是辦公室服務(wù)機(jī)器人等室內(nèi)環(huán)境，依靠機(jī)器人傳感器獲取的信息，實(shí)現(xiàn)地圖構(gòu)建，導(dǎo)航定位，路徑規(guī)劃等工作，但由于數(shù)據(jù)獲取以及輸出的準(zhǔn)確性，抗干擾能力決定了實(shí)際的效果，另一方面ROS的使用將會(huì)大大縮短開發(fā)者的時(shí)間，讓其可以進(jìn)行更深入層次的開發(fā)，上述技術(shù)的應(yīng)用會(huì)對服務(wù)性機(jī)器人智能化，簡易化提供更加完善解決方案，同時(shí)ROS、SLAM等關(guān)鍵研究點(diǎn)也促進(jìn)了國內(nèi)自主移動(dòng)機(jī)器人的智能化發(fā)展。 山西能源學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文文獻(xiàn)綜述 機(jī)器人路徑導(dǎo)航技術(shù) 導(dǎo)航定位是自主移動(dòng)機(jī)器人的核心技術(shù)，導(dǎo)航是指機(jī)器人從初始狀態(tài)到達(dá)目標(biāo)指定狀態(tài)的過程，而定位是明確機(jī)器人本體在環(huán)境中的位置。適應(yīng)相對環(huán)境的算法可以提高導(dǎo)航定位的精度以及作業(yè)的安全性。依據(jù)不同的傳感器信息獲取有視覺導(dǎo)航、激光導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、磁導(dǎo)航等，其中磁導(dǎo)航的方式相對比較成熟，但是成本高，維護(hù)困難。我國基于磁導(dǎo)航的變電站巡檢機(jī)器人已投入使用，像山東魯能SmartGuard系列變電站巡檢機(jī)器人；浙江國自變電站巡檢機(jī)器人；成都朗馳變電站巡檢機(jī)器人等。但是基于磁導(dǎo)航的成本較高，通用性等較差。慣性導(dǎo)航的累計(jì)誤差，GPS導(dǎo)航的室外限制等都決定了不能基于單一傳感器的使用。計(jì)算機(jī)的發(fā)展導(dǎo)致計(jì)算能力的提高，計(jì)算機(jī)視覺理論以及算法的實(shí)現(xiàn)也得到快速的發(fā)展，視覺導(dǎo)航逐漸成為機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向。DeSouza等人總結(jié)了近幾十年的機(jī)器人視覺導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。包桂秋等人描述了依據(jù)圖像處理的視覺導(dǎo)航，利用攝像機(jī)拍攝的環(huán)境局部圖像，通過圖像處理技術(shù)，如特征提取、識(shí)別等，進(jìn)行機(jī)器人的定位。張寶賢等人研究基于地圖的多機(jī)器人導(dǎo)航，通過粒子濾波等算法進(jìn)行機(jī)器人的導(dǎo)航定位，利用建立好的地圖進(jìn)行特征匹配，對機(jī)器人自身進(jìn)行定位。SutherlandKT等研制的自主移動(dòng)機(jī)器人利用車載攝像機(jī)和相應(yīng)傳感器通過對路標(biāo)的識(shí)別進(jìn)行導(dǎo)航，比直接采用擴(kuò)展卡爾曼濾波器更具有實(shí)時(shí)性，并有效的抑制了噪聲干擾；CheongLF等人研究基于視覺的機(jī)器人技術(shù)：利用車載像機(jī)將機(jī)器人三維運(yùn)動(dòng)與景物的形狀描述相結(jié)合用以解決機(jī)器人中的導(dǎo)航問題，可靠性較高。Song等人將獲取的傳感器數(shù)據(jù)作為模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行輸入，如此使得機(jī)器人進(jìn)行較優(yōu)的作業(yè)行為。Rathner等人通過使用超聲波的數(shù)據(jù)，對道路的邊緣進(jìn)行識(shí)別跟蹤，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在公園中的自主導(dǎo)航。GPS導(dǎo)航等也有相應(yīng)的應(yīng)用場景，如Panzier等人利用卡爾曼濾波融合GPS以及其它傳感器的定位數(shù)據(jù)，建立了室外環(huán)境的機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)。 總結(jié) 本論文主要對機(jī)器人路徑導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行分析和討論，并實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人室內(nèi)自主導(dǎo)航功能。綜合機(jī)器人的發(fā)展歷程，可以看出機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展趨勢如下： 1.智能化。 人工智能的出現(xiàn)是機(jī)器人的智能化發(fā)展的必要因素，人工智能領(lǐng)域還有許多尚未研究透徹的問題也一定程度的限制著機(jī)器人智能化的發(fā)展，自主機(jī)器人的智能化的作業(yè)與學(xué)習(xí)也是服務(wù)型機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)。 智能算法的研究與應(yīng)用：通過有效的智能算法，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法的等應(yīng)用于機(jī)器人自主移動(dòng)中成為最新的研究熱點(diǎn)。智能算法應(yīng)用于服務(wù)型機(jī)器人中，可以使得服務(wù)型機(jī)器人具有更加豐富的功能，也更加貼近人類的生活 2.模塊化、系統(tǒng)化。 隨著機(jī)器人技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)器人的種類多樣化，目前服務(wù)型機(jī)器人的模塊化、系統(tǒng)化還處于一種不完善的狀態(tài)。在軟件技術(shù)上，機(jī)器人的軟件專用性、復(fù)雜性，由于缺乏統(tǒng)一的軟件標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)都可能有自己機(jī)器人操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，各自的軟件可能不能相互匹配應(yīng)用，多種平臺(tái)多個(gè)操作系統(tǒng)的使用使得機(jī)器人研發(fā)人員做了很多的重復(fù)性工作。為了提高代碼的復(fù)用率，并且讓機(jī)器人具有靈活的軟件框架。所以應(yīng)該加快機(jī)器人整個(gè)體系結(jié)構(gòu)、模塊化、系統(tǒng)化的發(fā)展，攻克核心技術(shù)才能使得服務(wù)型機(jī)器人的產(chǎn)品呈現(xiàn)多樣化、智能化，更加利于機(jī)器人大眾化推廣。ROS操作系統(tǒng)的出現(xiàn)是整個(gè)機(jī)器人領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)，它很大程度上簡化了工作量，使研究者在更高的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加完善和更加新穎的開發(fā)。因此，基于ROS的機(jī)器人的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) [1]王田苗.國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2014，9(20):12-16 [2]科技部.“服務(wù)機(jī)器人科技發(fā)展‘十二五’專項(xiàng)規(guī)劃”解讀[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2012,3:6-9 [3](西)馬丁內(nèi)斯，劉品杰譯.ROS機(jī)器人程序設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)初版社.2014 [4] Quigley. 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