基于ROS的全向移动机器人系统设计与实现.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：18.24M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

声明

摘要

英文摘要

第1章绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 相关领域的国内外研究现状

1．2．1 ROS操作系统的研究现状

1．2．2 物联网服务机器人的研究现状

1．3 本课题目标与意义

1．4 本文主要内容

第2章硬件平台设计

2．1 硬件设计架构

2．2 硬件平台各模块介绍

2．2．1 底层控制模块

2．2．2 信息处理与决策层

2．2．3 用户交互层

第3章传感器数据预处理

3．1 AHRS传感器模块

3．1．1 工作原理

3．1．2 误差建模与校正

3．1．3 实时滤波算法

3．1．4 实验分析

3．2 超声波

3．2．1 超声波工作原理

3．2．2 实时滤波算法

3．2．3 实验分析

3．3 编码器

3．3．1 编码器工作原理

3．3．2 编码器校正

3．4 本章小结

第4章即时定位与地图构建

4．1 算法原理

4．2 算法实现

4．2．1 ROS的基本概念

4．2．2 地图构建

4．2．3 实验验证

4．3 本章小结

第5章导航与规划

5．1 软件系统整体设计框架

5．2 应用服务层软件系统设计

5．2．1 PC终端

5．2．2 车载视频终端

5．2．3 通信协议

5．3 导航规划

5．3．1 算法原理

5．3．2 导航软件框架

5．3．3 实验验证

5．4 本章小结

第6章运动控制器

6．1 三轮全向移动机器人的运动学分析

6．2 运动控制器的软硬件架构

6．2．1 原理图

6．2．2 任务调度流程

6．3 PID控制器

6．4 本章小结

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及取得的其他研究成果

中自错孽敢求犬玺 1d’Technology ofChina 硕．士豢槛，滁囊论文题目墨!!!!竺竺竺翌竺竺兰全兰竺兰兰与实现张鹏控制科学与工程作者姓名学科专业导师姓名完成时间 ˝ • ‰ ˚

中国科学技术大学硕士学位论文基于ROS的三轮全向移动机器人系统设计与实现作者姓名：张鹏工程领域：控制科学与工程校内导师：高放副研究员双丰研究员完成时间：二。一七年四月 ˝ • ‰ ˚

University of Science and Technology of China A Dissertation for Master’S Degree of Engineering Design and ImpIementation of Th ree-wheeI Om n i-d i rectional Mobi le Robot System Based on ROS Author’S Name： Zhang Peng Speciality： Supervisor： Control Science and Engineering Prof．Gao Fang Prof．Shuang F eng Finished time：lnlslle May，201 7 ˝ • ‰ ˚

中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：獗一聊曙签字日期：弘】)；么)乡中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口保密(——年) 多欤舶导师签名：高君贸趟0么．砂签字日期：!!!：j·三作者签名：签字日期： ˝ • ‰ ˚

摘要摘要近些年来，伴随着人工智能技术、计算机与传感器技术、电子信息工程技术等新型技术的快速发展，智能机器人技术也得到了突飞猛进的发展，并迎来了产业化的黄金阶段。通信技术水平的提高推动了物联网技术的广泛应用，再次为机器人技术应用领域的发展注入新活力。物联网技术与机器人技术的相互融合，在智能家居、安防等领域表现出前所未有的巨大前景，将会成为机器人技术发展进步的一个比较大的发展趋势。本文从机器人的物联网应用角度出发，设计了一套基于ROS机器人操作系统的移动机器人控制平台。本文所设计的平台融合了机器人技术与物联网技术，从而实现了两种关键技术的交叉融合与优势互补。机器人平台架构采用低耦合的分层控制理念，包括以物联网服务为核心的应用层、以ROS机器人操作系统为核心的信息决策与处理层以及负责机器人运动控制的嵌入式底层，具有易于维护、低成本、可复用等优点。本文阐述了一个完整的移动机器人系统所需要实现的感知、定位、认知与决策、以及运动控制这四大模块，介绍了移动机器人所需要的传感器种类、及其工作原理以及传感器数据预处理方法；通过多传感器信息融合技术来实现机器人的即时定位与地图构建；利用云服务向机器人终端发布控制命令，并获取机器人传感器信息，机器人根据所获得的来自应用层的控制命令以及机器人当前的位姿状态来进行运动规划与决策；最终将决策信息交由负责运动控制的执行器来完成动作。本文详细介绍了以上几个功能模块的硬件设计思路，软件设计流程，以及相关的算法原理。为了验证移动机器人平台的实用性，本文还进行了一系列实验与测试，通过具体的实验效果论证了本移动机器人平台设计理念的可行性。关键词：全向移动机器人、物联网、即时定位与地图构建、轨迹规划、嵌入式 ˝ • ‰ ˚

摘要 Ⅱ ˝ • ‰ ˚

ABSTRACT ABST队CT With the development of artificial intelligence technology，computer and sensor technology，electronic information engineering technology and other new technologies in recent years，intelligent robot technology has also advanced greatly and its golden stage of industrialization ushers．The communication technology is applied to promote the extensive application of Intemet of Things(IOT)technology， and the development of robot technology applications．The integration of IOT and robot technology has great potential in the areas of Smart Home，security and SO on， and thus becomes one main trend of robot technology development． This paper designs a set of mobile robot control platform based on robot operating system(ROS)from the point of view of robot’S application in lOT．The platform designed in this paper combines the robot technology and lOT and thus has both advantages of the two key technologies．The architecture of the platform adopts the concept of low coupling hierarchical controls，which includes the application layer with IOT as the core，the information decision and processing layer with the robot operating system as the core，and the embedded bottom layer which is responsible for the robot movement contr01．It iS easy to maintain and 10W cost， reusable．This paper describes the four modules required for a complete mobile robot：sensing，positioning，cognition and decision making，and motion contr01．It introduces the types of sensors，working principle and sensor data pre-processing methods needed by mobile robots．Sensor information fusion technology is utilized for simultaneous localization and mapping；Cloud services are used to send control commands to the terminal of the robot，and also get the robot sensor information． The robot’S motion is planned and decided according to the control command from the application layer and current pose stams．Finally，the decision information is transferred to the actuator in charge of the motion contr01 to accomplish the action． This article describes in details how to design the hardware of the above functional module，software design process，and the relevant algorithm principle． In order to verify the feasibility of the mobile robot platform，a series of experimental tests are carried out．The results demonstrate the design concept of the mobile robot platform is practical． HI ˝ • ‰ ˚

ABSTRACT Key Words：Omni—directional mobile robot，Intemet of Things，simultaneous localization and mapping，trajectory planning，embedded Ⅳ ˝ • ‰ ˚

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