基于自主导航的移动机器人控制平台的设计与实现

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近年来,随着机器人技术的飞速发展,移动机器人平台在生活中发挥着越来越重要的作用,其中全向轮移动平台更是得到了非常广泛的应用。与传统移动平台相比,全向轮移动平台可以在任何方向上进行移动,并可以以任意转弯半径进行旋转。由于全向轮移动平台非常适用于在空间狭小,高机动性要求的场合工作,因此受到了越来越广泛的关注。本文介绍的全向轮是Mecanum轮,Mecanum轮是由瑞典Mecanum AB公司所设计的一款全向轮,可实现前后直行,左右横移、45度运动,以及顺时针逆时针旋转等10个方向的运动。相比于普通的移动机器人,麦克纳姆轮全方位移动平台有着很高的移动灵活性,并且具有负载强的优点。本文中采用了Mecanum轮,并基于ROS操作系统,设计了一套移动机器人控制平台。ROS操作系统是一个移动机器人的开源项目,集众多机器人技术与一身,从基本控制,建立地图并进行实时定位,再到自主导航,同时具有接口丰富,便于维护等优点,如今已经被广泛引用于机器人领域。本文所设计的移动机器人控制平台,结合Mecanum轮的运动原理,并采用“X”型的安装方式,成功地对底盘进行了十个方向的远程控制,并能在行进间进行变速控制,可实时调节每个方向的速度以及旋转时的角速度的大小,能适应在不同场景下对机器人移动速度的需求。同时建立起麦克纳姆轮驱动和ROS操作系统之间的实时通信,将ROS发布的角速度和线速度转化为底盘实际所需要的数据,并将ROS所需要的速度大小和传感器的数据进行实时反馈,从而实现底层驱动和上层ROS操作系统之间的实时通信以及底盘的自主导航避障功能,并充分发挥全向轮的优势,优化底盘的行走路径,实现对做业务环境的高适应性。最后对车体搭载的单目摄像头成功地运行了LSD-SLAM算法,建立起周围场景的半稠密三维空间地图,并与激光雷达的深度信息进行融合,算出对应点的深度值差值,并通过此差值依次更新整个点云的深度信息,从而获得当前地图较为准确的深度信息。本文还进行了一系列的实际测验,通过实际的实验结果来验证本移动平台的实用性和设计理念的可行性。
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