基于ROS的移动机器人系统平台的设计与实现
发布时间：2021-04-26 15:32
目前机器人应用人才短缺,许多高等院校均开设了机器人工程专业。移动机器人平台是开展机器人工程专业实践教学的重要载体。本文基于机器人操作系统ROS（Robot Operating System）研制开发移动机器人平台,可用于机器人相关专业的实践教学中。本文主要工作如下。分析了ROS操作系统的研究现状、国内外机器人实践教学平台的研究现状,并根据“机器人工程”专业的实践教学要求明确了平台的功能需求,制定了系统总体的机械设计和控制设计方案,最终实现了移动机器人平台的实物搭建。介绍了轮速PID算法和里程计算法原理,为两轮差速驱动机器人移动平台建立了运动学模型,基于STM32F103的嵌入式开发板,使用C++编程实现了轮速PID控制算法和里程计算法。分析了ROS的架构、运行机制和本机器人平台的硬件构成,制定了ROS与STM32F103的串口通讯协议和无线手柄控制协议,实现了无线遥控和数据实时采集的功能。基于谷歌公司的cartographer功能包和ROS系统的movebase功能包,根据平台硬件属性进行关键参数编程配置,实现了地图构建及自主导航移动的功能。通过实验对移动机器人平...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 ROS操作系统的研究现状
1.2.1 ROS的基本概念
1.2.2 ROS的特点
1.3 机器人实践教学平台的研究现状
1.3.1 国内机器人实践教学平台的研究现状
1.3.2 国外机器人实践教学平台的研究现状
1.4 课题主要内容
1.5 本章小结
第2章 机器人硬件平台设计
2.1 总体设计架构
2.2 机械部分硬件设计
2.2.1 机械总体设计框架
2.2.2 三层结构的层高和直径设计
2.2.3 板材及轮子选型
2.2.4 电机选型及参数确定
2.2.5 机械性能指标
2.3 控制部分硬件设计
2.3.1 总体电路设计
2.3.2 底层控制系统设计
2.3.3 顶层控制系统设计
2.3.4 激光雷达选型及参数确定
2.4 本章小结
第3章 底层控制系统的算法实现
3.1 PID控制算法
3.1.1 PID算法原理
3.1.2 PID算法在程序中的实现
3.1.3 空载情况下的PID算法参数的确定
3.2 里程计算法
3.2.1 里程计算法原理
3.2.2 里程计算法在程序中的实现
3.3 本章小结
第4章 基于ROS的顶层控制系统设计
4.1 ROS架构介绍
4.1.1 ROS架构设计
4.1.2 ROS运行机制
4.2 制定ROS与STM32F103的串口通讯协议
4.3 在ROS上使用无线遥控手柄操作机器人
4.4 建立地图
4.5 基于地图的自主导航
4.6 本章小结
第5章 构建地图和自主导航的综合实验
5.1 地图构建
5.2 自主导航
5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附表
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人实验教学平台[J]. 李颀,强华. 实验技术与管理. 2018(04)
[2]高校机械电子工程专业机器人实践教学平台建设研究[J]. 岳龙旺,邢晓柳. 科技创新导报. 2017(03)
[3]智能家居机器人仿真教学平台的研究与实现[J]. 熊英,黄亚辉,石英春. 中国现代教育装备. 2016(09)
[4]机器换人产业背景下的地方高校应用型人才培养模式[J]. 胡红生,王娟,孙江,张今朝. 实验室研究与探索. 2016(03)
[5]模块化教学机器人平台设计[J]. 林敏,黄学强,王勇,赖思琦. 机电工程技术. 2015(06)
[6]以码垛和分拣机器人为载体的实践教学平台设计思路剖析[J]. 宋飞燕. 电子制作. 2015(01)
[7]PID在船闸闸门同步运行中的运用[J]. 窦立. 电子世界. 2014(16)
[8]机器人创新性教学平台的实践与探索[J]. 黄文恺,陈虹. 今日科苑. 2009(05)
[9]基于机器人实验教学平台的研制[J]. 肖晓萍,廖青,李自胜. 机电产品开发与创新. 2008(04)
[10]基于PC的开放式测控系统的研究[J]. 叶晓平. 制造技术与机床. 2004(08)
硕士论文
[1]基于SLAM技术的智能机器人定位导航研究[D]. 王永涛.北方工业大学 2018
[2]导航机器人的地图构建和定位研究[D]. 王鹏.天津工业大学 2018
[3]基于ROS轮式机器人视觉导航系统的设计与实现[D]. 王鸿誉.天津工业大学 2018
[4]全向移动机器人控制系统的研究[D]. 谭柱.深圳大学 2017
[5]基于ROS的移动机器人建图导航技术研究[D]. 许玉龙.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3161664
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 ROS操作系统的研究现状
1.2.1 ROS的基本概念
1.2.2 ROS的特点
1.3 机器人实践教学平台的研究现状
1.3.1 国内机器人实践教学平台的研究现状
1.3.2 国外机器人实践教学平台的研究现状
1.4 课题主要内容
1.5 本章小结
第2章 机器人硬件平台设计
2.1 总体设计架构
2.2 机械部分硬件设计
2.2.1 机械总体设计框架
2.2.2 三层结构的层高和直径设计
2.2.3 板材及轮子选型
2.2.4 电机选型及参数确定
2.2.5 机械性能指标
2.3 控制部分硬件设计
2.3.1 总体电路设计
2.3.2 底层控制系统设计
2.3.3 顶层控制系统设计
2.3.4 激光雷达选型及参数确定
2.4 本章小结
第3章 底层控制系统的算法实现
3.1 PID控制算法
3.1.1 PID算法原理
3.1.2 PID算法在程序中的实现
3.1.3 空载情况下的PID算法参数的确定
3.2 里程计算法
3.2.1 里程计算法原理
3.2.2 里程计算法在程序中的实现
3.3 本章小结
第4章 基于ROS的顶层控制系统设计
4.1 ROS架构介绍
4.1.1 ROS架构设计
4.1.2 ROS运行机制
4.2 制定ROS与STM32F103的串口通讯协议
4.3 在ROS上使用无线遥控手柄操作机器人
4.4 建立地图
4.5 基于地图的自主导航
4.6 本章小结
第5章 构建地图和自主导航的综合实验
5.1 地图构建
5.2 自主导航
5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附表
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人实验教学平台[J]. 李颀,强华. 实验技术与管理. 2018(04)
[2]高校机械电子工程专业机器人实践教学平台建设研究[J]. 岳龙旺,邢晓柳. 科技创新导报. 2017(03)
[3]智能家居机器人仿真教学平台的研究与实现[J]. 熊英,黄亚辉,石英春. 中国现代教育装备. 2016(09)
[4]机器换人产业背景下的地方高校应用型人才培养模式[J]. 胡红生,王娟,孙江,张今朝. 实验室研究与探索. 2016(03)
[5]模块化教学机器人平台设计[J]. 林敏,黄学强,王勇,赖思琦. 机电工程技术. 2015(06)
[6]以码垛和分拣机器人为载体的实践教学平台设计思路剖析[J]. 宋飞燕. 电子制作. 2015(01)
[7]PID在船闸闸门同步运行中的运用[J]. 窦立. 电子世界. 2014(16)
[8]机器人创新性教学平台的实践与探索[J]. 黄文恺,陈虹. 今日科苑. 2009(05)
[9]基于机器人实验教学平台的研制[J]. 肖晓萍,廖青,李自胜. 机电产品开发与创新. 2008(04)
[10]基于PC的开放式测控系统的研究[J]. 叶晓平. 制造技术与机床. 2004(08)
硕士论文
[1]基于SLAM技术的智能机器人定位导航研究[D]. 王永涛.北方工业大学 2018
[2]导航机器人的地图构建和定位研究[D]. 王鹏.天津工业大学 2018
[3]基于ROS轮式机器人视觉导航系统的设计与实现[D]. 王鸿誉.天津工业大学 2018
[4]全向移动机器人控制系统的研究[D]. 谭柱.深圳大学 2017
[5]基于ROS的移动机器人建图导航技术研究[D]. 许玉龙.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3161664
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