基于ROS的智能全路径覆盖机器人系统设计与实现

发布时间：2023-03-05 20:20

　　智能全路径覆盖机器人指能够系统探索未知环境与地形,并且能够自主规划路径,对区域实现全覆盖行走的移动机器人系统。全路径覆盖机器人系统涉及智能机器人所需的各种关键技术,从实际应用角度具有很大意义。目前关于全路径覆盖机器人的研究大多集中在路径规划算法的设计上,对系统研究较少。本文利用已有的研究成果,尝试基于移动机器人平台,通过添加更多的传感器和控制器,设计并实现更加智能全面的全路径覆盖机器人系统。首先,本文结合具体需求,对智能全路径覆盖机器人的总体方案进行了设计。提出了硬件系统的搭建方案,选取了合适的机器人底盘及负载。在软件方面,以机器人操作系统作为程序设计的基础。其次,设计了机器人系统对任务需求而应具备的各种算法。基于SLAM系统提出了地图的预处理方法和全覆盖路径规划算法。基于激光雷达传感器和碰撞传感器提出了一种避障方法。再次,针对系统所应该具备的各项功能完成了主控制节点程序、沿墙行走节点程序和路径规划及避障节点程序的设计与实现。最后,对系统软件行了仿真测试以及对系统在实际环境下进行了实验。结果表明所设计的系统达到最初目标的功能要求。

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的背景和意义
    1.2 智能全路径覆盖机器人的国内外发展状况
    1.3 基于ROS的机器人系统设计
    1.4 本文主要研究内容及结构
第2章 全覆盖路径规划机器人系统总体设计方案
    2.1 引言
    2.2 系统的硬件结构设计
        2.2.1 下位机设计介绍
        2.2.2 上位机设计介绍
        2.2.3 系统的总体硬件结构设计
    2.3 系统的软件实现方式
        2.3.1 基于ROS的软件系统设计
        2.3.2 软件系统总体节点结构设计
    2.4 本章小结
第3章 机器人系统搭建
    3.1 引言
    3.2 下位机搭建
        3.2.1 下位机供电电路设计
        3.2.2 下位机传感器及电机驱动电路设计
        3.2.3 STM32F103程序设计
    3.3 上位机搭建
        3.3.1 通信节点程序设计
        3.3.2 传感器节点程序设计
    3.4 上下位机测试
    3.5 本章小结
第4章 基于SLAM系统的软件系统实现
    4.1 引言
    4.2 SLAM系统的搭建与实现
    4.3 沿墙行走算法设计
    4.4 全路径覆盖算法设计
        4.4.1 地图尺寸的缩减与分辨率的降低
        4.4.2 沿边行走区域的去除处理
        4.4.3 基于距离波的全路径覆盖算法
    4.5 基于激光雷达与碰撞传感器的避障算法设计
    4.6 本章小结
第5章 机器人系统主要的节点程序设计
    5.1 引言
    5.2 主控制节点程序设计
    5.3 沿墙行走节点程序设计
    5.4 路径规划及避障节点程序设计
    5.5 本章小结
第6章 机器人系统的仿真测试和实验
    6.1 引言
    6.2 系统仿真测试
        6.2.1 机器人仿真器stdr_simulator
        6.2.2 仿真运行结果分析
    6.3 实际环境运行测试
        6.3.1 实际运行环境介绍
        6.3.2 实际运行结果分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3756854