一种基于ROS的新型家庭服务机器人设计与实现

发布时间：2017-08-02 12:17

  本文关键词：一种基于ROS的新型家庭服务机器人设计与实现

  更多相关文章： 轻量化机械臂 运动学分析 移动服务机器人 机器人操作系统

【摘要】：移动家庭服务机器人是目前机器人比较热门的研究方向和投资方向。但是由于成本和技术的问题,具有良好操作性能而价格又相对合适的高性价比移动家庭服务机器人目前还没有问世。针对这个现状,TAMS课题组与昆山市工业技术研究院携手对机器人的性能和程序进行研究,希望可以开发出一款高性价比的清洁机器人。首先,回顾一下服务机器人,轻型臂,SLAM技术的国内外发展。其次,设计服务机器人的外形和内部结构,并把机器人分为多个模块,其中每个模块都有一定的性能指标要求。对四自由度机械臂进行了理论设计和计算,确定了机械臂的D-H参数表,对机械操作臂进行运动学正解和逆解,并用MATLAB仿真验证机械臂的可达性。还研究了四自由度机械臂的轨迹规划问题,在MATLAB软件中仿真了一个擦桌子的演示动画。再次,机器人本体设计加工和调试完成后,作者又通过学习和使用机器人操作系统(ROS),简化了构建一个服务型机器人所需要的大部分底层操作,运行了MoveIt!运动规划,Gazebo机器人仿真和SLAM软件包。并开发了在没有机器人实物的情况下利用ROS进行仿真的接口程序。利用仿真节约了使用样机验证产品的费用。最后,总结全文,并对以后的进一步研究提出建议和展望。
【关键词】：轻量化机械臂 运动学分析 移动服务机器人 机器人操作系统
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-13
• 主要符号对照表13-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 引言14
• 1.2 移动家庭服务机器人国内外研究现状综述14-19
• 1.2.1 国外移动家庭服务机器人研究现状14-16
• 1.2.2 国内移动家庭服务机器人研究现状16-19
• 1.3 国内外轻型机械臂研究综述19-23
• 1.3.1 国外轻型机械臂研究综述19-22
• 1.3.2 国内轻型机械臂研究综述22-23
• 1.4 服务机器人底盘介绍23-24
• 1.5 服务机器人常用地图构建与定位方法介绍24-26
• 1.5.1 内部传感器定位24
• 1.5.2 主动传感器定位24-25
• 1.5.3 视觉传感器定位25
• 1.5.4 全球卫星定位25
• 1.5.5 基于神经认知模型的定位25-26
• 1.6 本研究课题的意义和主要研究内容26-27
• 1.6.1 选题意义26
• 1.6.2 主要研究内容26-27
• 第二章 服务机器人结构设计27-35
• 2.1 引言27
• 2.2 服务机器人整体概念方案27-28
• 2.3 服务机器人底盘构型方案28-29
• 2.3.1 底盘的主要技术指标28
• 2.3.2 底盘的外形设计28-29
• 2.4 服务机器人身体构型方案29
• 2.5 服务机器人头部及云台构型方案29-30
• 2.6 机械臂构型方案30-33
• 2.6.1 重量指标分配30
• 2.6.2 机械臂构型选择30-31
• 2.6.3 关节长度的确定31
• 2.6.4 关节参数的计算31-32
• 2.6.5 机械臂电机的选择32-33
• 2.7 服务机器人电器连接33
• 2.8 本章小结33-35
• 第三章 轻型机械臂的运动学研究35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 服务机器人结构分析35-36
• 3.3 机器人正运动学36-40
• 3.3.1 描述空间物体位姿的方法36-37
• 3.3.2 机器人坐标建立37-38
• 3.3.3 坐标变换矩阵计算38-40
• 3.4 机器人逆运动学40-42
• 3.4.1 求d_140-41
• 3.4.2 求θ_241
• 3.4.3 求θ_3, θ_4, θ_541-42
• 3.5 利用机器人工具箱的一些前期验证42-44
• 3.5.1 基于MATLAB工具箱的机器人运动学仿真42-43
• 3.5.2 机械臂原理样机的实物验证43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 轻型机械臂的轨迹生成45-51
• 4.1 引言45
• 4.2 关节空间规划方法45-46
• 4.2.1 三次多项式45-46
• 4.2.2 高次多项式46
• 4.3 笛卡尔空间规划方法46-47
• 4.4 MATLAB轨迹规划仿真47-49
• 4.4.1 关节空间规划47-48
• 4.4.2 笛卡尔直线规划48-49
• 4.5 擦桌路径生成实例49
• 4.6 本章小结49-51
• 第五章 服务机器人的总体控制方案51-62
• 5.1 引言51-53
• 5.2 基于ROS的服务机器人总体控制方案53-55
• 5.2.1 NVIDIA? Jetson TK153-54
• 5.2.2 压力传感器54
• 5.2.3 Realsense深度相机54-55
• 5.3 导出机器人的STL格式模型55
• 5.4 在ROS里建立机器人三维模型55-58
• 5.5 基于MoveIt! 的机械臂轨迹规划58-60
• 5.5.1 定义关节类型58
• 5.5.2 JTAC介绍58-59
• 5.5.3 MoveIt! 逆解方法介绍59
• 5.5.4 MoveIt! 控制构架59-60
• 5.5.5 配置MoveIt! 并进行路径规划60
• 5.6 基于深度相机的室内地图建立与导航60-61
• 5.7 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 附录A 服务机器人URDF文件代码66-68
• 附录B Launch文件代码68-69
• 附录C Arduino程序69-71
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果71-72
• 致谢72

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