【摘 要】
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随着计算机技术和传感器技术的不断发展,为更好满足自动化生产设备柔性化的需求,相较于传统单一机械臂/AGV各自完成某一环节的任务,将两者集成为兼具移动和可操作功能的移动机器人极大地拓展了传统机器人的应用范围,在各领域都具备广阔的应用前景。移动机器人研究是一项复杂的系统工程,涉及视觉定位技术、SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）与导航技术、智能控制技术
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随着计算机技术和传感器技术的不断发展,为更好满足自动化生产设备柔性化的需求,相较于传统单一机械臂/AGV各自完成某一环节的任务,将两者集成为兼具移动和可操作功能的移动机器人极大地拓展了传统机器人的应用范围,在各领域都具备广阔的应用前景。移动机器人研究是一项复杂的系统工程,涉及视觉定位技术、SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）与导航技术、智能控制技术等,本文以ROS（Robot Operating System）机器人操作系统为开发平台,对移动机器人的自主导航与抓取的实现展开研究,主要工作包括以下几个方面:（1）移动机器人系统的总体设计。首先分析了移动机器人的整体结构,将其划分为感知层、决策层、执行层,并简要介绍各层主要的硬件设备;然后设计了机器人控制系统,将其分为视觉定位系统、SLAM与导航系统以及抓取系统,描述各子系统承担的任务;最后阐述了机器人操作系统ROS在移动机器人开发过程中的优势。（2）基于双目视觉的目标识别与定位系统研究。首先以Realsens D435i双目相机为研究对象,建立相机的成像和畸变模型,完成了内外参数以及畸变参数的标定;然后根据机器人中相机与机械臂的位置关系完成了手眼标定;接着基于HSV颜色特征对目标物体进行识别分割,并求解目标的三维坐标,为机械臂最佳抓取位姿提供了依据;最后通过实验测试视觉定位系统的精度,验证了标定结果的正确性。（3）移动机器人的SLAM与导航系统研究。首先通过对移动机器人的运动模型分析,完成里程计节点的编写;然后对移动机器人的SLAM、路径规划的主要算法进行研究,提出了一种基于人工势场的改进A*的全局路径规划算法并进行仿真实验,改进后的算法相较于改进前的路径规划效率更高,轨迹转折更少;最后在ROS环境中实现了机器人建图与导航功能,为机器人后续的抓取工作做好了准备。（4）机械臂的抓取系统研究。首先建立aubo-i5机械臂的D-H模型,对机械臂的正逆运动学求解进行分析;然后基于Move It搭建了机械臂的运动规划平台;最后结合视觉系统对机器人视觉定位精度和抓取精度进行了测试,验证了视觉定位系统和抓取系统的可靠性。（5）移动机器人导航抓取作业的联合测试。在完成（1）～（4）的基础上,设计移动机器人整体功能的测试流程,在实际环境中对机器人的导航与抓取的联动进行测试,移动机器人将完成四个目标点之间的导航和两种目标物的抓取与转移作业,通过对测试结果的分析,验证了本文研发的移动机器人导航与抓取系统的可行性与可靠性。
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