家服机器人本体控制系统设计与实现

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近年来,随着人们生活水平的提高以及社会老龄化趋势的加剧,家服机器人的需求越来越大,家服机器人逐渐成为研究热点。本文根据国家863计划机器人模块化单元技术项目要求,针对其中的家服机器人本体控制系统展开研究,完成了家服机器人本体控制系统软硬件设计和基本功能模块开发,实现了家服机器人室内环境的移动作业,为项目的后期研究奠定了基础。  本文首先介绍了家服机器人控制系统的硬件设计与实现,依据产品设计流程将硬件系统的设计和实现划分为多个阶段,并依次介绍需求分析、方案设计、模块选型以及系统集成和调试等过程。硬件平台的设计与实现为软件系统的搭建提供基础。  接着,本文从家服机器人控制系统的软件需求入手,分析家服机器人控制系统软件设计对网络化管理、模块化升级以及轻量化设计的需求,据此对软件系统进行层次化方案设计。基于此方案介绍各个模块的具体实现过程,完成了家服机器人控制系统软件系统的搭建。本文创新性地提出通过软件代理节点的方式将家服机器人底层系统和开放的ROS软件框架无缝连接,使得家服机器人可以利用ROS平台实现算法的共享,在一定程度上体现了软件模块化的思想。  然后,本文介绍了移动平台的运动规划和自主定位的研究工作。移动平台的规划和定位是家服机器人进行移动作业的前提。本文采用基于“元轨迹”规划策略的运动规划以及基于多码盘信息融合的自主定位方法。基于“元轨迹”的规划方案不仅可以实现实时路径修正,而且便于为各种上层规划算法提供支持,实现系统的模块化升级。  最后,本文通过一系列运动实验验证整个本体控制系统的易用性和可靠性。结果表明,本文设计实现的家服机器人本体控制系统的软硬件性能都达到了项目的设计指标,能够满足后期的应用需求。
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