基于ROS的导盲机器人设计

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全球盲人数量巨多,然而盲人的出行状况却不容乐观。盲人出行需要有对应的辅助器件来辅助出行。传统的导盲辅具作用有限,导盲犬难以普及,因此大多数盲人出行依旧困难。之前的研究者提出的导盲机器人一般存在着重量尺寸大、成本高等问题,难以投入实际应用。本文提出了一款轻便的导盲机器人,该机器人硬件系统除了重量轻外还有可折叠功能。机器人采用了嵌入式主板作为机器人的控制器,并配备多个传感器来实现对周围环境的监测以及对盲人的牵引。通过各传感器的融合并且结合ROS系统,导盲机器人实现了SLAM、自主导航和对盲人的牵引。导盲机器人的硬件部分主要由机械结构、电控系统两大部分组成。机械结构主要由骨架、驱动轮组、从动轮以及伸缩架等部分构成,是一个可折叠结构。考虑到实际场地不平,机器人的从动模块配备了弹性单元来保证机器人和地面的接触,提高机器人的平稳性。机械结构的仿真分析验证了结构的可靠性。在控制方面使用了嵌入式主板作为机器人的控制器,并搭载了深度相机、激光雷达、IMU、超声波雷达及力传感器等众多传感器。嵌入式主板配备ROS,通过接收并融合处理传感器信息,最终输出机器人的控制指令。多传感器分层布局,使得机器人对周围环境具有强的探测能力。在搭建的样机中,传感器通过USB和串口方式与控制器连接。控制器在ROS中融合传感器信息实现导盲机器人所需要具备的基本功能,包括SLAM与自主导航。在自主导航的基础上,机器人结合力传感器实现了对盲人的牵引。最后的性能测试表明机器人满足了预定的指标。建图、自主导航和导盲测试也表明机器人能够较好的完成导盲任务,验证了导盲机器人的可行性。
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