半自主网络化移动机器人系统及应用软件开发

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新型网络化移动机器人系统是智能环境和移动机器人相结合的系统。目前机器人任务复杂程度的提高,对系统的开放性、交互性等方面提出了更高的要求,并且很多复杂任务的完成需要机器人系统具备半自主控制功能。本文针对室内环境下移动作业型服务机器人应用需求,研究了具有半自主功能的网络化移动机器人系统结构及应用软件开发技术,开发了典型的机器人自主与半自主功能。根据系统的开放性、任务复杂化以及半自主控制需求,半自主网络化移动机器人系统以已有平台为基础,以机器人系统中间件ROS为软件开发平台,实现了包含Web客户层、网络服务层和机器人本地控制层在内的三层网络系统结构。论文介绍了半自主网络化移动机器人系统的研究现状,分析了系统开发难点,给出了系统在功能、性能和通信方面的需求,论述了网络服务系统运行管理、机器人自主运行基本功能以及半自主典型任务的实现过程。首先设计了网络服务层基本功能模块、通信模块和人机交互模块,实现了系统运行监控、辅助资源在线管理、复杂任务分解与调度等功能。接着以未知环境自主探索与环境建图功能为例,开发了移动机器人自主运行基本功能。然后针对机器人自主行为和人的遥操作两方面的不足,设计了交互式和共享模式等两种半自主控制模式,并分别开发了机械臂物品抓取和导航避障功能,实现了机器人的半自主典型任务的执行。最后以服务机器人移动作业为应用场景进行实验,测试评估了网络机器人系统的基本性能,验证了机器人环境探索、地图创建、物品抓取、避障导航等基本功能。
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