基于ROS的室内引导机器人系统设计与实现

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随着越来越多的室内服务型机器人出现在大众的视野中,机器人在社会各个领域的应用日益扩增,例如扫地机器人等家用型机器人与服务型机器人层出不穷,机器人相关的导航等关键技术也受到了国内外学者的广泛关注。并且随着语音识别、机器学习和人工智能等算法的成熟,将这些技术应用在机器人上也是大势所趋。在室内环境下的自主导航是移动机器人实现多种附加服务功能的基础,如何设计实现一个稳定可靠的室内机器人系统,提高机器人的导航和定位精度,并且能够接入语音识别等功能接口,是构建新型室内服务型机器人的关键所在。首先根据室内引导机器人的应用场景和用户需求进行了需求分析,并在此基础上进行了总体设计和详细设计,包括基于ROS的机器人导航框架系统设计、栅格地图的构建和基于语音识别的定点导航等几个方面。根据模块化编程的思想,系统整体采用ROS(Robot Operating System)操作系统作为基础框架,既能接入官网和社区的开源功能包,实现基础功能的代码复用,也能在此基础上进行二次开发。其中,自主构图功能采用基于图优化的Cartographer算法实现,通过构建局部子图和添加回环检测来提高地图精度。自主导航功能的关键在于路径规划,在全局路径规划上对原始A*算法进行改进,并与局部路径规划的动态窗口算法(Dynamic Window Appro ach)算法结合,从而提升机器人在导航过程中的速度和精度。为方便远程控制机器人的移动,基于ROSBridge实现了非ROS系统和ROS系统的通信。此外,系统加入了近年来热门的语音识别模块,通过语音识别功能将语音命令转化为目的地坐标,使机器人能够识别用户的口述命令,从而减少了在导航中手动选择目的地的操作,简化了机器人导航的操作和流程。通过在实验室环境下的自主导航实验,自行验证了改进构图和路径规划算法的有效性,成功实现了语音导航功能,系统基本达到用户需求和设定的目标,能成功构建实地环境的栅格地图并进行准确的自主导航,为室内服务机器人的应用和开发提供了底层移动上的支持。
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