机器人操作系统ROS安全性研究综述

机器人日益走进人们的日常生活,也受到了国内外越来越多的关注.机器人系统的一个重要特性是安全性,增强机器人系统的安全性可以保护机器人免受恶意攻击者的入侵.机器人操作系统的安全性是机器人系统安全性的重要组成部分.虽然近年来研究人员针对机器人操作系统的安全性做了许多研究工作,但遗憾的是,安全性目前还没有得到足够的重视.为了引起人们对机器人系统安全性更多的关注,同时帮助人们快速了解当前主流机器人操作系统ROS(robot operating system)的安全性解决方案,对ROS的安全性进行系统的调研和总结.一方面,深入分析ROS的安全特性,总结ROS中已知的安全问题.另一方面,对近年来ROS安全性相关的研究进行分类分析和概括总结,并从机密性、完整性和可用性这3个方面,对众多ROS的安全性解决方案进行比较.最后,对ROS安全性研究的前景进行展望.

基于机器人操作系统ROS的人机交互方法分析

在机器人的人机交互中,有多种人机交互的方式,如通过命令输入、语音输入等,随着机器人技术的发展,机器人中的软件控制系统的性能也在不断提高,其中利用机器人中的ROS网络技术,可以使得机器人更好地实现人机交互。本文详细分析了机器人的人机交互方法,并介绍了该方法在实际中的应用情况。

基于ROS操作系统的巡检机器人的设计与研究

本作品以GUARDER机器人为主体,运用PID视觉巡线算法、基于Yolo环境的深度学习以及ROS机器人操作系统完成从起点位置出发,沿途依次通过上下斜坡、单边桥、S弯道、直角弯道、U形弯道、双边桥等地形,并在弯道区域完成不同人群的人数识别。该巡检机器人具有识别异常情况、自主避障及远程播报功能,能够更好地服务于复杂多变的工地场合。

嵌入式系统中机器人操作系统(ROS)多机通信图像传输效率改善的研究

在传统的嵌入式系统中,由于计算资源有限,通信和图像传输的效率时常受到限制,导致图像检测的准确性和实时性有所降低。为了解决这一问题,一种改善机器人操作系统(robot operating system,ROS)多机通信图像传输的方法被提出。首先,利用ROS中的多机通信功能作为多机通讯的方法,实现机器人系统的分布式计算和通信;其次,调用跨平台计算机视觉库(OpenCV库)函数中的联合图像专家小组(joint photographic experts group,JPEG)图像压缩功能来提高图像传输的速率;最后,引用CvBridge(将ROS图像消息和OpenCV图像连接起来的桥梁)库将ROS压缩图像消息进行解压缩并发布解压缩后的节点,实现图像传输。通过JPEG图像压缩可以减小图像数据的大小,从而降低了图像传输时的带宽占用和延迟。提出的方法有助于提升ROS在有限计算资源下的性能,使其在多机环境中更为高效和可靠。

一种基于ROS的分布式安防巡逻机器人系统

针对目前安防巡逻机器人系统中对机器人主控机负载能力要求较高的问题,设计一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的分布式安防巡逻机器人系统。将同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)节点以及视觉识别节点分布于局部ROS网络中的机器人主控机和远程监控端,SLAM方面采用gmapping算法实现动态环境中的地图构建以及机器人的定位;视觉识别方面采用TensorFlow深度学习框架,利用TensorFlow Object Detection API实现场景里多个物体的识别。结果表明,该系统为基于ROS的分布式安防巡逻机器人系统的设计提供了参考。

基于ROS的蛇形机器人控制系统设计

蛇形机器人具有超冗余度的躯干结构和多样化的移动步态。为验证其控制算法,需要一个稳定可靠且具备强扩展性的控制系统。设计开发了一种由正交关节单元组成的蛇形机器人,并提出基于ROS(Robot Operating System)的控制系统设计方案。该方案将控制系统分为应用层、决策层和运动控制层,各层之间分工明确且耦合性低,从而提高了系统的稳定性和扩展性。采用曲线离散法规划蛇形机器人的运动步态,并进行蜿蜒运动和侧移运动测试。实验结果表明,该运动控制策略对机器人有效且设计方案具有可行性和实用性。

基于ROS机器人的口腔模型交接电子标签扫描系统的设计与实现

针对医院在口腔模型手工交接中费时费力、易出差错、丢失的问题,设计了ROS机器人口腔模型交接电子标签扫描系统。基于ROS机器人的操作系统结合树莓派PC技术,以及节点与节点对接、通信传输数据技术和射频识别技术构建了工作平台,经过系统试运行及对多个口腔模型扫描测试,验证了系统设计的合理性,解决了护士在模型管理中出现因字迹模糊导致的差错和丢失问题,缩短交接时间,提高了工作效率,实现了以电子化替代手工口腔模型交接管理、数据采集、数据储存管理的预期效果。

温室ROS喷雾机器人系统设计

目前,我国温室内的传统植保作业主要以人工为主,劳动强度大、效率低,且会对环境造成污染。为解决以上问题,设计了一种基于ROS的温室喷雾机器人。该机器人采用深度相机进行自主规划路径;通过双目相机与YOLO v5机器视觉算法相结合,对番茄进行识别;最后利用喷雾系统对番茄实现喷雾的目标。实验结果表明:该机器人具有较好的定位效果和较高的识别准确率,并能够对番茄进行精准喷洒。该方案设计的机器人前景广阔,可靠性高,具有较好的应用价值。

基于ROS的智能机器人可视化自主交互系统研究

随着科技的发展,机器人在多个领域的应用需求不断增加。本文利用机器人控制系统(robot operating system,ROS)设计了自主交互的可视化系统。系统通过用户界面实现了可视化显示,实时反馈机器人的功能模块运行结果。同时还构建了多项功能,如激光雷达控制、即时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)导航、人脸识别、定点返航等,并对于系统主要功能进行终端一键控制演示,该方式可以有效避免ROS在运行过程中需要运行较多的命令、Ubuntu终端命令操作,使当前智能机器人存在的代码冗余率高、研究平台兼容性差、功能类别不完善等问题得到有效解决。

人工智能环境下达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式在肝胆脾胰外科教学中的应用研究

本研究旨在探讨人工智能环境下达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式在肝胆脾胰外科教学中的应用效果。方法 我们将南华大学附属第一医院肝胆脾胰外科的100名临床实习生随机分为四组,包括达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式教学组、单纯达芬奇机器人手术操作系统教学组、单纯混合式教学模式教学组及传统教学模式教学组。通过设置的理论知识测试、实践技能评价和教学满意度问卷,评估各组的教学效果。结果 在理论知识测试中,达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式教学组的平均成绩为89.2分,显著高于其他组(F=35.7,P<0.001)。在实践技能的学习和掌握方面,达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式教学组的平均评分为4.5分,显著高于其他组(F=28.6,P<0.001)。在教学满意度方面,达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式教学组的平均满意度为4.6分,显著高于其他组(F=32.4,P<0.001)。结论 人工智能环境下达芬奇机器人手术操作系统结合混合式教学模式在肝胆脾胰外科教学中的应用效果优于其他教学模式,能有效提高学生的学习效果和满意度。因此,我们建议在肝胆脾胰外科教学中广泛推广和应用这种教学模式。

基于ROS的驱鸟机器人控制系统研究

为了解决变电站无人值守模式下的鸟类驱赶问题,研究了基于ROS的驱鸟机器人控制系统。首先,设计了基于ROS(Robot Operating System,机器人操作系统)的驱鸟机器人运动模块,实现了机器人底盘电机和云台转向电机的控制;其次,采用ROS开发套件和激光雷达,实现了环境感知、地图创建、路径规划和定位导航等功能;最后,采用红外热成像仪、超声波发射器和激光发射器,实现了多功能复合、全天候的鸟类驱逐功能。本控制系统可以实现驱鸟机器人的自动巡视和自主驱鸟,能有效解决鸟类对变电站的干扰问题。

面向新工科的多功能机器人操作系统实验教学套件设计

为实现新工科背景下机器人工程专业体系建设与人才培养,设计了多功能机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)教学实验套件。套件主要由“树莓派”控制器、单线陀螺仪惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)、单目视觉相机、2D激光雷达、直流电机等组成,主要功能包括ROS基础通信、机器人仿真显示、IMU陀螺仪姿态显示、激光雷达数据显示、视觉图像显示与图像识别、ROS电机操作控制等。该实验教学套件完全开源,支持二次测试开发,可以满足学生基于ROS的各类学习操作需求。该套件旨在提高学生对ROS的认知水平,实现学生对ROS理论知识的进一步理解,为其后续操作基于ROS的机器人创新创业与科研应用奠定理论和操作基础。

《机器人操作系统》教材开发研究

机器人应用领域逐渐渗透到各行各业,使得机器人市场飞速发展,从而对机器人相关技术人才需求量增大。中职学校是培养一线机器人技术人才的重要摇篮,为了应对市场需求对中职学校人才培养提出了新的需求。针对当前中职工业机器人专业教育存在的问题,通过从中职学校对工业机器人专业教材的需求入手,对人才培养需求及教材开发进行深入分析,阐述将机器人操作系统作为机器人专业教育核心课程的意义,以及论证在中职学校开展此课程的可行性。

基于ROS平台的远程机器人交互系统设计研究

一、引言随着工业自动化和智能化水平的不断提升,远程机器人交互系统在危险环境作业、精细操作及远距离任务执行中发挥着日益重要的作用。面对这一趋势,本研究致力于开发一套基于ROS平台的远程机器人交互系统。研究的主要目的是构建一个可靠、高效、用户友好的交互界面,实现对机器人行为的精确控制,并通过仿真验证系统设计的有效性,以支撑未来更广泛的应用场景。

基于ROS的铸件分拣机器人运动规划研究

为铸件分拣机器人在分拣铸件时能快速规划出一条稳定合理的路径、有效躲避障碍物、提高运动规划效率,文章通过ROS进行运动规划研究。利用ROS提供的C++接口完成笛卡尔指定轨迹规划验证。为进一步提高分拣效率和避障能力,文中改进算法在GB-RRT*算法基础上引入了局部迭代人工势场,加入了自适应目标偏置策略和直连策略。通过Matlab和ROS设计并完成了仿真实验和铸件分拣实验,实验结果表明采用改进算法后可有效减少无效点生成,缩短规划时间,减小路径长度,提高规划效率。同时,在规划运动时各关节运动平稳,轨迹平滑,极大地提高了铸件分拣效率,改善了分拣环境,保证了其安全性。

基于ROS的巡逻机器人系统设计

针对厂房、银行和大型超市等需要人工巡逻的场所,文章设计了一款基于ROS的巡逻机器人自主导航系统。文章将ROS系统部署到基于树莓派硬件开发的巡逻机器人上,对巡逻机器人的环境感知模块、导航模块和监控模块等进行研究设计。该系统使用同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术,通过激光雷达和里程计实现定位、建图与导航功能。实验结果表明,该系统定位收敛速度快,构建地图精度高,路径规划稳定性好,能替代人类巡逻。

基于ROS-Matlab的移动机器人仿真研究

结合Linux下ROS系统高性能的仿真工具和跨平台兼容性,以及Matlab强大的计算能力、丰富的工具箱和函数库,通过建立ROS-Matlab的仿真控制系统,对移动机器人的关键技术进行研究。文中介绍了ROS-Matlab系统的框架和功能,首先,使用Gazebo构建2D仿真室内环境,通过Solidworks创建移动机器人模型,并将该模型以URDF文件形式导入ROS环境中;其次,利用SLAM_gmapping算法对仿真室内环境进行扫描建图,由Simulink发布目标点坐标和目标点导航话题,控制移动机器人完成导航任务;最后,由Simulink发布轨迹跟踪话题,控制移动机器人进行轨迹跟踪。通过仿真验证,由所建地图、目标点导航和轨迹跟踪曲线说明仿真系统的可行性,为机器人研究提供参考。

基于ROS的室内自主导航移动机器人的研制

【目的】解决传统AGV机器人体积大、成本高、受限于固定路径等问题。【方法】本研究提出了一种以低成本、轻量化和结构简单为设计理念的室内移动机器人。为了降低制造成本确定了机器人的整体结构,双驱动电机与福来轮组成三轮结构。机器人采用基于ROS系统的控制方案、上位机与下位机结合的控制方式,使用激光雷达作为SLAM的传感器并用磁编码器作为里程计。本研究深入分析了A*全局规划算法,并提出了改进的A*算法。同时采用DMA(动态窗口法)作为局部路径规划算法,通过搭建实际移动机器人,进行SLAM建图实验、自主导航实验和避障实验。【结果】实验结果表明,该机器人能够进行室内的自主导航并且在全局路径规划速度方面有较大的提升,使用改进后的A*算法后,平均路径规划效率提升了31.1%。【结论】本研究为我国移动机器人技术的发展和产业化提出了一种性能优越、成本低、结构简单的移动机器人设计方案。

基于开源操作系统ROS的机器人软件开发

ROS(机器人操作系统)是一套机器人软件框架,基于这一框架,人们可以快速开发出控制机器人的一系列应用,是目前大多数机器人系统的首选软件平台。扫地机器人、四轴飞行器、机器小车等,虽然各自的配件、外形或功能等各不相同,但是它们有一个共同点就是均运行在ROS系统框架之上。ROS本身的优良设计使其兼具了精简与集成、多语言多平台支持、点对点设计以及开源免费等特点。目前,越来越多的机器人厂商将基于ROS平台进行软件设计研发,而更多厂商的使用反过来又成为ROS的进一步完善与普及的巨大推动力。

将机器人操作系统(ROS)引入本科实践教学

实践教学是人才培养的一个重要环节,对机器人技术这样一门典型的交叉学科尤为重要。然而,开展机器人技术实践教学亟需一个通用的多功能软件平台,机器人操作系统(ROS)的面世填补了这个空白。因此,让高年级本科生学习使用ROS有非常重要的意义。事实上,国外很多知名高校已经将ROS用于教学,而国内还刚刚起步。作者近两年在国防科技大学《自动化系统综合设计》实践课程中对ROS教学进行了初步尝试,论文不仅分享了课程的教学方法,还分析了将ROS应用于实践教学可能遇到的共性问题,提出了建设ROS实践教学课程的建议。