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ROS的蔬菜移栽机器人控制系统设计

为实现温室蔬菜移栽无人智能化作业,设计了基于ROS架构的蔬菜移栽机器人控制系统,实现了蔬菜移栽机器人自主取苗部件、秧苗栽植部件和自主移动平台的自动控制。控制系统主要分为总线单元和导航单元,并基于EtherCAT总线和Realsense深度相机搭建硬件系统,利用分层模块化理念开发基于ROS架构的软件控制系统,搭建并实现了移栽作业中取苗、投苗、栽苗及移动平台协同一体化控制。实验结果表明:在大于2s/株的取栽苗周期运动条件下,可实现较高成功率的移栽作业。所设计控制系统保证了移栽作业成功率,提高了当前蔬菜移栽机的智能化水平。

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。

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。

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。

基于ROS的UR机器人遥操作系统设计

针对机器人的应用及研发中存在的智能化水平不高的情况,设计一种基于开源机器人操作系统ROS的遥操作系统。采用机器视觉技术将颜色球在摄像机下的运动位姿转化为UR机器人的运动位姿,实现对机器人的遥操作目标,基于开源机器人操作系统ROS,设计了机器人遥操作系统,并进行实验验证。实验结果表明:该遥操作系统可以胜任对机器人的遥操作任务,并可简单地移植到其他机器人平台上。

可持续自主学习的micROS机器人操作系统平行学习架构

作为机器人平台最重要的基础软件,机器人操作系统是提高机器人自主性与智能化水平的核心和关键.围绕实现适应环境的智能机器人系统这一目标,基于已有的micROS研究,提出了可持续自主学习的群体智能机器人操作系统平行学习架构,描述了架构设计、核心概念、实现途径和应用验证.在micROS可扩展分布式层次架构的基础上,提出了支持可持续自主学习的平行学习架构,设计并实现了机器人操作系统的两大核心概念——基于"角色"的控制抽象和基于"语义情境图"的数据抽象,突破了群体智能行为操控、自组织无线网络等群体机器人自主智能协同急需解决的关键技术问题,在此基础上开展了面向多种场景的应用验证.

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的电动汽车充电操作移动机器人系统

设计了一种基于ROS机器人操作系统的电动汽车充电操作移动机器人系统。首先,在运动控制层建立了充电机械臂和移动底盘的机器人运动学模型,在运动规划层采用视觉定位技术对充电机械臂进行了轨迹规划;然后,利用ROS平台改良A*算法设计了导航节点并采用加权平均法设计了多传感位姿信息融合节点,采用TCP Socket实现了交互层的功能;最后,进行了移动机器人充电流程实验。实验结果验证了所设计系统的实用性。

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OBE理念的线上线下混合教学模式探索与实践——以“机器人操作系统”课程为例

“机器人操作系统”是培养机器人工程人才专业方向的必修课程之一。为了培养符合时代需求的机器人相关人才,须对现有教学模式进行改革与创新。基于OBE理念,探索线上线下混合教学模式在“机器人操作系统”课程中的应用实践。通过线下理论授课、实践操作与线上学习平台相结合,创建多维全程临场交互场景,设计以学生为中心的多元立体培养体系,注重学生在学习过程中对理论知识的理解深度与实践操作能力的提升。厘清在“机器人操作系统”课程教学过程中的痛点、堵点和难点,对原有的教学过程进行调整,明确教师和学生在课前、课中、课后的任务,重建学生期末考核方式,以提升教学效果。

凌华科技与友嘉实业集团联手打造基于5G技术和ROS2机器人操作系统的未来工厂

2018年6月7日,中国北京———全球领先的边缘计算解决方案提供商凌华科技与友嘉实业集团携手合作的＂配合5G通信的新一代机器人操作系统用于未来工厂研发计划＂（ROS2 toward converged 5G for factories of the future;Rost5G）,整合无线专网5G技术与ROS2信息平台,提供实时控制和可靠的通信系统架构,将创造网络通信产业下一波成长机会并带动工业4.0生态链的发展,为未来工厂的全面进化提供助力。