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-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。

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.

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的无接触式智能医疗垃圾桶控制系统

在《国家危险废物名录》中,医疗废物属于其中一种,医疗废物含有大量病原体和有害化学物质,具有感染性和毒性,严重影响人的生命安全。医生和病人是离医疗废物最近的一批人,他们感染的风险较高,减少他们与医疗废物的接触机会和时间是有效防护措施。为此设计制作一款能够室内巡航并自主拾取和倾倒垃圾的医疗废物处理垃圾桶,实现医疗废品处理过程的零接触,为医生和病人的生命安全拉开一条保护线。

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的移动机器人激光SLAM算法研究

在我国科学技术迅速发展的今天,移动机器人的智能程度在不断提升。同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)算法是移动机器人自主导航实现的前提与关键。文章在ROS系统基础上分析了基于滤波器与基于图优化方法的SLAM算法原理,利用基于Jetson Nano硬件平台的移动机器人进行SLAM算法建图。文章针对建图中产生的地图错位漂移等问题进行研究讨论,分析得出Cartographer算法可在室内复杂环境下构建出误差低、精度高的2D栅格地图,验证了该算法在室内环境较其他算法的优异性,为移动机器人在室内SLAM建图提供更可靠的解决方案。

基于多传感器融合SLAM的ROS服务机器人研究

为提升自主导航精度,使用Jetson Nano控制器,采用同步定位与地图构建和路径规划算法,融合轮式里程计、激光雷达和惯性测量单元等多传感器信息,实现精确的单点和多点自主导航。采用机器人操作系统搭建自主导航框架,使用基于图优化的cartographer算法实现环境地图构建与机器人位姿估计,采用A*算法作为全局路径规划算法,同时利用基于g2o优化的TEB算法实现环境突变时的局部路径规划。实验结果表明,基于图优化的cartographer算法建图效果优于常见的基于粒子滤波的Gmapping算法。基于g2o优化的TEB算法可避免动态窗口算法在局部路径规划中机器人被挟持的情况,提升智能机器人地图构建和路径规划的准确性。

基于ROS智能医疗运输机器人的设计

新冠病毒肺炎(COVID-19)下医院因隔离措施不当导致被感染的情况屡见不鲜。针对能够迅速缓解医院处理感染病人和治疗病人所需医疗物资供应线的紧迫性,该文设计了基于ROS系统智能医疗运输机器人。该机器人下位机采用编码电机、陀螺仪、超声波阵列获取自身状态,反馈到上位机ROS系统,上位机通过摄像头获取二维码图像,并且机器视觉和多传感器融合确认自身位姿做出路径规划,实现了医疗物资自动运输和返航。实验测试表明,该机器人可以部署在医院实现高效、便捷、可靠、快速的医疗运输。

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的移动工业机器人定位算法研究

室内移动工业机器人在工业生产、智慧物流等领域的应用越来越广泛,其导航定位成为学者研究的热点问题,具有较高的应用价值。为解决蒙特卡罗定位(MCL)算法粒子匮乏、定位精度不高等问题,将基于自适应蒙特卡罗定位(AMCL)算法应用到移动工业机器人定位系统中,通过在MCL重采样中引入随机采样和尔贝克-莱布勒散度(KLD)采样自适应动态调节粒子数量,实现较好的定位效果,同时搭建基于机器人操作系统(ROS)的实验平台进行定位实验。经实验,AMCL定位算法在ROS平台下能够较好地实现移动工业机器人的定位功能。

基于ROS和激光雷达SLAM的动态避障研究

针对Gmapping算法不适用于构建大场景地图的问题,采用带有回环检测的Cartographer算法进行即时定位与建图(SLAM)。同时,针对全局路径规划A*算法可以得到全局路径但不能有效躲避动态障碍物、局部路径规划时间弹性带(TEB)算法可以躲避障碍物但规划的路径可能只是局部最优而非全局最优的问题,提出了融合A*算法和TEB算法的导航避障方法。通过多层代价地图中静态层、障碍层和膨胀层的有效结合,为路径规划A*算法和TEB算法提供了便捷的规划环境。对导航环境中静态和动态障碍物进行了研究。试验结果表明,两种路径规划算法融合后可准确躲避静态障碍物、新出现的障碍物和动态障碍物,且能快速到达目标点。

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的全向轮自主移动底盘平台研制

针对机器人移动底盘在复杂环境中响应速度慢、缺乏自主移动能力的问题,研制了一种基于ROS的全向移动四轮自主导航底盘平台。该平台包含移动机器人机械底盘、激光雷达、ROS驱动的软件系统,采用STM32F407单片机系统作为软硬件转化的中间层。机械底盘设计采用“井”字构型框架,包含4个由大疆3508电机驱动的全向轮,上层ROS主机接收传感器信号并完成运动解算后通过单片机系统与底盘电机通信,并借助激光雷达和里程计实现了SLAM定位与导航,从而完成整体控制流程。系统测试结果表明,研制的ROS驱动全向轮自主移动平台响应速度快、运动平稳,在复杂环境中自主移动能力强,具有较好的精确性与鲁棒性。

基于ROS多融合巡检机器人的设计

本文针对疫情期间人工测温的低效、高危性,提出了一种基于机器人操作系统(ROS系统)的多功能巡检机器人设计方案。目标是降低因人工测温方式可能引起的交叉感染风险。机器人本体采用模块化设计,通过利用激光雷达、深度相机、陀螺仪加速度计等多种传感器进行环境感知,并构建即时定位与地图构建(SLAM)环境地图进行自主路径规划。同时,该机器人通过高精度的红外温度传感器,实现了非接触式红外测温并具备精确到达指定病房进行药品送达功能,提高了医疗服务效率和安全性。

ROS智能车创新性实验设计及教学应用

以我校汽车工程学院智能汽车教学和课程成果为基础,开发了机器人操作系统(ROS)智能车;在此基础上设计了ROS智能车实验课程,包括自动导航实验、自动巡线实验、开放性自主实验3个实验项目,并依托学校首门智能汽车专业课程汽车智能化技术开展了实验教学。实践表明,所设计的ROS智能车实验课程取得了良好的教学效果,提高了学生的实践能力和创新能力。

基于多传感器技术的ROS机器人导航研究

随着传感器技术、自动控制技术、人工智能技术的发展,移动机器人研究的问题复杂度越来越高,应用领域不断扩大。为保障机器人能在复杂环境中精准定位、智能避障和自主导航,需要为机器人配备多种传感器感知环境中的动态信息。给出一种结合多传感器信息增加安全控制模块的方案,通过传感器数据分析机器人的先验位姿、相对位姿、运动轨迹,实现对运动路径的优化,并在Ubuntu系统中结合ROS机器人进行仿真。实验结果表明,该方案兼顾了路径的优化和机器人自身的安全,有效解决复杂环境的路径规划的问题,能够满足机器人自主导航的基本要求。

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的工业机器人及AGV的视觉协同控制系统

当前自动化上下料的机器人之间仍各自独立运行,上下料位置固定缺乏柔性,智能化程度低。针对以上问题设计了基于ROS的工业机器人及AGV的视觉协同控制系统,用以实现智能化、柔性化的上下料工作。在ROS系统上,基于全局视觉与改进ArUco tag识别技术,开发了机械臂和AGV的识别与控制模块,实现了两种机器人在全局视觉下的识别与路径规划;并基于动态指令技术和ROS主从机通讯技术,实现了所开发ROS系统与机械臂和AGV的可靠通讯;最后,考虑不同机器人的协作规则和目标位姿计算方法,结合上述机器人识别与控制模块,提出了一种机械臂与AGV的视觉协同控制方法。实验测试表明,该系统能够实现多机器人的识别、控制与协同,工件托盘能够通过AGV按照要求实现任意指定位置的上下料接驳,具有良好的稳定性与柔性。

基于ROS及YOLOv3的混凝土桥梁裂缝实时检测系统

为了提升既有混凝土结构的养护效率,提高结构的检测效率和精度,基于ROS架构和边缘计算设备,设计了便携式混凝土桥梁裂缝实时检测系统,通过YOLOv3算法实现了混凝土桥梁裂缝自动检测识别,并研究了不同数量训练集对模型性能的影响.结果表明,研发的混凝土裂缝实时检测系统能够整合硬件性能,完成对混凝土表观裂缝图像的实时获取,并在边缘计算设备上进行实时分析处理,实现了检测结果的实时显示.模型在训练集数量最多时平均精度最高,达到0.823.实验室环境下以预应力混凝土结构为例的测试结果表明,该系统能够较好地实现混凝土结构表观裂缝的检测.