[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于ROS的居家整理移動(dòng)機(jī)器人

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110548387.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113110513A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐軍;杜豐收
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ROS的居家整理移動(dòng)機(jī)器人，涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域；包括如下方法：步驟一：定位與建圖算法；步驟二：路徑規(guī)劃方法；步驟三：ROS機(jī)器人建模與仿真：在Rviz、Gazebo中仿真，實(shí)現(xiàn)建圖、自動(dòng)導(dǎo)航、機(jī)械臂抓取目標(biāo)物；步驟四：機(jī)器人構(gòu)成；步驟五：視覺(jué)識(shí)別；步驟六：建立機(jī)械臂：采用ROS Moveit!作為機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的軟件包；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單目視覺(jué)拍攝物體獲得匹配圖像對(duì)，進(jìn)行圖像預(yù)處理，立體匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的準(zhǔn)確定位，結(jié)合深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)垃圾的識(shí)別；使用機(jī)器人對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行地圖構(gòu)建，自動(dòng)導(dǎo)航以及垃圾抓取的功能測(cè)試。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于ROS的居家整理移動(dòng)機(jī)器人。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，服務(wù)類(lèi)型機(jī)器人逐漸的開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)，像是有智能的送餐機(jī)器人，客服機(jī)器人，醫(yī)療機(jī)器人，陪護(hù)機(jī)器人，掃地機(jī)器人等等。服務(wù)機(jī)器人是龐大機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，到目前為止尚沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義。根據(jù)其用途不同，可以劃分為保潔機(jī)器人、教育機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家用機(jī)器人、服務(wù)型機(jī)器人及娛樂(lè)機(jī)器人，應(yīng)用范圍非常廣泛。目前，教育機(jī)器人市場(chǎng)份額約為16%，客服機(jī)器人份額約7%，醫(yī)療、清潔用服務(wù)機(jī)器人占比均在4%左右。

掃地機(jī)器人作為服務(wù)型機(jī)器人的一種，它的出現(xiàn)將人們從繁重的家庭清潔勞動(dòng)中解放出來(lái)，釋放了我們的雙手，讓我們能夠?qū)⒕Ψ旁诟匾念I(lǐng)域之中，提高我們的生活質(zhì)量和工作效率。

掃地機(jī)器人在應(yīng)用中會(huì)面對(duì)一些問(wèn)題，由于掃地機(jī)器人底盤(pán)低、吸口小，飲料瓶、廢棄紙團(tuán)、香蕉皮、塑料袋這樣的大垃圾，就讓掃地機(jī)器人無(wú)法清理，只能人工清掃。中關(guān)村在線測(cè)試過(guò)幾十款掃地機(jī)器人，它們能夠處理的最大垃圾是狗糧、小積木顆粒這種大小的垃圾。當(dāng)前的掃地機(jī)器人僅能清理灰塵、毛發(fā)此類(lèi)的小垃圾，無(wú)法清理一些像廢棄紙團(tuán)這樣較大的垃圾。此外，在清掃過(guò)程中碰到的物件都會(huì)直接清掃，比如說(shuō)小巧的玩具等，一旦被掃地機(jī)器人遇到，就會(huì)直接處理，掃地機(jī)器人會(huì)嘗試清掃或者拖拽它們，結(jié)果對(duì)機(jī)器人和個(gè)人物品都會(huì)造成一定的損傷。

針對(duì)現(xiàn)有掃地機(jī)器人能夠清理的垃圾種類(lèi)大小有限的缺點(diǎn)，希望通過(guò)移動(dòng)機(jī)器人，識(shí)別較大垃圾，玩具積木以及玩具汽車(chē)等物品，并通過(guò)抓取目標(biāo)物，移動(dòng)到垃圾桶或者玩具箱進(jìn)行分類(lèi)放置，以提高打掃室內(nèi)衛(wèi)生的質(zhì)量和工作效率。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有掃地機(jī)器人能夠清理的垃圾種類(lèi)大小有限的缺點(diǎn)的問(wèn)題；本發(fā)明的目的在于提供一種基于ROS的居家整理移動(dòng)機(jī)器人。

本發(fā)明的一種基于ROS的居家整理移動(dòng)機(jī)器人，包括如下方法：

步驟一：定位與建圖算法：

SLAM包括特征提取，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，狀態(tài)估計(jì)，狀態(tài)更新以及特征更新；采用2D激光SLAM；2D激光SLAM的輸入：IMU數(shù)據(jù)、里程計(jì)數(shù)據(jù)、2D激光雷達(dá)數(shù)據(jù)；

Cartographer算法：通過(guò)激光測(cè)距儀等傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)生成分辨率為５cm的實(shí)時(shí)柵格地圖；Cartographer采用基于圖優(yōu)化方法的SLAM理論框架，分為前端和后端兩部分：前端主要負(fù)責(zé)Scan-to-Submap和回環(huán)檢測(cè)，將處理后的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)與子圖進(jìn)行匹配，同時(shí)當(dāng)生成一個(gè)子圖且沒(méi)有新的數(shù)據(jù)幀插入的時(shí)候會(huì)進(jìn)行局部回環(huán)檢測(cè)；子圖創(chuàng)建完成后，如果找到了與當(dāng)前估計(jì)位姿最佳的匹配結(jié)果，則將其添加到回環(huán)約束中；后端主要負(fù)責(zé)對(duì)位姿估計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，采用分支定界和預(yù)先計(jì)算的網(wǎng)格來(lái)實(shí)現(xiàn)全局閉環(huán)檢測(cè)；

步驟二：路徑規(guī)劃方法：

使用A*算法搜索出一條可行的無(wú)碰撞路徑，A*算法是一種啟發(fā)式搜索算法，就是在狀態(tài)空間中的搜索對(duì)每一個(gè)搜索的位置進(jìn)行評(píng)估，得到最好的位置，再?gòu)倪@個(gè)位置進(jìn)行搜索直到目標(biāo)；在A*算法中，使用連接點(diǎn)之間的距離作為邊緣點(diǎn)的權(quán)重，使用到目標(biāo)點(diǎn)之間的距離作為啟發(fā)函數(shù)。

步驟三：ROS機(jī)器人建模與仿真：

在Rviz、Gazebo中仿真，實(shí)現(xiàn)建圖、自動(dòng)導(dǎo)航、機(jī)械臂抓取目標(biāo)物；

步驟四：機(jī)器人構(gòu)成：