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LGGY-BL11X型移動(dòng)機(jī)器人應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)
品牌：理工偉業(yè) 咨詢電話：010-82827827 82827835
一、產(chǎn)品概述
機(jī)器人是綜合自動(dòng)控制、微電子、信息技術(shù)、以及機(jī)械結(jié)構(gòu)于一體的多學(xué)科交叉的綜合產(chǎn)物。隨著近年來(lái)現(xiàn)代工業(yè)、服務(wù)業(yè)的智能化產(chǎn)業(yè)不斷升級(jí)，以移動(dòng)機(jī)器人為載體的智能控制、傳感器融合、信息處理以及協(xié)同作業(yè)發(fā)展迅速，正逐步成為高端智能化研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。本產(chǎn)品以移動(dòng)機(jī)器人為載體，配置視覺(jué)、激光雷達(dá)、語(yǔ)音、運(yùn)動(dòng)、超聲波等各類傳感器，使得機(jī)器人具備環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、智能控制等多重功能。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用與操作，可以幫助學(xué)生掌握機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、姿態(tài)控制、傳感器感知、自主決策等領(lǐng)域的相關(guān)知識(shí)與實(shí)踐方法。
二、產(chǎn)品功能和特點(diǎn)
1.ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)
ROS（Robot Operating System）是一個(gè)適用于機(jī)器人的開源操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了包括硬件抽象、底層設(shè)備控制、常用函數(shù)的實(shí)現(xiàn)、進(jìn)程間消息傳遞等系統(tǒng)級(jí)服務(wù)，可為機(jī)器人應(yīng)用和開發(fā)提供極具開放性和拓展性的支持。
2.移動(dòng)機(jī)器人姿態(tài)控制
機(jī)器人內(nèi)置陀螺儀、加速度計(jì)等，可實(shí)時(shí)采集機(jī)器人的速度、位置以及航向角、俯仰角等姿態(tài)數(shù)據(jù)，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)對(duì)自身狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整。
3.激光SLAM建圖與導(dǎo)航
采用高精度激光雷達(dá)，通過(guò)每秒8000次的激光測(cè)距，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)半徑12米內(nèi)的環(huán)境感知，從而構(gòu)建實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
4.多傳感器環(huán)境感知
內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，為視覺(jué)、語(yǔ)音、超聲波傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器等多種感知單元提供統(tǒng)一的接口，從而構(gòu)建多源信息綜合處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人自身和環(huán)境狀態(tài)的全方位感知。
三、主要硬件參數(shù)
1.系統(tǒng)性能
系統(tǒng)采用運(yùn)動(dòng)控制處理器與中央處理器構(gòu)建雙處理器模塊，完成小車任務(wù)規(guī)劃與系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制。內(nèi)置Ubuntu操作系統(tǒng)，通過(guò)ROS有效完成對(duì)機(jī)器人的多任務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，同時(shí)提供通信、數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互以及外圍傳感器拓展的接口。
2.運(yùn)動(dòng)控制模塊
在機(jī)器人中用到很多控制器和外設(shè),包括：處理器、激光雷達(dá)，STM32控制器，電機(jī)、編碼器、雙路驅(qū)動(dòng)、藍(lán)牙、PS2有線手柄、航模遙控、陀螺儀等，同時(shí)提供了串口1和CAN接口方便用戶拓展控制。
3.ROS操作系統(tǒng)
ROS操作系統(tǒng)內(nèi)置于中央處理器內(nèi)，通過(guò)RTOS完成系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度與管理。具體任務(wù)調(diào)度管理流程如圖所示。RTOS任務(wù)調(diào)度器根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)決定任務(wù)的執(zhí)行順序，每個(gè)任務(wù)執(zhí)行的時(shí)間很短，因此幾乎等效于所有任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，期間如果發(fā)生中斷則去響應(yīng)中斷。串口2中斷用于APP藍(lán)牙控制，串口3中斷用于接收ROS傳過(guò)來(lái)的信息。
4.激光雷達(dá)和SLAM建圖
激光雷達(dá)是一種采用非接觸激光測(cè)距技術(shù)的掃描式傳感器，通過(guò)發(fā)射激光光束來(lái)探測(cè)目標(biāo)，并通過(guò)搜集反射回來(lái)的光束來(lái)形成點(diǎn)云和獲取數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)光電處理后可生成為精確的三維立體圖像，能夠準(zhǔn)確的獲取高精度的物理空間環(huán)境信息，測(cè)距精度可達(dá)厘米級(jí)；它猶如一雙“眼睛”，讓機(jī)器人擁有實(shí)時(shí)感知環(huán)境的能力。
本系統(tǒng)采用國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)，為機(jī)器人完成測(cè)量半徑12米內(nèi)的環(huán)境感知，雷達(dá)通過(guò)每秒8000次激光測(cè)距，可提供實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的地圖構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)采用光磁融合技術(shù)徹底解決了傳統(tǒng)激光雷達(dá)因物理接觸磨損導(dǎo)致電氣連接失效、激光雷達(dá)壽命短的問(wèn)題。
5.視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)
視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)采用一顆200萬(wàn)像素網(wǎng)絡(luò)攝像頭，可兼容ubuntu，linux和樹莓派等操作系統(tǒng)。與移動(dòng)機(jī)器人協(xié)同使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)視野中的環(huán)境信息的成像、分析和判斷，并根據(jù)判斷結(jié)果對(duì)機(jī)器人的動(dòng)作進(jìn)行引導(dǎo)，如減速、轉(zhuǎn)向、直行等，從而完成多種豐富的功能。
6.姿態(tài)與環(huán)境傳感系統(tǒng)
姿態(tài)與環(huán)境傳感系統(tǒng)主要由陀螺儀、超聲波傳感器、行人檢測(cè)傳感器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、聲音檢測(cè)傳感器、光線檢測(cè)傳感器等組成。每一個(gè)傳感器均可與車載處理終端連接，根據(jù)用戶編輯的功能執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。
7.車載處理單元
車載處理單元采用NVIDIA公司的Jetson Nano處理器，該處理器作為移動(dòng)機(jī)器人的核心模塊，預(yù)裝Linux操作系統(tǒng)，部署所有智能產(chǎn)品模塊所需的全部軟件框架和SDK，并提供通用的通訊接口。
四、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、ROS機(jī)器人操作系統(tǒng)
（1）ROS簡(jiǎn)介
（2）Linux系統(tǒng)與代碼操作
（3）ROS功能包的創(chuàng)建及編譯
（4）ROS的launch文件演示
（5）ROS話題通訊
（6）ROS服務(wù)通訊
（7）ROS參數(shù)服務(wù)器
（8）ROS激光雷達(dá)認(rèn)識(shí)
（9）ROS導(dǎo)航的概念
（10）激光雷達(dá)SLAM建圖
（11）ROS導(dǎo)航Navigation使用
2、移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制
（1）移動(dòng)機(jī)器人認(rèn)知
（2）ROS操作系統(tǒng)配置實(shí)驗(yàn)
（3）移動(dòng)機(jī)器人基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)
（4）激光雷達(dá)跟隨運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)驗(yàn)
（5）激光雷達(dá)SLAM建圖實(shí)驗(yàn)
（6）激光雷達(dá)SLAM導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)
（7）利用陀螺儀進(jìn)行上下坡輔助實(shí)驗(yàn)
（8）視覺(jué)跟隨實(shí)驗(yàn)
（9）交通標(biāo)志識(shí)別實(shí)驗(yàn)
（10）移動(dòng)機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)
（11）手勢(shì)控制移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
（12）語(yǔ)音控制移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
（13）移動(dòng)機(jī)器人超聲波避障實(shí)驗(yàn)
3、移動(dòng)機(jī)器人傳感器感知
（1）智能傳感系統(tǒng)認(rèn)知
（2）Arduino編程環(huán)境的搭建
（3）OLED顯示
（4）溫濕度檢測(cè)
（5）氣壓檢測(cè)
（6）聲音檢測(cè)
（7）光照檢測(cè)
（8）人體雷達(dá)檢測(cè)
（9）超聲波測(cè)距儀
五、綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目
1.機(jī)器人姿態(tài)控制實(shí)踐
采用機(jī)器人配置的超聲波傳感器、聲音檢測(cè)傳感器等，實(shí)時(shí)感知障礙物或者追蹤對(duì)象，并將感知結(jié)果反饋給主控單元，進(jìn)而控制運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)，如跟隨熱源運(yùn)動(dòng)、按照聲音指令運(yùn)動(dòng)等。通過(guò)車載的陀螺儀，監(jiān)測(cè)機(jī)器人的姿態(tài)，當(dāng)機(jī)器人在上下坡時(shí)，通過(guò)陀螺儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果，控制機(jī)器人執(zhí)行上下坡減速、駐車的動(dòng)作。
2.采用視覺(jué)進(jìn)行顏色或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)追蹤
機(jī)器人配置可見(jiàn)光視覺(jué)成像系統(tǒng)和行人檢測(cè)傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)前方靜態(tài)物體的識(shí)別、分析，以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)。通過(guò)在機(jī)器人控制系統(tǒng)中定義需要追蹤物體的特征，比如顏色、形狀大小，采用視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別，判斷該目標(biāo)相對(duì)于機(jī)器人的位置，控制機(jī)器人轉(zhuǎn)向、前進(jìn)或后退，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人顏色或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)追蹤的功能。
3.車輛定位與導(dǎo)航
車輛在行駛時(shí)，攝像頭完成對(duì)如左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行、紅綠燈等各類交通標(biāo)識(shí)的實(shí)時(shí)圖像采集，并進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，車載處理單元根據(jù)交通標(biāo)識(shí)的內(nèi)容，控制車輛執(zhí)行相應(yīng)的行駛動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航。激光雷達(dá)可實(shí)時(shí)進(jìn)行機(jī)器人的定位，在遇到障礙物時(shí)，可自動(dòng)避障。