[发明专利]一种基于ROS的服务机器人及其室内导航方法

说明书

技术领域

本发明属于服务机器人技术领域，特别是涉及一种基于ROS的服务机器人及其室内导航方法。

背景技术

近年来，随着科学技术的飞速发展和社会的需要，服务机器人技术也得到了不断的发展，服务机器人已经逐渐进入到家用，商用，导游，医疗，教育，安保等日常生活的各个领域。在人口老龄化加剧，生活压力增大的当今社会，人们需要服务机器人能够提供更加优质的服务。根据目前市场数据显示，在家用服务机器人中，大部分是清洁机器人和除草机器人，他们大多只能按照预先设定的命令完成任务，缺乏解决突发事件的能力，甚至缺少丰富的人机交互功能，此外，目前投入使用的送餐机器人，在送餐过程中需要沿着预先设定的磁性导航条来指引行走，导航过程中自主性较低。针对传统服务机器人的这些不足之处，研发出一款具有丰富的人机交互能力与自主导航能力的服务机器人成为社会发展的必然趋势。

2007年,斯坦福大学人工智能实验室与机器人技术公司Willow Garage合作开发出了机器人操作系统，2008年以后由Willow Garage推广并更新。至今，已经更新到kinetic版本。ROS的中文名称是机器人操作系统，作为一种跨平台的开源的次级操作系统，它能够提供一些常用功能的功能包，同时也提供一些工具程序和库程序。ROS的设计目标是提高代码的复用率，能够满足社会各界的研究学者的使用需求，因此，在目前的科技领域发展相当迅速。我们使用ROS这个次级的操作系统，主要是因为它点对点的设计，支持多种语言设计，如Java，python，c++等，并且自由开源。

发明内容

本发明的目的是加强服务机器人的人机交互功能，在导航过程中实现自主导航，自主避障等功能。因为，现有的服务机器人大多存在人机交互内容匮乏，导航过程中自主性较差，不足以解决突发事件，如室内有移动的人或者新的障碍物等不足。针对这些不足之处，本发明提出了一种基于ROS的服务机器人导航方法。

为实现上述目的，本发明解决问题所采取的技术方案是：

一种基于ROS的服务机器人，其特征在于，所述服务机器人是一种人形机器人，包含运动底盘、外壳9、支撑架8、客户端PC和底层PC3。其中运动底盘包含有车轮组5，电机11，编码器12，电机控制板1，供电模块4，运动导航模块2，防碰撞模块6，数据采集模块7。外壳上安装有触摸屏显示器10。所述底层PC3通过USB串口分别与所述防碰撞模块6，数据采集模块7，电机控制板1进行通信。供电模块4包含电池和电源转换模块，电池电压通过电源转换模块转换为其他电压，供其他设备使用。

其中，上述所述车轮组5由两个万向轮和两个驱动轮组成，安装在所述服务机器人移动底盘底部。

上述所述防碰撞模块6包含一组超声波传感器，平均的分散在服务机器人底盘的正前方。

上述所述数据采集模块7采用北阳的激光测距仪。供电

上述所述的上层PC和底层PC 3均安装有机器人操作系统ROS。

上述所述运动导航模块2包含陀螺仪和电子罗盘。

上述所述的基于ROS的服务机器人的室内导航方法，包含以下步骤：

(1)初始化：启动服务机器人，数据采集模块7，启动控制模块

(2)所述控制模块控制服务机器人在室内行走，所述数据采集模块7检测室内环境信息

(3)服务机器人运用ROS提供的slam_gmapping功能包，利用步骤(2)中的信息，建立室内环境地图

(4)服务机器人在可视化窗口中加载步骤(3)中建立的室内环境地图，

(5)在步骤(4)可视化窗口中的地图中，设置目标位置，即想要去往的位置

(6)服务机器人运用ROS开源的acml功能包提供的粒子滤波算法，完成在室内环境的自定位，在步骤(4)的可视化窗口中显示

(7)服务机器人运用ROS开源的全局路径规划接口，完成在全局范围内的路径规划，规划出一条从出发点到目标点的安全，无障碍，无碰撞的轨迹

(8)服务机器人运用ROS开源的move_base接口，控制服务机器人按照步骤(7)规划的轨迹向目标位置运行

(9)判断服务机器人在导航过程中是否遇到未知障碍物(如行走的人)

(10)当服务机器人没有遇到步骤(3)中地图未知的障碍物时，则按照步骤(7)规划出的轨迹行走，到达目标位置，完成导航，任务结束。