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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、激光雷達(dá)、語音、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)，通過每秒8000次的激光測距，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、語音、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傳過來的信息。
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距技術(shù)的掃描式傳感器，通過發(fā)射激光光束來探測目標(biāo)，并通過搜集反射回來的光束來形成點(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)采用國產(chǎn)激光雷達(dá)，為機(jī)器人完成測量半徑12米內(nèi)的環(huán)境感知，雷達(dá)通過每秒8000次激光測距，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)壽命短的問題。
5.視覺識(shí)別系統(tǒng)
視覺識(shí)別系統(tǒng)采用一顆200萬像素網(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、行人檢測傳感器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、聲音檢測傳感器、光線檢測傳感器等組成。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）手勢控制移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
（12）語音控制移動(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
（5）氣壓檢測
（6）聲音檢測
（7）光照檢測
（8）人體雷達(dá)檢測
（9）超聲波測距儀
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。通過車載的陀螺儀，監(jiān)測機(jī)器人的姿態(tài)，當(dāng)機(jī)器人在上下坡時(shí)，通過陀螺儀的監(jiān)測結(jié)果，控制機(jī)器人執(zhí)行上下坡減速、駐車的動(dòng)作。
2.采用視覺進(jìn)行顏色或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)追蹤
機(jī)器人配置可見光視覺成像系統(tǒng)和行人檢測傳感器，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。通過在機(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。