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基于 ROS 全向 移动 机器人 系统 设计 CAD

资源描述：

基于ROS的全向移动机器人系统设计含4张CAD图,基于,ROS,全向,移动,机器人,系统,设计,CAD

内容简介：

1研究意义: 随着移动机器人技术的不断发展，利用机器人代替人工在野外探险、海底勘测、外星球探测、危险场所救援、家庭服务等领域的应用日益广泛，移动机器人已在社会生产、生活的各个方面显示出越来越重要的地位和作用。与传统的轮式机器人相比，全向移动机器人可以在不改变当前姿态的情况下，实现向任意方向的运动，同时能够完成零半径转向，因其运动灵活性高、机动性强的优点得到越来越多的关注和发展。由于全向移动机器人的运动控制研究可以更大限度的挖掘它的运动潜能，发挥它的运动优势，因此具有很大的学术研究意义和实际应用价值。2基本内容: 随着计算机技术和智能化技术的快速发展,移动机器人被应用到了多种领域,用于帮助人类完成各类工作,而能够实现对外部环境的动态感知与实时定位,并以此进行导航,是机器人自主移动的关键,具有重要的研究意义。本设计以四个麦克纳姆轮全向移动机器人为研究对象,分析并设计了基于ROS的激光雷达定位导航系统。首先,在ROS开发平台下,根据层次化、模块化的思想建立了基于混合硬件架构的全向移动机器人定位导航系统的总体设计框架,进而建立了本系统涉及到的全部数学模型。采用ROS系统；激光雷达定位导航机器人本体采用麦克纳姆轮的结构3重点和难点及解决方法:重点和难点：建立机器人移动平台与相关传感器的数学模型以及确定环境描述方法是实现机器人环境地图构建、机器人定位与自主导航的基础。移动机器人的自主运动能力对于任务的快速高效开展具有决定性作用，同时能够感知环境信息并以此进行导航又是其实现自主移动以及真正智能化的关键，因此，移动机器人定位导航系统的研究必须解决如下三个问题：第一个问题是如何确定机器人所在坐标（建立笛卡尔坐标系和极坐标系）。第二个问题是如何建立运动模型（是否需要建立并分析运动学方程）。第三个问题是传感器模型如何建立。第四个问题是环境地图的构建。解决办法：坐标问题：四Mecanum轮全向移动平台，其运动灵活，载重能力大，非常适合在狭小的空间工作。该移动平台在机械结构上，四个驱动轮采用纵向对称式布局结构，对角两驱动轮棍子旋向相同，两侧镜像对称，单轮的轮毂轴线与其辊子轴线的夹角设计为45度，在移动机器人系统的研究中，一般通过笛卡尔坐标系统和极坐标系统来描述机器人的系统模型。运动模型问题：全向移动机器人经常用作搬运机器人，工作在仓储等空间小、灵活性要求较高的场所，可实现3个自由度的全向移动，即工作平面内可以实现的典型运动形式包括横向左右移动、纵向前后移动、绕几何中心的自转运动通过分析，可得到四Mecanum轮移动平台的正向运动学方程。传感器模型问题：涉及到的传感器主要有电机编码器、IMU惯性测量模块和2D激光雷达等，并利用多传感器融合算法估计机器人位姿，所以在进行理论研究和系统设计前，需要分析并建立各传感器必要的数学模型。环境地图构建：要想实现移动机器人的定位导航功能，需要构建环境地图，但不同类型的地图模型具有不同的应用特点，常用的地图种类有：几何特征地图、拓扑地图、栅格地图。确定了环境地图类型之后，还需要对地图信息进行处理，用来为后续机器人自主导航的正确性提供保证。总结：本课题正是在上述问题下，对现有移动机器人控制方案进行了系统性的分析与论证，最终选择以四Mecanum轮全向机器人机械平台作为行走机构，研究并设计一套智能化的定位导航系统。4提纲: 摘 要Abstract第一章绪论 1.1课题来源1.2课题研究背景与意义1.3国内外研究现状分析 1.3.1国外研究现状1.3.2国内研究现状1.4论文内容安排第二章全向移动机器人系统建模2.1 系统开发平台与设计框架2.1.1ROS 技术2.1.2系统设计框架2.2坐标系统2.3运动模型 2.4传感器模型 2.4.1里程计模型 2.4.2IMU 数据模型 2.4.3激光雷达模型2.4.4传感器观测模型 2.5地图模型 2.6 本章小结第三章全向移动机器人嵌入式硬件系统设3.1 嵌入式硬件系统的总体设计方案3.2 关键硬件的设计3.2.1 电源模块3.2.2 ROS 主机 3.2.1运动控制核心3.2.2激光雷达 3.2.3无线 WiFi 模块 3.2.4IMU 惯性测量模块3.2.5电机与驱动模块 3.3本章小结 第四章全向移动机器人软件系统设计4.1 上位机软件系统设计 4.1.1 上位机软件系统计算图 4.1.2 I