机器人综合设计与实践 课件 第6章 机器人导航系统设计与实践

机器人导航系统设计与实践时间：主讲人：XXXXXX01机器人导航系统02机器人导航系统设计思路03机器人导航系统设计综合实践4目录PART01机器人导航系统SLAM可以描述为机器人在未知的环境中从一个未知位置开始移动，移动过程中根据位置估计和地图进行自身定位，同时建造增量式地图，实现机器人的自主定位和导航。

SLAM的应用家庭、商场、车站等场所是室内机器人的主要应用场景，在这些应用中，用户需要机器人通过移动完成某些任务，这就需要机器人具备自主移动、自主定位的功能，我们把这类应用统称为自主导航。SLAM的定义SLAM无人驾驶无人机AR机器人导航在ROS中机器人导航(Navigation)由多个功能包组合实现，ROS中又称之为导航功能包集，关于导航模块，官方的定义是：一个二维导航堆栈，它接收来自里程计、传感器流和目标姿态的信息，并输出发送到移动底盘的安全速度命令。通俗地理解，导航其实就是机器人自主的从A点移动到B点的过程。在机器人的路径规划中，需要让机器人自行去决定下一步以何种姿态往何处行走，一步一步累计起来才能以最小的代价到达目标地点，这是机器人全局规划的基本思想，而实现这种思想，在ROS导航功能包集中主要依靠的就是A*算法。A*算法是一种求解静态路网最优路径最常用的直接搜索方法也是解决许多搜索问题的有效算法。估计距离越接近实际值，最终搜索速度越快。

图A*算法PART02机器人导航系统设计思路对于普通机器人建图操作的设计，常见的有两组方案，基于激光雷达的SLAM以及基于视觉的SLAM，其中激光雷达的测量更为准确，误差模型简单，并且运行较为稳定，所以此次设计采用基于激光雷达SLAM。雷达选取对于此捡乒乓球机器人所使用的雷达选取，因为设计的环境需要尽可能的简单，所以扫描环境雷达也要尽量匹配环境。而且乒乓球场地是全包围的结构，因此选取的雷达需要能够实现360度的全方位激光扫描，同时需要能够匹配此捡乒乓球机器人IMX8主板，并且能够达到稳定性能标准并且能够做到应用广泛，最后经研究决定选“思岚RPLIDARA1”作为最终雷达。使用SLAM算法考虑到所设计的捡乒乓球环境是室内搭建的简单类型的场地，所以需要选取在小场景中计算量高、地图精度高并且对激光雷达扫描频率要求较低的SLAM算法，与此同时，对于此研究的乒乓球拾取场景，捡乒乓球机器人能够稳定工作十分关键，因为此机器人后续需要应用于机器人教学活动，所以选用gmapping这一经典开源算法，结合机器人的底层操作以及雷达即可实现建图功能。设计思路整个系统的设计流程如图6.2.1所示。对于捡乒乓球机器人的导航部分，捡乒乓球机器人需要执行的动作是根据在先前已构建好的的2D地图上，通过主体导航框架，在确定乒乓球的情况能够让机器人在乒乓球与乒乓球之间进行路径规划和导航，所以需要设计使用一种能够匹配用于捡乒乓球机器人的系统的导航框架。因为此次选用ROS操作系统，所以设计选用功能性丰富的move_base包来作为捡乒乓球机器人的导航框架最为合适。并且，捡乒乓球机器人导航框架中的路径规划参数的设计十分关键，需要让其匹配捡乒乓球机器人的各项参数信息，以便能够使得捡乒乓球机器人在乒乓球之间更快、更精准的导航，节省运动员的时间，同时设计时要考虑到将导航框架封装起来，能够使后续导航程序开启更加简便。图6.2.1导航系统设计流程图传感器系统PART03机器人导航系统设计综合实践